论文部分内容阅读
（1.山东省煤田地质局第四勘探队 山东 潍坊 261206；
2.山东省基础工程公司 山东 济南 250000；
3.山东省第五地质矿产勘察院 山东 泰安 271000）
【摘 要】本文例举某高层建筑基坑支护设计，来说明如何安全、合理地选择合适的支护结构并根据基坑工程的特点进行科学的设计是基坑工程要解决的主要内容。
【关键词】基坑支护设计；工程概况；地质与水文地质条件；环境条件；设计说明；施工说明
Excavation of a high-rise building design
Yang Feng-cheng1,Cheng Guan-lei2,Chen Dong3
(1.Coalfield Geology Bureau, Shandong Province, the fourth exploration team Weifang Shandong 261206；
2.Engineering company based in Shandong Province Jinan Shandong 250000；
3.Fifth Shandong Province Institute of Geology and Mineral Survey Taian Shandong 271000)
【Abstract】This paper illustrates a high-rise building foundation pit design, to illustrate how safe and reasonable choice of a suitable support structure according to the characteristics of scientific excavation is excavation designed to address the main content.
【Key words】Foundation pit design;Project Overview;Geological and hydrogeological conditions;Environmental conditions;Design specifications;Construction instructions
1. 前言
由于城市高层建筑的迅速发展，地下停车场、人防等各种需要，深基坑工程越来越多.由于多是在城市中进行开挖，基坑周围通常存在交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物，这就涉及到基坑开挖的一个很重要内容，要保护其周边构筑物的安全使用。而一般的基坑支护大多又是临时结构、投资太大也易造成浪费，但支护结构不安全又势必会造成工程事故。因此，如何安全、合理地选择合适的支护结构并根据基坑工程的特点进行科学的设计是基坑工程要解决的主要内容。
2. 工程概况
拟建工程场地位于诸城市的兴华路以南、西苑大厦以西，东升大酒店以东，东西长约47.6m，南北宽约30.1m，总建筑面积约2.48万m2。
主楼东西长约43.6m，南北宽约15m，为商住楼。地上32层，其中5层为商业楼；地下1层，层高约7.5m。框剪结构，拟采用桩筏基础，筏板厚约1.5m。
3. 工程地质与水文地质条件
3.1 工程地质条件。
场地勘察深度内，主要揭露地层为冲洪积形成的沉积层及下覆稳定沉积岩。场区与基坑支护有关的各岩土层分布特征分述如下：
3.1.1 杂填土（Q4ml）。
杂色，松散，稍湿，主要成分为建筑垃圾及粘性土。层厚0.8～1.6m，平均1.2m。
3.1.2 粉土（Q4al+Pl）。
黄褐色，湿，中密，干强度、韧性低；层厚0.6～2.1m，平均1.4m。
3.1.3 粘土（Q4al+Pl）。
褐色～灰褐色，硬塑；层厚1.0～2.0m，平均1.7m。
3.1.4 粉质粘土（Q4al+Pl）。
黄褐色，可塑，干强度、韧性中等，切面稍有光泽，无摇振反应，含零星姜石。
层厚2.0～2.7m，平均2.2m。
3.1.5 粉质粘土（Q3al+Pl）。
黄褐色，可塑～硬塑，干强度、韧性中等，切面稍有光泽，无摇振反应，含大块姜石，见红褐色氧化铁条纹。层厚1.9～3.2m，平均2.8m。
