江苏建筑 ２０１１年第５期（总第１４３期） 深基坑支护设计与施工的探讨 华建宁 （南京三乐电子信息产业集团有限公司，江苏南京２１１８００） ［概 要］ 南京三乐研发大楼位于市中心区域，周边环境条件复杂。文章结合工程建设管理体会，探讨和总结深基坑支护 设计与施工、降水和监测在实际工程中的应用和处理方法，以确保深基坑施工安全，消除因降水造成对周边环境的影响。 【关键词】 深基坑支护；设计与施工；降水；监测 【中图分类－￣－］ＴＵ４７３［文献标识码】Ａ【文章编号】ｌ００５—６２７０（２Ｏｌ１）０５－００８４－０４ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｅｐ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｐｉｔ Ｓｕｐｐｏｒｔ ● ＨＵＡ Ｊｉａｎ－ｎｉｎｇ （Ｎａｎｊｉａｎｇ Ｓａｎｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１ １８００ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎａｎｊｉｎｇ Ｓａｎｌｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｉｓ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｔｙ，ｓｕｒｒｏｕｎｄ— ｅｄ ｂｙ ｅｏｍｐｌｅｘ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｘｐｌｏｒｅｓ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｓｕｐ— ｐｏｒｔ，ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｓｕｐｐｏｒｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃ— ｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｏ ｒｅｍｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｓｕｐｐｏｒｔ；ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ；ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ０引言 ６ ＶＩＩ的基坑。 随着城市中心大量建筑的涌现，深基坑工程越来越多， １．２排桩内支撑支护 同时密集的建筑物、大深度的基坑周围复杂的地下设施，使 排桩大多为冲、钻孑Ｌ灌注桩．个别工程采用地下连续墙 得深基坑工程支护得到广泛的重视和应用。深基坑支护的 或预应力管桩。内支撑系统根据平面形状有角撑式、角撑对 目的在于确保坑壁的稳定和施工安全．同时确保邻近建筑 撑式、水平拱圈式等多种布置方式。支撑材料有钢梁和钢筋 物、构筑物及地下管线的安全，有利于地下室开挖和建造 混凝土梁２种。 保证支护施工方便和经济合理，所以支护体系的选用原则 这种支护形式大多用在软土层较厚、且基坑深度较深 是安全、经济、方便施工。安全不仅指支护体系本身安全，保 的工程。基坑深度在６ ＩＴＩ～１０ ｍ之间多采用１道支撑，大于 证基坑开挖、地下结构施Ｉｌｉａ，利，而且要保证邻近建（构）筑 １０ ｍ的采用２道支撑。内支撑的布置应尽量简单， 蠹便 物和市政设施的安全和正常使用；经济不仅指支护体系的 基坑机械挖土和地下工程施工。其优点是支护系统较安全 工程费用．而且要考虑工期和安全储备等综合因素是否经 可靠，缺点是基坑挖土和地下室施工较为不便，一旦有某个 济合理；方便施工要考虑挖土费用、机械设备、材料选用尽 节点破坏将导致整体失稳。 