首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 工程设计论文 > 某旧城改造项目复杂环境下深基坑支护设计

某旧城改造项目复杂环境下深基坑支护设计

2023-08-30 83 上传者：管理员

摘要：随着社会的发展，城市中涌现出大量的老、旧、危小区需重建改造。这类项目土地资源有限、周边环境复杂、对基坑位移变形控制要求严格，导致基坑工程开挖深、支护难度大、风险较高，并出现了多起基坑支护失稳事故，造成了严重的财产损失。为了更好地解决城市老、旧、危小区深基坑支护设计出现的问题，本文依托柳州市某旧城改造深基坑支护设计项目，探讨科学合理的选择安全可靠、经济合理的支护方案，为后续基坑支护设计提供一定的借鉴经验。

关键词：
复杂环境条件
工程设计
支护设计
深基坑工程
深基坑支护
加入收藏

引言

近年来，随着市政建设的大力发展和地下空间的开发利用，建筑基坑开挖越来越深，周边环境亦越来越复杂，因基坑开挖而造成事故也越来越多，基坑支护设计面临更加复杂、更具挑战的一系列技术问题[1,2,3,4]。特别是城市旧城改造时，对深基坑开挖提出了更严格的要求，不仅要保证基坑稳定，还要控制基坑周边变形，以确保周围原有老旧构(建)筑物、地下管线及市政道路的安全。同时，这类项目往往土地资源有限，基坑支护常用的放坡、锚杆(索)、土钉、桩锚等支护形式因用地红线限制而难以使用，而大面积的内支撑往往造价较高、施工难度较大、施工时间较长。因此，如何选择安全经济、施工方便的基坑支护方案已成为复杂环境下深基坑支护工程必须解决的问题之一[1]。

柳州市某深基坑工程位于市区北部，为旧城改造项目，场区地质条件及周边环境均较为复杂。初步设计阶段采用排桩+内支撑(2道)的支护方案(方案A),施工概算造价约1 200万元；后经计算分析、优化调整，采用悬臂排桩+角撑+扶壁式挡墙+局部逆做+旋喷加固的综合方案(方案B),施工概算造价约900万元，相较于方案A,节约资金300余万元，同时能提前一个月完成基坑支护施工工作。

1、工程概况

拟建项目由6栋高层建筑及商业裙楼组成，规划总用地面积约为45 367 m2,采用框剪结构、筏型基础，设两层地下室。基坑平面上呈不规则“L”型(详见图1),南北长220 m,东西向宽210 m,基底标高80.3 m,现状地面标高87.3～89.5 m,基坑开挖深度8.5～9.2 m,支护周长合计约850 m,支护面积约为29 300 m2。主要采用悬臂排桩+角撑+扶壁式挡墙+局部逆做+旋喷加固的综合方案。

2、周边环境

拟建项目场地原为居民居住区，周边环境较为复杂。场地西侧为某市政主干道，交通繁忙；南侧紧邻红线为某消防站；东侧为老旧小区；北侧为在建小区，周边环境概况如表1所示：

表1基坑周边环境概况

3、基坑支护设计

3.1工程地质条件

拟建项目位于柳江II级阶地前缘地带，地层以河流相沉积物为主，根据钻探揭露，场区自上而下可分为：①层杂填土、②层素填土、③层有机质土、④层黏土、⑤层粉质黏土、⑥层圆砾，相关岩土层计算参数如表2所示。

表2各岩土层计算参数

3.2水文条件

场地原为鱼塘，后经多次开挖、回填形成现状地貌。浅表有机质土、填土层孔隙比较大，储存了大量的上层滞水，水位埋深1.5～2.3 m(标高87.09～87.89 m),主要接受大气降雨、生活废水及附近排水沟补给，水量受季节影响明显。

3.3支护设计方案

根据场地地质条件及周边环境条件，结合相关规范技术要求，综合考虑技术、经济、工期等因素，经多种支护方案论证、分析，最终确定采用“悬臂排桩+扶壁式挡墙+旋喷加固”“悬臂排桩+角撑”“局部逆做”等支护方案，划分9个设计剖面(编号剖1-1～9-9,如图1所示),安全等级为一级[5]。

图1基坑支护设计平面图

3.3.1支护方案

(1)AB段(剖1-1):基坑深度9 m,距基坑10 m处为某消防站住宅楼(桩基础)。地质以杂填土和黏性土为主，底部为圆砾层。考虑到需要控制基坑位移和变形，且红线外土地不可用。采用大直径悬臂排桩支护+旋喷加固方案(图2),桩径1 600 mm,桩间距3 000 mm,桩长19 m,桩顶冠梁800×1 200 m。支护桩外侧采用双管高压旋喷加固处理，设计桩径800 mm,搭接宽度不小于200 mm,以提高填土强度，隔绝上层滞水。