3.1.6 粗砾砂（Q3al+Pl）。
黄褐色，饱和，密实，主要成分为长石、石英等矿物，颗粒呈圆形或亚圆形，级配良好；层顶含粘性土，层底局部夹粘性土薄层，厚约20～40厘米，可塑。层厚2.3～3.8m，平均2.8m。
3.1.7 强风化泥质细砂岩（K2w）。
红褐色～紫红色，泥质胶结，层状构造，主要成分为细砂，局部为泥岩，以粘土类矿物为主。层厚2.1～2.4m，平均2.2m。
3.1.8 中风化泥质细砂岩（K2w）。
红褐色～紫红色，泥质～钙质结构，层状构造，主要成分为细砂，局部为泥岩，以粘土类矿物为主。岩体较完整，岩心呈碎块状或短柱状，采取率约85%，锤击可碎，为极软～软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。本层未钻透，最大揭露厚度26m。
3.2 地下水。
地下水主要为第四系孔隙潜水，含水层6层粗砾砂，水位埋深6.5～7.1m，水位标高13.55～13.85m。
4. 环境条件
拟建楼基坑最大开挖深度约8.5m；地下室外墙距东侧西苑大厦约13.0m，西苑大厦采用CFG桩复合地基，筏板底面埋深约5.5m；西侧距离东升大酒店4层楼约6.0m，4层楼采用砂石换填地基；南侧及北侧虽较宽阔，需要做为施工场地，也无可放坡空间。各侧情况详见基坑周边环境详图（见图1）。
5. 设计说明
5.1 安全等级及使用年限。
统观基坑，西侧因建筑物分布较多，不允许在基坑开挖后坡面有变形发生；东侧坡顶有小型车辆通行，也存在此情况；北侧和南侧坡顶考虑施工场地影响，边坡放坡空间较小。
综合考虑本基坑支护安全等级按一级考虑，基坑侧壁重要性系数取1.1；整个基坑按临时性边坡考虑，基坑支护体系使用期限不应超过9个月（基坑自施工之日起至回填至正负零结束）。
5.2 支护体系。
根据工程地质及水文地质条件，结合基坑周边环境，对基坑需支护段采取如下支护方案：
（1）对东侧和西侧靠近现有建筑物位置为采用“支护桩{排桩}+预应力锚杆”形成复合支护体系。
（2）南侧和北侧采用“土钉墙”支护体系。
详细支护方案见基坑支护平面布置图（见图2）。
5.3 主要材料控制标准。
水泥品种P.O32.5R普通硅酸盐水泥；喷射混凝土强度等级C20；
Ⅰ级圆钢：HPB235，强度标准值fyk=235N/mm2；
Ⅱ级螺纹 ：RB335，强度标准值fyk=335N/mm2；
Ⅲ级螺纹 ：HRB400，强度标准值fyk=400N/mm2；
泄水管采用PVC管50mm。
5.4 主要结构构件控制标准及其他设计要求。
（1）钢筋混凝土支护桩
钢筋混凝土灌注桩采用机械成孔，间距按照各支护单元要求确定，支护桩砼强度等级C30。
支护桩成孔时宜采用1、4、7跳桩法间隔施工，要求采取可靠的护壁措施，保证成孔质量；应在灌注混凝土24h后进行进行邻桩施工。
（2）开挖。
基坑开挖前应严格执行分层开挖，要求在每级工况下开挖深度不大于支护结构垂直深度500mm。
（3）锚杆（锚索）。
钻孔深度超过锚杆设计长度应不小于500mm。
（4）喷射混凝土。
干法喷射水泥与砂、石之质量比宜为1.0：4.0～1.0：4.5。
钢筋网与坡面的间隙宜为50mm。喷射顺序在每层上应自下而上进行。
上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖下层土方及下层土钉施工。
（5）注浆。
注浆材料水灰比宜为0.40～0.45。
注浆管宜与锚杆同时放入孔内，一次注浆管端头到孔底距离宜为100～200mm；必须采取措施保证锚固体饱满密实，强度不低于25MPa。
水泥浆（水泥砂浆）应拌和均匀，随拌随用。一次拌和的水泥浆应在初凝前用完。
注浆后，浆体强度未达到设计要求前，杆体不得受到扰动。
（6）锚杆的张拉与施加预应力（锁定）。
锚固段强度大于15MPa并达到设计强度等级的75%后方可进行张拉。
5.5 基坑监测。
基坑工程施工前，建设单位应委托有相应资质的，除土方开挖，支护施工单位外的第三方单位，依据规范要求编制监测方案，方案经各责任方审批后方可实施。本工程应按照二级基坑结合工程实际情况制定监测方案。
监测单位应根据设计、规范及现场要求确定监测项目、方法、测点位置及数量，监测数据应及时向设计单位反馈，以进行工程动态设计。
5.5.1 监测内容。