可能做到因地制宜和节省工期．提高支护体系的可靠性。 ｌ３桩锚支护 １基坑支护类型 这釉支护方式主要适用于场地土层性能较好或软土层 １．１自立式支护 较薄的场地。对基坑深度较大的工程．岩土锚杆的参数如 水泥搅拌桩挡墙支护和悬臂式排桩支护２种形式。前 下：与水平夹角在１５。～４０。之间；长度在３５ ｍ以内；设计轴 者主要适用于淤泥、淤泥质土、粉土、粉质粘土、粘土、素填 向抗拔力一般小于６００ ｋＮ：锚筋材料有钢筋或３～４条钢铰 土等土层，后者一般采用冲、钻孑Ｌ或人工挖孔灌注桩．个别 线；大多采用２次高压注浆工艺．第２次注浆一般大于２州Ｐａ。 采用预制桩。 １．４喷锚（土钉墙）支护 这种支护形式的优点是基坑内无支撑，便于机械化挖 这种支护方式是锚杆、钢丝网、喷射混凝土相结合的联 土和地下工程施工，缺点是支护桩顶水平位移较大，当基坑 【收稿日￣１２０１ １－０５－０５ 较深或地质条件较差时，工程造价较高。一般适用于深度＜ 【作者简介】华建宁，男，南京三乐电子信息产业集团有限公司，工程师。 江苏建筑 ２０１１年第５期（总第１４３期） ８ 合支护形式，适用于地下水位以上或经人工降水后的人工 基坑施工开挖前，常对基坑进行降水和排水处理，由于 填土、粘性土和弱胶结砂土。常用在单层地下室、且淤泥较 地下水的抽取，将导致降水井周围水位下降，孑Ｌ隙水移除， 薄、地下水较少的基坑，但不适用于含水丰富．的粉细砂层、 孔隙水压力消散，土中孔隙逐渐密实，有效应力增大，而孔 沙砾卵石层．不能用于自稳能力极差的厚淤泥层，基坑深度 隙的压密的直接结果即导致土体发生变形，并最终引发地 不宜大于１２ ｍ。其优点是：（１）通过形成喷射混凝土、锚杆、 表沉降。 钢筋网与土体共同作用的主动支护体系，最大限度地利用 与此同时，由于降水而导致的土体有效应力增大也将 边壁土体的自稳能力；（２）属柔性支护可自行调节，使结构 在一定程度上提高了坑内被动区土体的强度及变形模量， 处于最佳受力状态，局部不会产生偶然过载；（３）具有很大 对基坑的变形有一定的影响。 的灵活性，可根据监测数据随时调整支护参数；（４）所需设 除了施工过程中的降水外，基坑开挖前的降水也可造 备简单，操作场地小；（５）工程造价低。其缺点是：（ｉ）边壁变 成墙体的水平位移和地面沉降。 形较大；（２）锚杆往往会超出建筑用地红线。 ２．２地下水渗流的影响 １．５组合型支护 由于基坑的降水，基坑及周边土体中的地下水将存在 当基坑内有几种深度．或者土层分布变化较大，或者基 一定的水头差，由此将引发渗流现象。地下水在土中流动 坑各侧的环境条件有较大差别时，可因地制宜地采用不同 时，受到土颗粒的阻力而消耗能量，并导致水头损失，同时 的组合方式．以充分发挥各种材料及支护机构形式的优越 地下水对土颗粒施加反作用力，推动土颗粒发生位移，这种 性．降低工程造价。 地下水作用在土体颗粒上产生的拖拽力即称为渗流力。 组合型支护方式主要有： 由于渗流力的存在，土体内部的有效＿直．力发生一定的 （１）上部放坡（或土钉墙）下部钢筋混凝土排桩（或桩 变化。并由此对变形产生一定的变形影响。当渗流作用较强 锚）的组合。 时，将带动土中颗粒发生移动，并引发流土、管涌等现象，当 （２）拱形水泥土墙与钢筋混凝土灌注桩或Ｈ型钢的组 渗流较为严重时可能导致基坑发生局部或整体失稳，导致 合。 基坑发生破坏。 （３）钢筋混凝土排桩与桩间高压旋喷桩的组合。 ２．３土体固结的影响 （４）支护桩与用压力注浆或水泥土搅拌桩加固被动区 基坑开挖过程中，由于坑内土体的挖除，坑内及周边土 的组合。 体的应力将发生变化，孔隙水压力也将由此发生变化，随着 （５）土钉墙与水泥搅拌桩的组合。 基坑施工的进行，土体逐渐固结，土中的超孔隙水压力逐渐 （６）土钉墙与微型注浆桩的组合。 消散．有效应力随孔隙水压变化而变化逐渐趋于稳定，达到 （７）土钉墙与预应力锚索的组合。 最终的固结状态，在这个过程中，土体单元将发生一定的应 （８）各种支护结构与由水泥搅拌桩或高压旋喷桩形成 变。