高层建筑地下室基坑支护工程结构设计与施工处理

1、高层建筑地下室基坑支护工程结构设计与施工处理         09-03-05 15:24:00     作者：周煦    编辑：studa20摘 要：本文结合工程实例，详细阐述了高层建筑地下室基坑支护结构设计处理与施工监测措施，探讨了在场地条件限制下，采用钻孔桩和钢板桩,钢筋混凝土水平支撑和工字钢水平支撑两种不同的支护结构体系结构设计要点和科学验算，对其施工技术进行了扼要介绍，对支护结构施工效果进行了监测和评析。 关键词：基坑支护；

2、结构设计； 支撑； 监测 1工程概况 湖南某建筑工程东面为小区道路，距路边约20m；南面为单层临建某酒店，间距约5.5m，该临建基础采用600喷粉桩，桩长约15m，但现场观察有部分墙体有不同程度的开裂，是基础不均匀沉降引起的，如果地下室深基坑支护结构有较大变化，就会对该酒店造成较大不利影响；西面为围墙，距离约10m，北面是八层宿舍楼，间距约13m。该建筑物占地成矩形，长55.52m，宽18.5m。总建筑面积约15500m2，楼高15层，设一层地下室，地下室层高分别为4.4m和3.4m，但外露0.9m在地面上。场地自然标高约为-0.90m，地下室基础承台垫层底标高分别为-6.4m和-7.35m，

3、即地下室挖土深度分别为5.5m及6.45m，具体布置详见图1。       2地质条件 按地质钻探资料提示，地质情况按孔深分层如下：03.7m为杂填土，松散；3.716.7m为淤泥质粘土，饱和流塑；16.724.1m为中细砂角砾层，饱和，中细砂松散，角砾稍密；24.126.6m为粉质粘土，饱和硬塑；26.629.3m为粉质土层，湿坚硬；29.355.5m为强风化花岗片麻岩。地下水位较高，地表下约0.84m。 3基坑支护结构设计方案的选择 根据该建筑物地形及钻探资料，综合分析该地下基坑有如下几个特点： 1)基坑开挖深度大。 2)基坑开挖深度范围内

4、是杂填土、淤泥，土性差；地下水位较高。 3)地下室南面距某酒店只有5.5m，且酒店有约3.0宽洗车槽场地及海鲜水池设在此5.5m范围内。钻孔桩，喷粉桩等机械无法靠近施工。并且一定要保证酒店正常营业，地下室施工时要保证该酒店建筑物的安全。 通过对多种方案综合分析，最后确定地下室基坑南面采用拉森型钢板桩围护，其余三面采用钻孔桩800、1100围护，钻孔桩外侧采用500、400喷粉桩联成止水帷幕。钻孔桩除基坑底为-7.35m部分采用两层水平支撑外，其余钻孔桩均采用一层水平支撑设计，钢板桩采用两层水平支撑设计。第一层支撑体系采用钢筋混凝土梁（其中钢板桩仍使用HK300C工字钢作腰梁，节点利用焊接钢筋锚

5、入支撑混凝土中），中间设800钻孔支承桩。第二层支撑体系采用HK300C工字钢。由于部分基础承台阻挡节在二层支撑的支撑桩上，考虑到不能拖延加设支撑的时间，因而先加设支撑，然后支撑与承台混凝土一起浇筑（见图2、图3）。 此设计方案本着“安全、经济”的原则，一方面采用钻孔桩及钢筋混凝土支撑，经济合理，节省工程开支，又能保证基坑支护结构有足够的刚度和整体性；另一方面，钢板桩可接驳加长，使桩锤能悬空施打板桩，以解决场地限制问题；另外，钢板桩的抗渗性能较好，钢支撑安拆方便，施工速度快，且钢板及钢支撑可重复使用。        4支护结构设计的验

6、算取值 4.1钻孔桩的计算（按等值梁法计算） 4.1.1 r、Ck、k按20m范围内的加权平均值计算，求得：r15.9Kn/m，k=120；主动土压力系数Ka=tg2(45-12/2)=0.66；被动土压力系数Kp=tg2(45+12/2)=1.52；查表得K=1.28；eAh=rhKa=15.9×5.5×0.66=57.7kN/m2；eAq=qKa=2.64 kN/m2；计算简图见图4。 4.1.2基坑面以下支护结构的反弯点取在土压力零的d点，视为一个等值梁的一个铰支点，计算桩上土压力强度等于零的点离基坑底面下的距离为：y=Pb/r(K·Kp-Ka)=2.94m

7、。 4.1.3按简支梁计算等值梁的两支点反力，求得：Po=127.3kN/m，Ra=134.6kN/m。 4.1.4计算钻孔桩最小入土深度to=X+Y，X=10m，求得：to=12.94m；t=1.13×to=14.62m；Lh+t=5.5+14.62=20.12m。综合考虑桩长取L20m。 4.1.5按剪力为零处弯矩最大，求得最大弯距：Mmax=246.8kN/m。 4.1.6采用800径钻孔桩，每隔1100mm布置，最大弯矩设计值：Mmax246.8×1.1×1.2325.8 kN/m桩混凝土等级为C25，通过常规方法计算，钻孔桩选配1620（对称配筋，承受最

8、大弯矩每侧配密箍8250）。 4.2水平支撑GL1的截面设计 水平支撑GL1的截面尺寸定为500×900mm，作用于GL1的竖向荷载包括GL1的结构自重g=1.25kN/m和支撑顶面的施工荷载q=9.7kN/m2，作用在支撑结构上的水平力包括由土压力和坑外地面荷载引起的围护墙对腰梁QL1的侧向力。可按围护墙沿腰梁长度方向分布的水平乘以支撑中心距确定，即支撑的轴向力为NO7.5Ra=7.5×134.6=1009.5kN。 水平支撑GL1按偏心受压构件计算。取内力标准值综合系数为1.2，则GL1上的弯矩M1.2×（g+q）lo2/8=219.1kN/m；轴力为N1.2

9、No=1211.4Kn，为了构造简便，GL1采用对称截面配筋，经按常规方法计算，GL1上下各选配625，箍8200（四肢）。 4.3腰梁QL1的截面设计 QL1梁的截面尺寸定为500×800mm，围护墙沿QL1梁长度方向分布的水平反力为q=Ra=134.6 kN/m，考虑八字撑的影响，QL1梁的计算跨度按规范取lo=(l+l1)/2=5.0m，QL1梁按连续梁考虑。查表知Mmax=0.107qlo2×1.2=504.75kN/m，最大剪力Qmax=0.607，qlo=408.5kN。通过正截面承载力计算及斜截面抗能力计算，选配625（每侧），箍8200(四肢)。 4.4工字钢I30的强度验算 查表Wx=472.3×103mm2；（f）=215Mpa，得f=Mmax / Wx=106.9Mpa（f），所以，采用I30工字钢偏于安全。 4.5钢板桩的计算 基坑深6.5m，经验算是一层内支撑不满足要求，为此要用第二层内支支撑