本基坑监测主要内容为坑顶支护结构水平位移和沉降的监测。
5.5.2 监测点布置。
（1）基坑开挖前，在距围护结构边缘基坑开挖深度5倍以外且不小于30m的稳定处理设观测基准点（不少于3个），并做好保护工作，先测得观测基准点稳定初始值，且不少于2次。
（2）监测点在基坑周边距离坑顶1m处布置，间距20m设1个观测点。
5.5.3 观测精度要求。
满足国家三级水准测量精度要求，水平误差控制＜1.00mm，垂直误并控制＜0.5mm，坑顶位移监控报警值3cm，沉降监控报警值3cm。
5.5.4 观测频率。
施工过程应严格按照设计进行。正常施工时，应每天观测1次，基础底板施工完毕后，可1周观测一次。雨天及雨后应增加观测密度，开挖至支护完毕6小时应增大观测次数，现场及时绘制垂直及水平位移曲线。当变形数据超过开挖深度的2‰时，将监测结果及时通告设计人员，并采取措施及时处理。
5.5.5 在基坑开挖、支护和使用过程中严格按监测方案监测，及时与有关施工单位数据处理和信息反馈。
5.6 地下水控制方案。
若考虑工程造价，最经济的方式为“坑内集水明排”方案控制地下水。即在坑内采用明沟和集水井进行明排；坡顶设置截水措施，防止雨水或地表水流入基坑内。
根据本地区的建筑经验及岩土层条件，若地下水量过大，坑内集水明排不能有效的降低基坑内水位时，应考虑布置降水管井。
地下水控制方案必须在基坑开挖前，根据工程类比法确定。
坡面泄水孔可按梅花形布置，间距2.0～5.0m；根据坡面渗水量大小由现场确定，渗水量大时应取小值。
5.7 其他。
（1）应采用信息化施工，将揭示地质状况、施工和监测情况等信息及时反馈设计单位，以进行工程动态设计。
（2）本基坑工程应进行施工监理，确保施工满足设计要求。
（3）因本程未能提供专门的基坑工程勘察报告，设计中参照的土层信息，均来自主建筑物的岩土工程勘察报告，报告为主楼范围内土层情况，基坑开挖后边坡揭露地层条件可能与设计依据地层有出入，施工中若出现地层情况与勘察报告有出入，应及时反馈设计单位。
6. 施工说明
6.1 面层施工。
（1）喷射混凝土面层施工严格执行《建筑基坑支护技术规程》。
（2）混凝土厚度应满足设计要求，现场应随时抽检。
（3）喷射混凝土强度等级C20，宜做试块。
6.2 险情应急措施。
当基坑边坡变形过大、过快、周边建（构）筑物出现沉降开裂等险情时应暂停施工，根据险情原因和
(下转第13页)
2.山东省基础工程公司 山东 济南 250000；
3.山东省第五地质矿产勘察院 山东 泰安 271000）
【摘 要】本文例举某高层建筑基坑支护设计，来说明如何安全、合理地选择合适的支护结构并根据基坑工程的特点进行科学的设计是基坑工程要解决的主要内容。
【关键词】基坑支护设计；工程概况；地质与水文地质条件；环境条件；设计说明；施工说明
Excavation of a high-rise building design
Yang Feng-cheng1,Cheng Guan-lei2,Chen Dong3
(1.Coalfield Geology Bureau, Shandong Province, the fourth exploration team Weifang Shandong 261206；
2.Engineering company based in Shandong Province Jinan Shandong 250000；
3.Fifth Shandong Province Institute of Geology and Mineral Survey Taian Shandong 271000)
【Abstract】This paper illustrates a high-rise building foundation pit design, to illustrate how safe and reasonable choice of a suitable support structure according to the characteristics of scientific excavation is excavation designed to address the main content.
