某工程基坑边坡支护设计方案研究

某工程基坑边坡支护设计方案研究

摘要：文章结合某工程实践，介绍了该深基坑场地的工程地质、水文地质条件，从而提出了钻孔灌注桩和土钉锚杆相结合的支护与降水设计方案，并对深基坑的支护受力和变形进行了全程监测，旨在有效地控制基坑变形及保证工程的质量。

关键词：深基坑边坡支护 降水设计 1 工程概述

本工程地位于顺德区德胜新城，德胜河北侧约720m，105国道东约1800m,场地北侧为彩虹路，东侧为观绿路，南侧为规划路，西侧为国泰路。本项目设两层地下室，基坑支护周长798m，开挖深度8.30～8.80m，基坑北、南、西侧采用桩锚放坡+土钉墙；基坑东侧采用中心岛法。基坑设计侧壁安全等级为一级，基坑支护结构使用年限为1年。

2 工程地质条件

根据岩土工程勘察报告，将工程场地的地层岩性划分自上而下的顺序如下:

（1）杂填土层（Qml）：主要由砂粒、粘性土及淤泥质土组成，局部含少量砖块及碎石，稍经压实。层厚h=0.7~3.4m，多为1.3~2.7m。

（2）冲积层（Qal）：①粉质粘土及粘土层，h=3.0~6.8m，标贯N=6-16击，平均N= 10.4击，呈可塑状；②中粗砂层，部分钻孔中揭露，呈透镜体出现，h=0.7~3.7m，平均N=13击，多呈稍密状。

（3）残积层（Qel）：为粗砂岩风化残积之粉质粘土及粉土，h=1.2~11.2m， 层顶埋深 1.3～8.9m，在基坑西边埋深较小。粉质粘土层主要出现在基坑西边，N=7.6-14.1击，呈可塑~硬可塑状。粉土N=14.4-30击，平均N=21击，呈中密状。

（4）基岩风化带：场地下卧基岩为石英质粗砂岩。①全风化带，部分钻孔中揭露，h=1.4~6.5m，层顶埋深 9.4～13.6m。N=37~52击，平均N=45击，呈密实状。②强风化带，h=0.9~9.9m，顶面埋深 11.2～17.2m。

场地地下水主要受大气降水补给。杂填土层中含有一定量的上层滞水；粘性土层透水性差，含水贫乏；场地中局部揭露的中粗砂层，砂粒间有少量粘性土充填，透水性稍弱。粉质粘土层渗透系数 k=0.1m/d。

3 基坑支护设计要点

3.1 支护方案的确定

本项目基坑工程的规模相当大，合理经济的支护方案对工程造价的控制具有举足轻重的

作用。支护方案的选择是在综合考虑：①基坑的开挖深度及形状，②场地地质条件，③周边环境等多因素的基础上进行的。

该基坑南、北侧紧临两层高的浅基础建筑物，对基坑变形的控制要求较高。同时考虑到基坑西侧的建筑物将在本项目建成后拆除，属将拆迁的临时建筑物，在保证安全的前提下轻微的开裂是许可的。在技术经济比较的基础上基坑北、南、西侧仍决定采用桩锚放坡+土钉墙支护结构方式。

3.2 钻孔灌注桩设计

本工程桩基础采用钻孔灌注桩，设计直径为 800mm，C30混凝土，桩内主筋沿桩身均匀布置，并尽量减少钢筋接头，桩内主筋搭接采用焊接，焊接长度10d，混凝土充盈系数应≥1.05且≤1.2，桩的主筋保护层厚度为40mm。

3.3 三轴搅拌桩设计

基坑四周设计三轴搅拌桩，采用P·O42.5级水泥，水泥掺入量20%，水灰比1.6。桩体设计必须保持连续性，相邻桩之间相隔不得超过12h，如因特殊原因不可避免，则应补强并标明位置。施工冷缝应另补2根旋喷搅拌桩，确保止水效果；注浆量一般为额定浆量的70%～80%。水泥掺量≥20%，水灰比为1.5～2.0。

3.4 土钉墙支护设计

该工程地下室北侧距已有的桩基础建筑物有较大距离，设计目标为保证基坑边坡的稳定。而基坑西侧紧临、南侧东段靠近浅基础建筑物，在保证基坑边坡稳定的基础上，控制基坑的变形以保证附近建筑物的安全则是设计的主要目标。因此西侧及南侧地段是该基坑支护设计的难点及重点所在。

3.4.1 设计中注意要点分析

本着确保基坑边坡稳定、有效控制基坑变形、优化设计参数合理降低支护工程量的原则，在该基坑土钉墙支护设计应注意以下几个方面：

（1）在场地许可的条件下采用一定坡度的放坡。这样既可以明显地减少支护工程量，又对控制基坑的水平变形十分有效。综合考虑场地条件及方案的经济合理性等因素，在基坑南、北两边采用约 1:0.2 或约1:0.6的放坡。

