陈亭羲 邹正 李维光 刘照鹏
四川师范大学 工学院，四川 成都 610101
摘要：为了确保嘉泰大夏深基坑工程安全、高效、经济施工，根据《建筑基坑支护技术规程》、《成都地区基坑工程安全技术规范》的规定，选择并设计了嘉泰大夏项目深基坑支护方案和支护参数，评价了深基坑的安全性。工程实践表明，本深基坑工程采用的双排桩支护方案符合实际，有效保证了基坑开挖过程中的基坑稳定和周边环境安全，为同类工程建设提供了参考。
关键词：深基坑；支护；设计；评价；实践
0 引言
随着城市化进程的加快和旧城改造的深入，深基坑工程越来越多。在城市中开挖基坑，周边建（构）筑物密集、地下管网复杂，深基坑打围施工不仅影响交通，而且时有基坑事故发生，危及周边环境 [1]。影响基坑失稳的因素很多，除了岩性、地下水、周边环境、施工技术、监控外，基坑安全等级、支护方案选择及其支护参数设计也很关键[2-3]。尽管《建筑基坑支护技术规程》、《成都地区基坑工程安全技术规范》等相关规范对基坑支护方案、支护效果等有明确要求，但如何确保基坑开挖过程中的施工安全和周边环境安全，成为工程界普遍关心的重要课题[4-7]。本文以嘉泰大夏深基坑工程为工程背景，参考成都市常用基坑支护方案经验，经多方案综合比较后，确定采用双排桩支护方案。14个月的工程实践表明，基坑施工过程中未出现安全生产事故，达到了预期支护效果。
1 工程概况
1.1位置
嘉泰大夏深基坑工程位于成都市龙泉驿区城区，大夏东侧有一条马路，西、南、北三侧为高度13层至17层的住宅小区。拟挖基坑大致呈长方形，基坑东西长度120m，南北宽度45m，开挖深度10.8～13.7m。
1.2工程地质条件
1层素填土：杂色，主要由风化泥岩和砂岩碎块及粘性土组成，局部含少量建筑垃圾及生活垃圾。填土回填年限小于1年，属欠固结土。厚度0.80～6.60m。
2层粉质黏土：褐色～灰褐色，饱和，流塑～软塑状，含植物根系及腐殖质，具腐臭味。厚度2.00～5.70m。
3层粉质黏土：褐色，软塑～可塑状态，干强度较高，切面光滑，无摇震反应，场地内广泛分布。厚度3.90～6.60m。
4层砂质泥岩：紫红色，湿润，泥质粉粒～细粒结构，泥质胶结，厚层状构造，局部夹砾岩及泥岩，岩层产状近似于水平；由上至下可分为全风化、强风化、中等风化三个亚层，中等风化亚层未揭穿。揭穿中等风化亚层厚度15.50～36.30m。
基坑土层参数如表1所示。
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1.3水文地质条件
场地地下水为赋存于砂质泥岩层中，水量小。常年水位位于基坑底部场地整平标高以下埋深0.5～1.0m处。
2 基坑支护设计
2.1基坑支护设计指标
基坑安全等级二级，基坑周边地面竖向位移小于150mm，支护结构服务年限大于16个月。
2.2基坑支护方案选择
基坑最大开挖深度为13.7m。鉴于周围环境复杂，基坑施工对基坑支护结构的选择有着很高的要求，本着技术上先进可行、安全可靠、经济合理和便于施工的基坑支护设计原则，结合成都市深基坑支护常用方案及其本基坑工程实际，对于开挖深度10m 以上的超深基坑工程确定采用排桩支护方案[8-9]，单排桩、双排桩比较如表2所示，最终确定本基坑工程选用双排桩支护方式。
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2.3双排桩支护参数设计
根据设计规范规定[10]，设计双排桩结构的基本参数主要包括：排桩截面形状，排桩布置形式，排桩直径、排距、中心距、嵌固深度，桩身混凝土强度等级等。
（1）排桩截面形状
排桩截面形状有圆形、矩形之分，综合考虑施工机械、工期、效率等因素，排桩截面形状设计为圆形，以便钻机钻孔施工。
（2）双排桩布置形式
前后排对称型布置，且前后桩桩长一致。
（3）排桩直径
悬臂式排桩排桩直径不应小于600mm，设计排桩直径设计800mm。
（4）双排桩排距、中心距
双排桩排距应为2~5倍桩径，排桩中心距不应超过2倍桩径。设计双排桩排距为3倍桩径即2.4m，排桩中心距设计1.5m。
（5）双排桩嵌固深度
对于一般粘性土地层，排桩嵌固深度不应小于0.6倍基坑深度。设计嵌固深度0.6倍基坑深度即8.3m。