【Key words】Foundation pit design;Project Overview;Geological and hydrogeological conditions;Environmental conditions;Design specifications;Construction instructions
1. 前言
由于城市高层建筑的迅速发展，地下停车场、人防等各种需要，深基坑工程越来越多.由于多是在城市中进行开挖，基坑周围通常存在交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物，这就涉及到基坑开挖的一个很重要内容，要保护其周边构筑物的安全使用。而一般的基坑支护大多又是临时结构、投资太大也易造成浪费，但支护结构不安全又势必会造成工程事故。因此，如何安全、合理地选择合适的支护结构并根据基坑工程的特点进行科学的设计是基坑工程要解决的主要内容。
2. 工程概况
拟建工程场地位于诸城市的兴华路以南、西苑大厦以西，东升大酒店以东，东西长约47.6m，南北宽约30.1m，总建筑面积约2.48万m2。
主楼东西长约43.6m，南北宽约15m，为商住楼。地上32层，其中5层为商业楼；地下1层，层高约7.5m。框剪结构，拟采用桩筏基础，筏板厚约1.5m。
3. 工程地质与水文地质条件
3.1 工程地质条件。
场地勘察深度内，主要揭露地层为冲洪积形成的沉积层及下覆稳定沉积岩。场区与基坑支护有关的各岩土层分布特征分述如下：
3.1.1 杂填土（Q4ml）。
杂色，松散，稍湿，主要成分为建筑垃圾及粘性土。层厚0.8～1.6m，平均1.2m。
3.1.2 粉土（Q4al+Pl）。
黄褐色，湿，中密，干强度、韧性低；层厚0.6～2.1m，平均1.4m。
3.1.3 粘土（Q4al+Pl）。
褐色～灰褐色，硬塑；层厚1.0～2.0m，平均1.7m。
3.1.4 粉质粘土（Q4al+Pl）。
黄褐色，可塑，干强度、韧性中等，切面稍有光泽，无摇振反应，含零星姜石。
层厚2.0～2.7m，平均2.2m。
3.1.5 粉质粘土（Q3al+Pl）。
黄褐色，可塑～硬塑，干强度、韧性中等，切面稍有光泽，无摇振反应，含大块姜石，见红褐色氧化铁条纹。层厚1.9～3.2m，平均2.8m。
3.1.6 粗砾砂（Q3al+Pl）。
黄褐色，饱和，密实，主要成分为长石、石英等矿物，颗粒呈圆形或亚圆形，级配良好；层顶含粘性土，层底局部夹粘性土薄层，厚约20～40厘米，可塑。层厚2.3～3.8m，平均2.8m。
3.1.7 强风化泥质细砂岩（K2w）。
红褐色～紫红色，泥质胶结，层状构造，主要成分为细砂，局部为泥岩，以粘土类矿物为主。层厚2.1～2.4m，平均2.2m。
3.1.8 中风化泥质细砂岩（K2w）。
红褐色～紫红色，泥质～钙质结构，层状构造，主要成分为细砂，局部为泥岩，以粘土类矿物为主。岩体较完整，岩心呈碎块状或短柱状，采取率约85%，锤击可碎，为极软～软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。本层未钻透，最大揭露厚度26m。
3.2 地下水。
地下水主要为第四系孔隙潜水，含水层6层粗砾砂，水位埋深6.5～7.1m，水位标高13.55～13.85m。
4. 环境条件
拟建楼基坑最大开挖深度约8.5m；地下室外墙距东侧西苑大厦约13.0m，西苑大厦采用CFG桩复合地基，筏板底面埋深约5.5m；西侧距离东升大酒店4层楼约6.0m，4层楼采用砂石换填地基；南侧及北侧虽较宽阔，需要做为施工场地，也无可放坡空间。各侧情况详见基坑周边环境详图（见图1）。
5. 设计说明
5.1 安全等级及使用年限。
统观基坑，西侧因建筑物分布较多，不允许在基坑开挖后坡面有变形发生；东侧坡顶有小型车辆通行，也存在此情况；北侧和南侧坡顶考虑施工场地影响，边坡放坡空间较小。
综合考虑本基坑支护安全等级按一级考虑，基坑侧壁重要性系数取1.1；整个基坑按临时性边坡考虑，基坑支护体系使用期限不应超过9个月（基坑自施工之日起至回填至正负零结束）。
5.2 支护体系。
根据工程地质及水文地质条件，结合基坑周边环境，对基坑需支护段采取如下支护方案：
（1）对东侧和西侧靠近现有建筑物位置为采用“支护桩{排桩}+预应力锚杆”形成复合支护体系。
（2）南侧和北侧采用“土钉墙”支护体系。
详细支护方案见基坑支护平面布置图（见图2）。
5.3 主要材料控制标准。