（2）在边坡上部采用长短相间布置的土钉。对于垂直或近于垂直的基坑侧壁，短土钉的长度约为钉头至坑底的距离hn，长土钉的长度约为2～2.5hn。短土钉的存在使土钉的间距不致过大而具有明显的成墙作用，有利于基坑侧壁的局部稳定。这样不但有利于控制土钉墙的水平变形，而且因土钉的平均长度并未明

显增加而控制了工程造价。

（3）在重点地段为有效控制基坑的变形，在基坑的中上部适量设置了预应力锚杆。对垂直开挖的基坑西边在第 2、4、6 排土钉中，对开挖深度大（8.80mm）、坑壁较陡（约 1:0.2）的南边西端部在第 2、4 排土钉中，对靠近浅基础建筑物的南侧在第 2、4 排土钉中均相间布置了预应力锚杆。预应力锚杆的位置多代替长土钉。

（4）基坑南侧附近高三及四层的浅基础建筑物为民房。些许开裂都可能导致较大的纠分和经济损失，有效控制该段建筑物的变形显得尤为重要。对其水平变形控制的措施为：①采用了约 1:0.6 的放坡；②设置了两排预应力锚杆。为减小土钉施工“开孔效应”引起民房过大的沉降，除预应力锚杆外，土钉的底端均不伸入民房。

3.4.2 设计方法及结果

在设计中，首先根据同类工程的设计经验初拟土钉墙的结构参数，再据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）对单根土钉的参数进行验算及调整，而后采用圆弧滑动条分法对土钉墙边坡作整体稳定验算，再据计算结果调整锚杆的设计参数直至得出合理的结果。在基坑边坡安全系数计算中，地面活荷载按15kN/㎡计，设计中采用简化Bishop法计算。

3.4.3 设计实施情况及修改

在设计实施过程中较为明显的变化有如下两点：

（1）设计时基坑的深度按8.93～9.43m。施工过程中据建设单位提供的资料基坑挖深减少了0.63m，前述的基坑挖深 8.30～8.80m是最终的实际深度。

（2）近浅基础民房的南边东段，因临时铺设高压电缆的要求，需在地面上填土约1m高，故对第 3、4 排土钉采取了加大长度和增加锚筋直径的措施。

3.5 降水设计

本工程主要地层冲积粘性土层及残积层均透水性差，含水贫乏。因此从基坑及地下室施工的角度看，在基坑边无砂层的西边及南边不需要采用专门的止水措施，施工过程中在基坑内排水即可满足要求。

地下水位降低引起的地面沉降

（1）

式中：H为计算点水位线的下降距离；hi为降低后水位线以上第i层土底面至原水位线的距离；hj为降低后水位线以下第j层土底面至降低后水位线的距离；

γw为水的重度；Ei、 Ej为土的变形模量。

本项目基坑最近的为西、南侧有二层楼房。该处因降水而产生的地面沉降取该段地质条件相对较差的ZK39孔的地质资料分析。原地下水位高程 8.0m，基坑范围内地下水位取基坑底面。采用“大井法”公式估算得该处地下水位的降低为 6.2m。将有关数据代入（1）式计算得∆z=0.3cm。由于地下水位降低引起的地面沉降相对均匀，加之该楼房的宽度较小，因而不会产生明显的沉降差，因此该沉降值是可接受的。故该基坑在无砂层的西侧及南侧不需要采用专门的止水措施。

4 基坑监测

本次变形观测主要包括两方面：一是基坑边坡支护结构及土体的侧向位移，二是基坑边坡及周围建筑物的不均匀沉降。

土钉支护的最大水平位移与竖直沉降一般发生在基坑边壁的顶部，坑顶水平位移监控值在30mm内。地面最大沉降监控值在20mm内。在安全范围内，不会引起房屋的开裂变形。施工过程中要设置观测点，施工期间定期观测，每周报观测点沉降情况，一是坡面位移值；二是地表下沉值。发现征兆，应立即停止施工，并做好指导工作，以利于及时处理。

5 结论

综上所述，通过本工程的深基坑边坡支护设计与降点要点分析，得到了以下几点结论：

（1）本工程基坑开挖深度为8.30～8.80m，基坑开挖面积大，周边环境比较复杂，变形控制的要求较高，采用桩锚放坡+土钉墙作为支护结构，能有效地控制基坑变形，取得较好的效果。

（2）基坑北边及南边西段采取了约 1:0.6或 1:0.2 的放坡及土钉墙支护，在基坑边地面未出现任何裂缝及不稳定迹象。表明在一定放坡条件下的土钉墙支护其水平变形可有效控制。

（3）基坑西边出现了较大的水平变形，前面对变形的特点已作了具体的分析，认为基坑边坡是稳定的，两层高的浅基础建筑物是安全的。入岩锚索在发生了较大的变形后对限制基坑水平变形进一步发展起了明显作用。该段可谓是已发生较大变形基坑稳定分析的一个可供借鉴的案例。

（4）为了确保临近建筑物、周围管线、地下管道的安全，对本深基坑的支护受力和变形进行了全程监测，结果表明该方案是可行的。

参考文献

[1]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）

[2]李国安，陈国华等.土钉支护中的力学性能[J].河北建筑科技学院学报，2005.