而在宏观上即体现为加快的变形。此外，软粘土的流变 的封闭止水帷幕的组合。 特性在基坑的施工过程中将对基坑的变形产生～定的影 ２基坑地下水的影响及控制方法 响。 基坑工程施工对场地周边环境影响较为普遍，其主要 ２．４地下水的控制方法 表现有：建筑物倾斜，或产生裂缝，甚至造成危房；地面工程 地下水控制方法依据《建筑基坑支护技术规程》 破损；地下管线破裂。究其原因，除基坑支护结构变形过大、 （ＪＢＪ１２０—９９）可分为集水明排、降水、截水和回灌等形式单 失稳问题外，主要是大面积深层降水引起大量沉降和严重 独或组合使用，见表１。 不均匀沉降所造成。 ３工程实例 ２．１基坑降水的影响 三乐研发大楼２００９年１１月动工兴建，２０１１年３月竞 表１ 地下水的控制方法 江苏建筑 ２０１１年第５期（总第１４３期） 成施工。工程坐落于南京市鼓楼区老菜市８号，地上７层。 于１．１；止水帷幕采用直径７００ ｍｍ双轴深搅桩，桩长８．５０ ｍ。 地下ｌ层。东、南侧临市政道路和管道廊架．西、北侧Ｉ临３～７ ４２．５级普通硅酸盐水泥，基坑外侧止水深搅桩水泥掺人比 层建筑，基坑四周距离市政道路或建筑物仅为３ ｍ～８ ｍ。经 为１５％，基坑内侧止水深搅桩水泥掺人比为ｌ８％：围护桩 过勘察，基坑设计参数见表２。 顶为１２００ｘ７００（ｈ）混凝土圈梁及５５０ｘ６５０（ｈ）混凝土支撑． ３．１基坑支护设计 并设￣３７７ｘ１０钢管立柱，见图１。 基坑底深４．６０ ｉｎ，面积约２ ５００ ｎｌ ，周长１８５ ｍ．基坑 ３．２基坑降排水措施 安全等级为二级。 （１）基坑内设８组 ８００管井，下人 ３６ｏ／ ３００水泥管 基坑采用钻孔灌注桩加１道水平撑支护，基坑外设置 井，孔内填１ ｍｍ～５ ｍｍ绿豆砂，严格控制填滤料规格，保证 双轴深搅桩止水帷幕。围护桩采用直径７００ ｍｒｔｌ钻孔灌注 水井出清水，防止水井淤塞和坑外淘空。 桩，桩长１８．５０ ｍ～１３．３０ ｍ，混凝土等级Ｃ３０，充盈系数不小 （２）基坑开挖前两周进行降水．确保基坑开挖面无明 水。 （３）每日观察水位变化，水位变化小于５００ ｍｍ／ｄ。 （４）基坑围护桩四周设置排水沟，同时，在基坑开挖至 设计标高后设置集水坑明沟排水。 ３＿３基坑支护监测 图１基坑支护设计示意图 （１）监测内容：支护桩顶部水平位移ｌ６个点、周围地面 表２ 基坑设计参数 报警值 序号 监测内容 允许值／ｍｍ 变形速率／ｍｍ／ｄ 累计变形值／ｍｍ 注：各监测点变形速率均在表３报警值范围内。 江苏建筑 ２０１１年第５期（总第１４３期） ８７ 综合以上对各项监测数据分析比较和现场巡查，该工 沉降１１个点、深层水平位移７个点、周边建筑沉降１９个 点、支撑轴力６个断面、支撑立柱沉降／隆起５个点、坑外水 位６个孔。 （２）监测频率：基坑开挖初期，每隔１ ｄ～２ ｄ监测一次； 基坑开挖接近坑底及后一周内，每天监测１次；基础底板施 程基坑支护结构运行过程中，有效地控制外侧土体的变形， 对周边建筑物、道路和管线未产生不利影响。 参考文献 【ｌ】郑刚，焦莹．深基坑工程设计理论及工程应用【Ｍ】．中国 建筑工业出版社，２０１０．１２． 工期间。每隔１天监测１次；基础底板浇筑完毕后，每隔２ ｄ～ ３ ｄ监测一次。 ３．４基坑监测成果及结论 ［２】ＪＣＪ１２０～９９建筑基坑枝术规程［Ｓ】．中国建筑工业出版 社．１９９９． （１。）基坑监测控制要求见表３。 （２）基坑实际监测数据（仅统计最大累计变形值）见表４。 ， 【３】ＧＢ５０４９７—２００９建筑基坑工程监测技术规范【ｓ］．中国建 筑工业出版社，２００９． —壹‘｝—：》‘ — ｋ— ‘ ，窜 ，：§Ｉ｝ ■｝・奎‘ ‘ 盥业・９；｝，９Ｉ｝ ‘ ， ＿｝’ ；｝ Ｉ ，：ｊ‘ ’ ；｝窜‘ ，９‘｝，９ —：Ｉ ’９ ｆ，：》‘ —：｜ ’ｓ●｝窜‘拿， ；｝’ ；｝—： ；｝，ｓ‘ ’ ；鲁，９ ’奎 ’窜‘ ’：Ｉｌ ，宣‘｝ ￥０｝，９－｝’窖‘章夸ｌ窖・９Ｉ （上接第４２页） ２嵌入式钢筋增强竹结构应用分析 “十二五”期间，我国建筑业年开复工面积，初步预计将持续 保持在近２Ｏ亿ｍ。