某工程基坑支护设计

摘要：基坑支护工程是当前保障高层建筑基础施工的一种重要方法，是为了保证基坑开挖过程的稳定以及对周围既有建筑物的基础、通信光缆、天然气管道以及地下给排水管线的保护，同时要考虑支护结构的总体造价经济合理。该工程实例的设计与施工，可供相关专业技术人员参考。 关键词：基坑支护；支护原则；锚杆 1 工程概况

1.1 拟建建筑物及基坑开挖简介

某工程位于兰州市，拟建建筑物为一栋地上十八层地下二层的办公楼及两栋地上三十二层、地下一层的框剪结构住宅楼，基础拟采用筏板基础。考虑筏板厚度后基坑开挖深度约9.5m，考虑到基坑开挖过程的安全，对基坑周边采取支护措施。

1.2 场地岩土工程条件 （1）地形地貌

建设场地位于兰州市，地貌单元划属黄河南岸Ⅱ级阶地。场地内原有建筑物未拆除，场地地面高程为旧大沽高程系统，坐标为兰州地方坐标系统，勘探孔口高程在1514.48~1514.96m，相对高差0.48m，地形较为平坦。 （2）场地构造

场地内部及外围无第四系活动断裂，因此整个场地结构特征比较简单且稳定。场地土上部为第四系全新统地层，地基土层自上而下分布为：杂填土、粉土、卵石和新近系桔黄色砂岩。 （3）地层及岩性特征

在该基坑深度范围内，建筑场地地层结构较为简单：主要为第四系松散岩层及新近系砂岩组成。场地地层分布顺序及岩性特征自上而下分述如下：

④ 砂岩（N）：桔黄色，表层2~3m为强风化，以下为中等风化，属极软岩，细粒结构，厚层状，颗粒均匀，岩芯呈短柱状，轻击呈砂状，遇水易软化，不经扰动时强度较高。本层最大揭露厚度18.9m，埋深6.2~13.7m，层面标高1501.12~1508.51m。

场地地下水属于松散层孔隙潜水，赋存于第卵石层中，主要补给来源为大气降水及侧向径流补给。地下水静止水位3.2~4.1m，相应水位标高

1510.81~1511.39m，地下水年变幅约为1.00m，向北东方向径流，排泄于黄河。 （4）地基岩土的物理力学性质及评价

①杂填土层：厚度较小，成分不均，工程力学性能差，为近代人工堆积，因此该层不宜作建筑物基础持力层；②粉土层：层位不稳定，厚度较小，工程力学性能差，不宜作为拟建建筑物基础持力层；③卵石层：层位稳定，厚度较大，埋藏较浅，承载力高，可作为建筑物基础的持力层；④砂岩层：层位稳定，不经扰动时，强度较高，是建筑物理想的基础持力层或下卧层。 2 支护方案

2.1 支护范围和支护原则 （1）支护范围

基坑开挖深度9.5m，在此深度范围内主要有杂填土层、粉土层、卵石层和砂岩层，土层分布不够均匀。由于基坑开挖深度较大，而现场不具备完全放坡后进

行开挖的条件，因此整个区域均需考虑采取支护措施。 （2）支护原则

基坑支护设计首先必须保证开挖过程的稳定以及对周围既有建筑物的基础等的保护，同时要考虑支护结构的经济性。 2.2 支护措施

经过比较分析，针对现场的实际情况，对基坑北侧、基坑西侧和基坑东侧采用放坡后土钉墙支护，对基坑南侧紧贴职工大厦区域采用排桩预应力锚杆联合支护，对离职工大厦还有一定区域的位置采用上部土钉支护下部排桩预应力锚杆联合支护的形式，而对南侧靠近既有办公楼的区域采用土钉预应力锚杆联合支护，具体支护方案见基坑支护平面图1所示。

图1 基坑支护平面图 3 设计计算

3.1 设计标准和计算依据 （1）设计标准

1）基坑侧壁安全等级在基坑南侧为一级，其余区域为二级。 2）支护措施安全，经济合理。 （2）计算依据依据

1）某工程总平面图和基础平面图。

2）《某工程岩土工程勘察报告》（详勘）。 3）《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002。 4）《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008。 5）《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99。

6）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001。 7）《混凝土结构设计规规范》GB50010-2002。 8）《钢结构设计规范》GB50017-2003。 9）《深基坑支护结构设计软件》。 3.2 设计参数

（1）土体设计参数

根据基坑现场平面图和《某工程岩土工程勘察报告》，本次设计参数选择如下：基坑开挖设计深度9.5m，基坑支护结构设计土体参数选取见表.1。

（2）锚杆与土钉设计参数 1）成孔

锚杆孔径150mm，钢筋土钉孔径130mm，花钢管土钉孔径100mm。位于排桩预应力锚杆中的锚杆布置于排桩侧边，共设一排，锚杆水平间距约1.0m，土钉、锚杆与水平面夹角根据实际地质情况有变化。 2）锚杆、土钉及锚具

a、锚杆采用预应力锚杆，预张拉力为设计预应力值的1.05~1.10倍，锚杆施加的预应力值见施工图。锚杆的张拉及锁定值按《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001执行。 b、锚杆材料选用RRB400级精轧螺纹钢筋，锚具采用钢垫板与高强螺栓。 c、土钉材料选用HRB335级钢筋，全粘结，土钉头焊接于加强筋上。 3）锚杆及土钉灌浆采用M25级水泥浆。 （3）排桩、挂网及喷射混凝土设计参数 1）排桩