(2)BD段(剖2-2):基坑深度9 m,距基坑7 m处为某消防站住宅楼(桩基础)。地质以杂填土和黏性土为主。该段为基坑阴角，主要采用悬臂排桩+角撑支护，桩径1 200 mm,桩间距2 400 mm,桩长17 m,桩顶冠梁800×1 200 m;角撑梁长度12 m,截面600×800 mm(如图1所示)。

(3)DE段(剖3-3):基坑深度9 m,距基坑8 m外某市政道路，路面下埋设有电缆、燃气等市政管道。地质以杂填土和黏性土为主。采用放坡+悬臂排桩支护，桩顶2 m范围内按1∶1放坡开挖，坡面挂网喷砼硬化(厚度100 mm);桩径1 200 mm,桩间距2 400 mm,桩长17 m,桩顶冠梁800×1 200 m。

图2悬臂排桩支护截面(剖1-1)

(4)EF、FG、GH段(剖4-4、5-5、6-6):基坑深度8.0～8.7 m,距基坑3.5～5.5 m为在建小区(高层建筑、筏板基础)。采用放坡+悬臂排桩支护，桩顶2.0～3.0 m按1∶1.5放坡处理，坡面挂网喷砼硬化(厚度100 mm);设计桩径1 200 mm,桩间距2 400 mm,桩长12～17 m,桩顶冠梁800×1 200 m。

图3旋喷加固+悬臂排桩+护壁式挡墙截面(剖7-7)

(5)HI段(剖7-7):基坑深度9.3 m,距基坑12.3 m处为某老旧小区(浅基础、埋深1.5 m),修建年代久远，周边布设有大量的市政管线；用地红线外建有浆砌片石重力式挡墙(图3)。地质以杂填土和有机质土(厚5.7 m)为主。考虑到周边构(建)筑物需要严格控制位移和变形，故采用大直径悬臂排桩+扶壁式挡墙+旋喷加固支护(图3)。桩径1 600 mm,桩间距2 200 mm,桩长15 m,桩顶冠梁1 000×1 600 m。支护桩外侧采用双排高压旋喷桩加固处理，桩径800 mm,搭接宽度不小于200 mm,以提高有机质土强度、隔绝上层滞水；支护桩内侧采用三排高压旋喷桩加固处理，桩径800 mm,不搭接，主要提高填土及有机质土强度；为防止已建浆砌片石重力式挡墙倾倒，在挡墙外布设扶壁式挡墙，墙高2.5 m,壁厚300 mm,采用植筋方式与冠梁连接。

(6)IK段(剖8-8):基坑深度9.3 m,位于老旧小区与某消防站交接处，用地红线外有浆砌片石重力式挡墙。地质以杂填土和黏性土为主。主要采用悬臂排桩+角撑+护壁式挡墙支护，桩径1 200 mm,桩间距2 400 mm,桩长17 m;重力式挡墙外布设扶壁式挡墙(设计同上);角撑梁长度12 m,截面600×800 mm(图1)。

(7)AK段(剖9-9):基坑深度9.3 m,距离训练塔(6层)直线距离约3.5 m(图4)。地质以填土和黏性土为主。由于距离训练塔很近，基坑开挖对训练塔影响较大，经多种方案论证分析，本次设计采用大直径悬臂排桩+局部逆做支护。桩径1 600 mm,桩间距2 100 mm,桩长19.0 m。基坑开挖过程中预留宽4 m、高5.1 m的土堆，按1∶1.5放坡开挖至坑底，坡面均匀布5道锚杆，长度4.5 m,水平间距1 m;地下室修建至负一楼后，布设两道内支撑，支撑长度为6 m,水平间距为8 m,支撑与楼板之间采用牛腿连接，完工后再进行局部土方开挖工作。

图4局部逆做+悬臂排桩截面(剖9-9)

3.3.2计算分析

本次支护设计采用理正基坑支护设计软件FSPW7.5进行计算，坑顶活动超载值20 kPa,民房荷载值单层15 kPa,城市道路超载35 kPa。所需岩土参数如表2所示；部分段填土和有机质土采用高压旋喷桩加固后，物理力学参数按1.5倍提高(经验值)。

根据理正基坑单元模块计算，9个支护截面计算结果均满足相关规范要求[5],并根据相关计算结果进行支护桩配筋；支护桩净间距达1.2～1.4 m,通过对桩间土抗剪强度验算，采用排桩桩间土间隔防护构造。由混凝土面层、钢筋网、横向拉筋等组成。

