成都某深基坑工程支护方案优化设计_secret

成都某深基坑工程支护方案优化设计
以成都某实际工程为例，综合考虑其场地工程地质条件、荷载等因素，应用有限差分法软件FLAC对工程中提出的几种支护方案分别进行分析，提出合适的基坑支护优化方案。

1 工程概况
该深基坑工程位于成都市中心繁华地段，单层建筑面积约9355m。

(124m×72.5m)。

该工程广场高十五层，其中地上10层，地下5层。

施工场地北侧，距基坑边线近10m处为一酒店(16层)，距基坑边线1m处为宿舍(5层，砖7昆结构)；施工场地东侧，距基坑边线1m左右为一图书馆(5层，砖混结构)及一幢砖混结构建筑物(6层)。

基坑开挖深度为22.6m，场地与相邻建筑物的平面关系如图1所示。

基坑边坡坡体的各岩土层参数取值如表1所示。

2 基坑开挖支护设计方案
由于场地周围环境复杂而且基坑开挖深度较大(达到了22.6m)，需消除或减小基坑开挖对邻近建筑物的不利影响。

根据地勘资料给出的水文地质条件，该地区地下水位较高，要考虑地下水位的降低对邻近建筑物的影响。

在综合考虑了各种支护结构的适用条件，进行结构支护方案的初步设计，提出三种基坑支护方案：一为顺作桩锚，二为逆作排桩，三为逆作地下连续墙。

分别对3种方案进行强度设计，设计时考虑基坑侧壁重要性系数为1.10，坑壁附加荷载20kPa，采用由北京理正软件设计研究所开发的理正深基坑支护结构设计系列软件(F—sPw)，它以《建筑基坑支护技术规程》为编制依据，适合于各种土质多个土层和多种支护结构类型；内力分析计算包括静力平衡法(等值梁法)和弹性支点法，可选择多种土压力分布模式。

根据计算得到三种方案的设计结果：
(1)排桩加外锚方案：桩径1.4m，间距2.5m，桩长27m，主筋为20根HR．B335直径为25，钢管锚杆D150，设置4排。

(2)逆作排桩方案：利用地下室框架梁作为支护结构的内支撑，桩径1.0m，问距1.0m，桩配筋采用均匀配筋，主筋采用II级钢，124根HRB335直径为25，桩芯混凝土强度等级为(；25，桩长27m。

地下室框架梁的尺寸如表2。

(3)地下连续墙方案，并利用地下室框架梁作为支护结构的内支撑，地下连续墙厚1.0m，墙高27m。

3 数值分析
基坑支护的常规设计能满足一般工程的要求，但存在不能考虑岩土体与支护体系共同作用的问题，因此，采用更为先进的有限无理论进行补充计算很有必要。

3.1 计算参数和计算模型
岩土体物理力学参数见表l，支护结构的围护桩(排桩)及内支撑结构用梁单元模拟，管钢锚杆用杆单元模拟。

除阳光酒店为高层建筑外，其余一般建筑为3～6层的砖混结构房屋，而阳光酒店的基础为桩基础，因此，地面荷载主要考虑3～6层的砖混结构房屋。

为对支护开挖过程进行模拟分析，首先应进行单元剖分及确定计算区域。

根据计算经验，并考虑到该基坑的对称性，取基坑的一半作为分析对象，计算域向下延伸约1．5倍开挖深度，向边坡外围延伸约3倍开挖深度。

考虑到开挖支护的要求，在网格划分时，已考虑了锚杆支护的位置和开挖面的位置。

基坑开挖支护三种方案的计算剖面有限差分网格的具体划分情况如图2、图3所示。

边界条件为：左右边界的上下方向自由，左右方向被约束；下部边界的左右方向自由，上下方向被约束。

3.2 计算结果分析
3.2.1 顺作排桩施工方案计算结果分析
数值模拟分步进行，可得到各个不同施工阶段的基坑边坡岩土体的位移、应力及挡土桩的内力情况。

图4为各个不同施工阶段产生的最大不平衡力历时曲线图，由图可见，施工过程中基坑开挖至第四排锚杆位置时产生的影响较大。

图5、图6分别为开挖完成时基坑岩土体的水平位移等值线图、基坑岩土体的竖向位移等值线图，从图可看出，基坑开挖后土体产生的最大水平位移为2.267cm，最大竖向位移为0.653cm。

3.2.2 逆作排桩施工方案计算结果分析
图7为各个不同施工阶段产生的最大不平衡力历时曲线图，由图可见，开挖第四层地下室时产生的影响较大。

图8、图9分别为开挖完成时基坑岩土体的水平位移等值线图、基坑岩土体的竖向位移等值线图，从图可看出，基坑开挖后土体产生的最大水平位移为2.257cm，位于第一层地下室中问部位的基坑壁，最大竖向位移为1.423cm，距基坑约10m(此处施加了地面荷载)。

3.2.3 逆作地下连续墙施工方案计算结果分析
图10为各个不同施工阶段产生的最大不平衡室时产生的影响较大。

图11、图12分别为开挖完成时基坑岩土体的水平位移等值线图、基坑岩土体的竖向位移等值线图，从图可看出，基坑开挖后土体产生的最大水平位移为2.167cm，位于第一层地下室中问部位的基坑壁，最大竖向位移为1.315cm，位于距基坑约10m(此处施加了地面荷载)成时基坑岩土体的水平位移等值线图、基坑岩土体的竖向位移等值线图，从图可看出，基坑开挖后土体产生的最大水平位移为2.167cm，位于第一层地下室中问部位的基坑壁，最大竖向位移为1.315cm，位于距基坑约10m(此处施加了地面荷载)。

图13、图14、图15为开挖完成时3种施工方案的挡土桩(墙)的水平位移图、剪力图及弯矩图。

3.3 计算结果比较
该基坑开挖对周边环境安全性的影响主要是基坑开挖支护结构的位移对邻近建筑物的影响。

根据以上计算分析可得到如下结论：从对基坑开挖支护三种施工方案的计算分析，在技术上均是安全且可行的。

但逆作排桩方案及逆作地下连续墙方案优于顺作排桩加外锚方案。

逆作排桩方案在人工挖孔桩施工时需要进行降水，存在降水引起地面沉降的风险，而逆作地下连续墙具有如下优点：
(1)连续墙作为止水帷幕最可靠，风险几乎不存在；
(2)比前两种方案，能更好地保护周边环境；
(3)可以同时向上，向下施工，不必等地下室完成后才做上部结构，加快施工进度；
(4)经技术设计后，地下连续墙还可作为地下室外墙，经济性较好。

因此，优先选用逆作地下连续墙方案。

4 结语
本工程开挖深度大，周边环境复杂，有必要进行多种方案对比，以方便施工，节约成本，确保安全。

采用较为先进的数值分析成果，结合传统设计方法，通过方案比较，优化出最佳方案，取得了较好的社会效益和经济效益。