水泥品种P.O32.5R普通硅酸盐水泥；喷射混凝土强度等级C20；
Ⅰ级圆钢：HPB235，强度标准值fyk=235N/mm2；
Ⅱ级螺纹 ：RB335，强度标准值fyk=335N/mm2；
Ⅲ级螺纹 ：HRB400，强度标准值fyk=400N/mm2；
泄水管采用PVC管50mm。
5.4 主要结构构件控制标准及其他设计要求。
（1）钢筋混凝土支护桩
钢筋混凝土灌注桩采用机械成孔，间距按照各支护单元要求确定，支护桩砼强度等级C30。
支护桩成孔时宜采用1、4、7跳桩法间隔施工，要求采取可靠的护壁措施，保证成孔质量；应在灌注混凝土24h后进行进行邻桩施工。
（2）开挖。
基坑开挖前应严格执行分层开挖，要求在每级工况下开挖深度不大于支护结构垂直深度500mm。
（3）锚杆（锚索）。
钻孔深度超过锚杆设计长度应不小于500mm。
（4）喷射混凝土。
干法喷射水泥与砂、石之质量比宜为1.0：4.0～1.0：4.5。
钢筋网与坡面的间隙宜为50mm。喷射顺序在每层上应自下而上进行。
上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖下层土方及下层土钉施工。
（5）注浆。
注浆材料水灰比宜为0.40～0.45。
注浆管宜与锚杆同时放入孔内，一次注浆管端头到孔底距离宜为100～200mm；必须采取措施保证锚固体饱满密实，强度不低于25MPa。
水泥浆（水泥砂浆）应拌和均匀，随拌随用。一次拌和的水泥浆应在初凝前用完。
注浆后，浆体强度未达到设计要求前，杆体不得受到扰动。
（6）锚杆的张拉与施加预应力（锁定）。
锚固段强度大于15MPa并达到设计强度等级的75%后方可进行张拉。
5.5 基坑监测。
基坑工程施工前，建设单位应委托有相应资质的，除土方开挖，支护施工单位外的第三方单位，依据规范要求编制监测方案，方案经各责任方审批后方可实施。本工程应按照二级基坑结合工程实际情况制定监测方案。
监测单位应根据设计、规范及现场要求确定监测项目、方法、测点位置及数量，监测数据应及时向设计单位反馈，以进行工程动态设计。
5.5.1 监测内容。
本基坑监测主要内容为坑顶支护结构水平位移和沉降的监测。
5.5.2 监测点布置。
（1）基坑开挖前，在距围护结构边缘基坑开挖深度5倍以外且不小于30m的稳定处理设观测基准点（不少于3个），并做好保护工作，先测得观测基准点稳定初始值，且不少于2次。
（2）监测点在基坑周边距离坑顶1m处布置，间距20m设1个观测点。
5.5.3 观测精度要求。
满足国家三级水准测量精度要求，水平误差控制＜1.00mm，垂直误并控制＜0.5mm，坑顶位移监控报警值3cm，沉降监控报警值3cm。
5.5.4 观测频率。
施工过程应严格按照设计进行。正常施工时，应每天观测1次，基础底板施工完毕后，可1周观测一次。雨天及雨后应增加观测密度，开挖至支护完毕6小时应增大观测次数，现场及时绘制垂直及水平位移曲线。当变形数据超过开挖深度的2‰时，将监测结果及时通告设计人员，并采取措施及时处理。
5.5.5 在基坑开挖、支护和使用过程中严格按监测方案监测，及时与有关施工单位数据处理和信息反馈。
5.6 地下水控制方案。
若考虑工程造价，最经济的方式为“坑内集水明排”方案控制地下水。即在坑内采用明沟和集水井进行明排；坡顶设置截水措施，防止雨水或地表水流入基坑内。
根据本地区的建筑经验及岩土层条件，若地下水量过大，坑内集水明排不能有效的降低基坑内水位时，应考虑布置降水管井。
地下水控制方案必须在基坑开挖前，根据工程类比法确定。
坡面泄水孔可按梅花形布置，间距2.0～5.0m；根据坡面渗水量大小由现场确定，渗水量大时应取小值。
5.7 其他。
（1）应采用信息化施工，将揭示地质状况、施工和监测情况等信息及时反馈设计单位，以进行工程动态设计。
（2）本基坑工程应进行施工监理，确保施工满足设计要求。
（3）因本程未能提供专门的基坑工程勘察报告，设计中参照的土层信息，均来自主建筑物的岩土工程勘察报告，报告为主楼范围内土层情况，基坑开挖后边坡揭露地层条件可能与设计依据地层有出入，施工中若出现地层情况与勘察报告有出入，应及时反馈设计单位。
6. 施工说明
6.1 面层施工。
（1）喷射混凝土面层施工严格执行《建筑基坑支护技术规程》。
（2）混凝土厚度应满足设计要求，现场应随时抽检。
（3）喷射混凝土强度等级C20，宜做试块。
6.2 险情应急措施。
当基坑边坡变形过大、过快、周边建（构）筑物出现沉降开裂等险情时应暂停施工，根据险情原因和
(下转第13页)