（6）双排桩混凝土强度等级、混凝土保护层厚度
采用钢筋混凝土灌注桩，桩身混凝土强度等级不应低于 C25，纵筋的保护层厚度不应低于 35mm。设计桩身混凝土强度等级C30，纵向受力钢筋的保护层厚度50mm。
（7）双排桩顶部混凝土冠梁宽度、高度
冠梁宽度应大于桩径，设计1m；高度应大于等于0.6 倍桩径，设计0.8m。
基坑双排桩支护典型剖面如图1所示。
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3 基坑支护后稳定性验算
3.1基坑整体稳定性安全验算
采用理正软件，对本深基坑进行了基坑整体稳定性安全系数和抗倾覆性安全系数验算，采用圆弧滑动条分法验算基坑整体稳定性，如图2所示。
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式中，Ks为整体稳定安全系数，安全等级二级的支护结构为1.30；Ks，i为第 i滑动圆弧上抗滑力矩与滑动力矩之比；cj为第 j土条滑动面上土的粘聚力，kPa；?j为第 j土条滑动面上土的内摩擦角，(°)；bj为第 j土条的宽度，m；θj为第 j土条滑动面的中点上法线与竖直面之间夹角，(°)；lj为第 j土条滑弧段长度，m， lj＝bj/cosθj；qj为第 j土条上附加分布荷载标准值，kPa；ΔGj为第 j土条自重应力，kN；uj为第 j 土条滑弧面上受到的水压力，kPa。
考虑基坑周边超载20KN/m，基坑整体稳定安全系数Ks = 2.339 > 1.30，符合规范要求。
3.2基坑抗倾覆稳定性安全评价
基坑抗倾覆稳定性安全系数
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(3)
式中，Kem为抗倾覆安全系数，对于安全等级二级的支护结构为1.2；Eak、Epk分别为主动区土压力、被动区土压力标准值，kN；za、zp分别为主动土压力、被动土压力的合力作用点与双排桩底部的距离，m；G为前后桩、桩间土、桩顶连梁总重，kN；zG为前后桩、桩间土、连梁所形成整体重心与前排桩边缘的水平距离，m。
基坑抗倾覆稳定安全系数Kq = 1.382 >1.20，符合规范要求。
4 基坑支护效果
4.1基坑位移的数值模拟
采用理正软件模拟计算，在开挖深度最深13.7m的最不利工况下，计算出前排桩最大水平位移为-63.9～0.09mm，后排桩最大水平位移为-63.91～0.00mm。根据《建筑基坑工程监测技术规程》(GB50479-2009)的规定，当基坑安全等级为二级、基坑支护结构为灌注桩时，桩顶或坡顶的最大水平位移应小于基坑深度的0.7%，即95.9mm。桩顶最大水平位移为63.91mm<95.9mm，符合要求。
按照三角形法、抛物线法、指数法，采用理正软件模拟计算出基坑周围地面最大沉降量依次为125、187、91mm，其中三角形法、抛物线法计算出基坑周围地面最大沉降量发生在基坑边缘，而采用指数法计算出基坑周围地面最大沉降量发生在距离基坑边缘4～6m的地方。一般认为，由三角形法得出的沉降曲线适用于悬臂排桩支护基坑情况。三角形法计算的基坑周围地面最大沉降量为125mm<150mm，满足基坑正常使用及周边环境安全的要求。
4.2基坑位移的监控
本基坑施工程支护设计充分考虑了基坑周边情况，基坑开挖后，钢筋混凝土灌注桩成型完好、平直挺立。从基坑开挖到基坑底板完工，基坑暴露长达14个月，但整个基坑未发生滑塌失稳事故。现场跟踪测量数据表明，支护桩顶最大位移为37mm，周围地面最大沉降为101mm，满足设计使用要求，提高了工期、工效，并保证了安全。
5 结论
（1）成都市深基坑支护方法较成熟，对于开挖深度10m 以上的超深基坑工程，常采用排桩支护方案，本实例也证明了这种支护形式的适用性。
（2）本深基坑工程采用设计参数的双排桩支护后，基坑整体稳定安全系数、基坑抗倾覆稳定安全系数符合设计规范要求。
（3）现场监测结果表明，桩顶最大水平位移、基坑周围地面最大沉降量符合设计要求，本深基坑工程支护设计合理有效，保证了基坑施工安全。
参考文献
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