复杂环境条件下深基坑支护优化设计

复杂环境条件下深基坑支护优化设计

吴基武

广东省地质局第三地质大队广东英德513000

摘要：复杂环境条件下，深基坑支护的设计是深基坑工程开挖的一项关键工作，关系到工程施工的质量和效益。本文结合工程实例，对支护方案进行了比较选择，并对其支护的优化设计展开了详细的介绍，为有关需要提供参考。

关键词：复杂环境；深基坑；支护结构；设计

引言

随着我国城市建设的快速发展，城市用地日益紧张，深基坑工程的施工也越来越多。在复杂环境条件下，深基坑开挖的安全和对周边环境的影响问题越来越受重视。如何做好复杂环境条件下深基坑支护优化设计，避免基坑开挖对周边环境的影响，确保工程的质量和效益是当前亟需解决的一个重要问题。

1工程简介

1.1周边环境

某工程北侧为1栋6层浅基础砖混结构宿舍楼（距离约为13m）和8层桩基础住宅楼（距离约为11m），西侧为3栋桩基础住宅楼（距离约为11m～14m），南侧为6层框架结构办公楼（距离约为6m），东侧为3栋医院病房楼，新建建筑物为医院医疗保健综合楼，设有3层地下室，基坑开挖深度约为14.4m。如图1所示。

图1基坑所在位置图

1.2场地地质条件

本场地地下土层分布及物理力学特性如表1所示。

表1各土层分布深度及物理力学指标

对该基坑开挖影响较大的地下水，主要为上部填土层中的上层滞水，以及下部的残积土和风化层中承压水。勘查期间，场地地下水初见水位埋深约1.0m～1.8m，稳定水位埋深为1.00m～1.50m。

2.基坑支护设计及模拟分析

该基坑具有以下特点：

（1）软土层深厚，物理力学性质差

该场地基坑开挖深度内存在淤泥层及淤泥质土层，分布厚度普遍超过10m，局部深度可达基坑底以下10m以上，软土颜色深灰，饱和，呈流塑状态，含腐植质，有机质，云母片，个别烂木等。

（2）基坑开挖深度大

该工程设计有3层地下室，基坑周长380m，面积6800m2，基坑开挖深度14.4m，局部电梯井承台位置开挖深度超过16m。

（3）基坑形状不规则

因场地限制，该项目地下室呈T字形，受力分析复杂，局部阳角可能存在较大变形，采用传统二维计算软件仅能对单一剖面进行计算，无法客观模拟基坑围护体系的实际受力情况。

（4）基坑周边环境复杂

基坑东西北侧共分布有超过11栋建筑物，包含宿舍楼，居民楼，以及5栋医疗建筑，与基坑距离约为6m～14m，其中北侧宿舍楼为浅基础。另外，基坑南侧紧邻城市干道，下埋雨污水管线，电力、电信管线，埋深浅，对位移十分敏感，基坑支护结构位移过大极易对周边建筑物及管线产生影响。

2.1支护方案的选择

针对上述情况，该基坑支护结构的安全等级定为一级，考虑到基坑位置特殊，且为3层地下室，开挖深度大，周边建筑物及管线多，不具备放坡空间，桩锚支护由于基坑深，软土厚，变形较大，且容易对周边产生影响，并不适用于该项目，因此采用桩撑支护，支撑体系采用3道混凝土内支撑支护，围护桩采用冲（钻）孔灌注桩，截面为Φ900，间距@1200，桩长为20m，围护桩之间采用高压旋喷桩止水挡土，如图2所示。

图2优化后典型支护剖面图

在确定支撑体系时，考虑到基坑形状不规则，采用环形支撑容易发生应力集中，不利于支撑均匀受力，因此在确定方案时采用井字形支撑和桁架支撑两种，如图3～图4所示。

图3井字形支撑

在确定设计方案时，采用Midas/GTS软件对支护方案进行模拟，对设计进行指导优化。该项目土体本构模型采用Mohr－Coulomb模型，围护桩以及支撑的本构模型采用线弹性模型。通过模拟分析表明，采用井字形支撑的方案虽然支撑布置密度高，看似安全度更高，但基坑南北两侧阳角位移明显偏大，如表2所示，无法针对该工程异形基坑的特性在薄弱节点进行加固。在实际施工时，该区域可能成为整个基坑最薄弱的位置，在增加造价的情况下，基坑的安全度反而更低了，而且采用井字形支撑土方开挖面小，无法设置行车栈桥，势必影响施工工期。综合各方面因素，该方案并不是最合理的方案。

表2方案位移对比表mm

2.2实测结果

基坑开挖至地下室施工完成，历时一年。在开挖过程中，针对基坑围护桩变形，周边建筑物及管线沉降，支撑梁应力等进行了全程监测。

监测资料如表3所示，由表3可以看出，基坑位移的实测数据较模拟数据偏小，如图7～图8所示，考虑到地层参数的取值问题，基坑计算是偏于安全。实践证明，该基坑支护方案是安全可行。

表3位移及轴力统计汇总表

3.结论

综上所述，由于当前城市用地日益紧张，深基坑工程的周边环境越来越复杂，基坑支护设计也越来越受重视。对深基坑支护进行合理的优化设计，能够有效确保深基坑工程施工的安全、顺利进行，并且能够保障工程的整体质量。本工程深基坑支护优化设计具有较强的针对性，取得了良好的施工成效，对类似深基坑支护设计具有一定的借鉴意义。

参考文献：

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[2]罗战友，桑军林，邹宝平.复杂环境下深基坑支护优化设计[J].科技通报，2017，33（03）：163-167.

[3]耿强.复杂环境下深基坑支护工程优化设计[J].中国高新技术企业，2016（33）：3-4.