排桩桩径800mm，混凝土强度等级C20，保护层厚度50mm，纵筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋，桩的嵌固深度由计算确定。 2）挂网

土钉墙钢筋网为双向Ф6.5@250X250，加强筋2Ф16，水平向通长布置。

3）喷射混凝土

喷射混凝土厚度80mm，喷射混凝土强度等级C20。 3.3 设计计算过程

根据基坑所在场地的岩土工程勘察报告，基坑支护设计共考虑8个断面，每个断面土质情况不尽相同。下面以基坑北侧1-1剖面的土钉支护和基坑南侧5-5、6-6剖面的排桩预应力锚杆为例详述设计计算过程，计算中采用《深基坑支护结构设计软件》和手算相结合进行。 （1）1-1剖面计算结果

1-1剖面所在区域采用普通土钉支护结构，水平放坡3.0m，坡角73度，在设计单元宽度内共设计7排土钉，土钉水平间距1.3m，土钉竖向间距1.4m，第一排土钉离坑顶的距离0.6m，在基坑开挖深度范围内的土体参数情况见表2，计算结果见图2~7。

（2）5-5、6-6剖面计算结果

基坑南侧5-5、6-6剖面工程地质条件基本相同，区别在于5-5剖面紧邻既有建筑，支护桩紧贴既有建筑的基础，而6-6剖面离既有建筑还有一定区域，如果支护桩也紧贴既有建筑的基础，则需要开挖大量的土方，从拟建建筑物的平面形状分析，这是没有必要的，因此考虑在6-6剖面上部4.4m高度范围内采用放坡开挖后利用土钉进行支护，下部5.1m高度内同5-5剖面一样采用排桩预应力锚杆联合支护。5-5、6-6剖面的土体参数见表3。 1）5-5剖面计算结果 a、既有建筑荷载计算

已知既有建筑14层，外加一层地下室，现按每层12kN/m2的荷载计算，则基坑坡顶堆载值为180 kN/m2。 b、主动土压力计算

图8 单支点桩锚支护结构支点力计算简图 e、确定嵌固深度

假设嵌固深度为，其计算简图如下图9所示。根据图示计算简图，相关数值计算如下：

图9 单支点桩锚支护结构嵌固深度计算简图

f、锚杆设计

锚杆钢筋截面面积计算： 支点力设计值

锚杆长度计算： 锚固段长度

式中考虑到锚杆紧贴筏板底面钻孔，界面摩阻力会受到影响，锚孔孔径达到150mm也较为困难，因此两者取值均有所降低，故取锚固段长度为7.5m。 自由段长度

g、排桩设计

桩直径采用800mm，且间距为2m。 最大弯矩计算：

为了对比手算和计算分析软件的计算结果，对于5-5剖面也采用《深基坑支护结构设计

软件》进行了计算，计算结果见图10~13。

从前面的手算和计算软件的计算结果的对比分析表明，采用《深基坑支护结构设计软件》计算出来的支护桩嵌固深度和支护桩本身的内力比手算的结果要大，而锚杆的内力比手算的结果要略小，但是仅从锚杆的设计长度和支护桩的配筋计算结果来看，手算结果要趋于保守，因此最终的设计结果采用手算结果。 2）6-6剖面计算结果

基坑南侧6-6剖面离职工大厦还有一定距离，所以不能紧贴职工大厦垂直开挖，因此上部4.4m区域放坡2.0m，打三排土钉，土钉长度按计算确定即可，计算结果见图14~17；下部采用排桩预应力锚杆，具体设计结果采用5-5剖面对应的设计结果即可，这样是偏于保守的。

4 基坑支护施工图

针对基坑支护结构设计，一套完整的施工图应该包括基坑支护平面图、各支护断面对应的立面图和剖面图以及个别支护构件详图。此处为了节约篇幅，仅针对上面计算涉及到的1-1断面、5-5断面和6-6断面给出对应的设计施工图。另外，针对5-5剖面和6-6剖面，给出了支护桩的配筋详图和桩间土体的支护断面图，具体如图18~26。

5 总结

本文提及的深基础加固施工措施，是当前实现高层建筑基础工程施工的有效方法及未来建筑基础施工的发展方向。基坑支护工程的施工对基坑开挖过程的稳定以及对周围既有建筑物的基础等的保护，同时要考虑支护结构的总体造价经济合理。与发达国家相比，我国建筑基础施工还有很大的差距，随着建筑基础施工的发展，我国的深基础施工方法将会进一步提高。

参考文献：

[1]《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002。 [2]《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008。 [3]《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99。

[4]《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001。 [5]《混凝土结构设计规规范》GB50010-2002

[6] 建筑工程事故分析与处理/ 江见鲸等编著 中国建筑工业出版社 [7] 建筑施工技术/ 祖青山主编 中国环境科学出版社