的水平。 然而目前新建住房大部分为钢筋混凝土结构．只有不 ２．１经济效益对比 针对竹结构工程费用造价，现结合相关工程实践，以１ 套面积约２００ ｍｚ的２层别墅为实例，将钢筋增强竹结构与 混凝土框架结构、钢结构作横向比较（如表３）。 竹结构别墅建造成本约为ｌ５００元，ｍ （含基本的室内 装修）．与普通钢筋混凝土框架住宅主体结构建造成本接 近，如普通框架结构计人基本装修，其成本可达２ ０００元／ｍ２， 而竹结构住宅建成即带基本的室内装修．故竹结构住宅即 到１％为木结构建筑，未能满足不同层次人们的需要。就全 国范围来讲，新型竹结构房屋的市场基本还是空白，因此发 展的空间很大。伴随着竹结构的研究在我国起步，由于它具 有许多优良特性，越来越受到人们的关注和青睐，在未来的 建筑市场中将具有很强的竞争力。 与此同时，我们也要对竹结构进行客观地分析，解决好 目前存在的问题，以利于竹结构房屋的顺利发展。 ３结语 使与传统结构形式相比也具有良好的经济性．对于２００ ｍｚ 的２层别墅，竹结构造价３Ｏ万元，和混凝土框架结构相当， 低于钢结构方案．钢筋增强竹结构在达到与普通竹结构相 同性能目标时．可降低竹结构造价２０％。 建筑的建设和使用是刚性碳排放的主要来源之一，目 前发达国家建筑使用能耗占其全社会总能耗的３Ｏ％～４０％， 我国的建筑使用能耗占全社会总能耗约２８％，且还有上升 竹材是绿色低碳环保材料，在当前大力发展低碳经济、 可持续发展经济和绿色经济的大背景下，研究、生产、使用 绿色、生态、环保、低碳、可再生的新型建筑材料是今后社会 发展的必然趋势。虽然竹结构增强技术的专业化生产设备 尚未出现，但是相关的理论体系已经建立，该技术的工艺正 趋势，据国际竹藤组织报道，当建造相同面积的建筑时．竹 材与混凝土的能耗比为１：８，与钢材的能耗比为１：５０。随着 在日趋完善。竹结构嵌入钢筋增强技术能进一步发挥竹材 轻质高强的优点，试验证明，竹材的刚度低、力学性能离散、 破坏模式脆性等缺陷明显改善，竹材的承载力有明显提高。 且相比于钢结构和框架结构。竹结构所消耗的人力物力较 少，效率较高。因此竹结构嵌入钢筋增强技术有着更加良好 的市场应用和推广前景。 参考文献 竹结构住宅的工业化生产，竹结构住宅的造价还将进一步 的降低。且由于竹结构建筑中所有管线均布置在墙体或楼 板内，布置便利且房间有效使用空间较大，竹结构房屋的得 房率要比砖混结构房屋高出８％～１０％．总的看来，竹结构住 宅的综合性能和使用成本都优于传统住宅。 表３ 实例方案比较表 【１】 陈冬剑，周正伟，潘利群，陈宽，陈婷婷，汪红．一种嵌入式 ＼结构方案 增强竹结构 钢结构方 方案 ５－６ ４５ １ 框架结构 方案 ｌ２～ｌ５ ９０ ８ 钢筋增强竹结构ｆＰ１．中国专利，申请号：２０１１２００５５３８９．１． ２０１１． 比较内容＼人工（人） 案 ｌ０～１２ ６０ ５０ 【２］孙正军，程强，江泽慧．竹质工程材料的制造方法与性能 ［Ｊ】．复合材料学报，２００８，２４（１）：８０—８３． ［３】单炜，李玉顺．竹材在建筑结构中的应用前景分析ｆＪ］．森 林工程，２００８，２４（２）：６２—６５． 工期（ｄ） 能耗指数 标准化程度 工程费用（万元） 高 ３０ 高 ４０ 低 ３０ 『４１魏洋，蒋身学，李国芬，等．ＦＲＰ筋增强竹粱的力学性能试 验研究［Ｊ］．工业建筑，２００９，３９（ｓ１）：３２７—３３１． 【５】魏洋，蒋身学，吕清芳，等．抗震安居房用新型竹梁抗弯性 能试验研究『Ｊ１．建筑结构，２００９，３７（９）． 【６】沈之，倪阳，胡志凌，陶讳，王奇磊．“德中同行”竹结构展 ２．２市场分析 目前，我国建筑行业和房地产业空前发展，资料显示， “十二五”期间以至２０２０年我国城镇住宅投资年均实际增 速在１２％左右，平均每年拉动经济增长约１．１个百分点， 馆的材料试验与结构分析［Ｊ］．结构工程师，２００９（２）：５２～５３．