考虑到基坑开挖的空间效应对基坑变形影响较大，本次设计采用理正三维整体计算分析(如图5所示),详细分析了支护桩的整体位移、受力、变形情况。通过试算分析：支护桩产生的水平位移多集中在12～30 mm,竖向位移在5～20 mm;布设少量的角撑对基坑两侧悬臂排桩的位移控制效果较好。结合整体计算分析，针对设计薄弱环节，提出了强化措施，同时对部分剖面进行优化处理。

本次设计建要求施工方将基坑内施工便道设置在可能变形相对较大的DE段，起到临时支撑作用。

通过以上措施，保障了基坑及周边环境的安全，满足了土方开挖及地下主体结构的施工要求。

图5三维整体计算模型

4、基坑监测

4.1监测方案

本次基坑监测采用巡查与第三方独立监测相结合的方案。施工前对周边建筑物及市政设施进行调查、拍照记录。施工开始后，由第三方对基坑周边建筑物、支护结构体系进行专项监测。监测等级为一级[6],共布监测点60个[7],相关监测参数见表3。

表3基坑支护结构及周边构筑物监测参数表

4.2监测结果分析

基坑开挖及使用过程中，周边均没发现明显变形开裂现象，基坑使用良好。监测数据表明：支护结构最大垂直位移为15.4 mm,水平位移为24.3 mm(IH段),周边建筑物位移最大约2.2 mm,道路沉降3.4 mm;由于监测数据较多，本次选取一处较为典型的监测数据为例(图6)。至2020年11月底，基坑肥槽土方回填完成。

图6基坑东侧C22监测点基坑位移图

根据监测数据，基坑的沉降变形随着时间趋于稳定[1],基坑变形主要集中在3—5月，开挖至坑底时间段变形速率最快；基坑变形较大的区域主要集中在DE、HI段。DE段悬臂排桩的中部受空间效应影响明显，相对位移较大；HI段地质条件复杂，有机质土体发育、被动区加固宽度偏小导致基坑变形偏大；实测结果与理正三维整体计算分析结果大致吻合。

目前该基坑已竣工2年有余，各项监测指标均满足相关规范及设计文件要求，保障了基坑周边环境的安全稳定，取得了良好的社会经济效益。

5、结论

(1)该基坑为旧城改造项目，周边环境复杂、地质条件较差，根据二维单元计算和三维整体计算分析、结合地区经验，有针对性地采用“大直径悬臂排桩+扶壁式挡墙+旋喷加固”“悬臂排桩+角撑”“局部逆做”等多种支护形式，保障了基坑及周边环境的稳定，取得较好的社会经济效益，为类似基坑支护工程提供一定的参考。

(2)悬臂排桩可垂直开挖、能充分利用场地空间、占地面积小、施工快捷方便，但其稳定性较差、位移变形偏大。可通过调整支护桩桩径、支护桩间距、支护桩嵌固深度、对不良土体加固处理等措施，悬臂排桩一样可以达到控制位移、减小变形的目的。同时，针对基坑周边环境复杂区域可以通过布设少量的角撑和局部逆做方案来控制位移和变形。

(3)基坑支护设计需要考虑时空效应，不仅要考虑基坑开挖空间变形特征，还要考虑由于长时间裸露导致土体强度衰减引起的变形，有针对性地进行强化处理。

(4)考虑到旧城改造项目实际情况的复杂性，计算分析过程中不可能将全部的周边环境及地质情况模拟分析，基坑的支护设计方案须在计算分析的基础上，结合地区设计经验及施工水平基础上综合选取。

参考文献:

[1]马玉飞,胡文奎,付吉震等.城市复杂环境深基坑工程支护设计[J].城市勘测,2020(5):188-191.

[2]黄涛,段晨辉,姜风飞.复杂环境条件下深基坑支护方案设计研究[J].岩土工程学报,2014,36(S1):86-90.

[3]李铭,吴启红.深基坑失稳的加固支护实例分析[J].成都大学学报(自然科学版),2012,31(2):176-180.

[4]董建忠,黄飞.复杂环境条件下深基坑支护方案设计研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2015,42(12);34-38.

[5]JGJ120-2012.建筑基坑支护设计规程[S].

[6]GB50497-2019.建筑基坑工程监测技术规范[S].[7]GB5007-2011.建筑地基基础设计规范[S].

[7]刘国维,王卫东.基坑工程手册(第二版)[M].北京:中国建筑科技出版社,2009.

文章来源:何坤.某旧城改造项目复杂环境下深基坑支护设计[J].城市勘测,2023(04):191-195.