深基坑支护及桩基础设计实例分析

深基坑支护及桩基础设计实例分析

摘要：通过对深基坑支护设计及桩基础设计的实例分析，揭示了在进行深基坑支护设计的难点，分析了对预应力管桩作为立柱的创新做法，为今后类似深基坑工

程设计提供了依据并积累了经验。

关键词：深基坑支护；桩基础；预应力管桩；设计

一、工程概况

某工程地上部分为15层，地下室部分为2层，总建筑面积约30000m2，为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构。本工程基坑占地面积

约6360m2，基坑挖深为9.0m，有承台部分基坑挖深为9.5m。属二级基坑工程。

二、工程地质

根据工程地质勘察报告，场地土层及工程地质主要性能指标见表1。

表1 场地土层及工程地质主要性能指标

土层Ps(Mpa) (0)

C(Kpa) 预制桩（Kpa）灌注桩（Kpa）渗透系数K（cm/scc）

fs fp fs fp

①填土

②褐黄-灰黄色粉质粘土18.5 23 2.0E-0.6

③灰色淤泥质粉质粘土14.0 13 8.0E-0.6

④灰色淤泥粘土0.51 11.5 12 20 15 1.3E-0.6

⑤1灰色砂质粉土 1.07 16.0 16 44 30 2.0E-0.6

⑤2-1灰色粉土 5.20 28.5 7 60 2500 40 1000

⑤2-2土层10.21 35.0 2 80 4000 65 1800

三、基坑围护方案的选择

基坑工程大多属于临时性结构，在建筑出地面后，即废弃。因而设计的出发点是本着安全第一的原则，结合造价、施工、工期等因素综合考虑。本基坑周边环境比较复杂，尤其是南侧存在大量需要保的陈旧民宅，东侧虹漕路上还有需要保护的市政管线。按以往经验本设计决定采用钻孔灌注桩的围护形式。钻孔灌注桩的施工工艺较成熟，作为围护桩，其适用的开挖深度也比较广，其围护刚度略低于地下连续墙，强于SMW工法，但其造价要比地下连续墙低很多针对本基坑的实际情况，工期较长，其造价可能较SMW工法也有一定的优势。由于场地比较大，在钻孔灌注桩施工过程中的泥浆，可以充分利用场地优势，循环利用，以减少污染。由于基坑周边环境比较复杂，市政管线保护要求高，基坑面积比较大，因而该基坑支撑考虑采用二道混凝土支撑的形式，一方面混凝土支撑整体刚度较大，能较好的控制基坑的变形，另一方面，混凝土支撑比钢支撑布置灵活，也比较符合本基坑的体形特点。考虑到本基坑的面积很大，为方便挖土，支撑设计考虑采用“十字对撑、角撑结合边桁架”的形式，这样会在很大程度上提高挖土效率。另外，场地第③层为灰色淤泥质粉质粘土，砂性较重，而基坑的开挖深度刚好穿越此范围，需要采用较好的止水帷幕和降水措施。若处理不好，基坑开挖时极可能产生坍方、流砂等不良地质现象。设计考虑在钻孔灌注桩外侧用850@600的三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕。与双轴水泥土搅拌桩相比，三轴水泥土搅拌桩搭接比较饱满，质量容易保证，尤其在基坑比较深、砂性土较重的地方，这个优

点就更加突出。

图1基坑剖面示意图图2支撑平面布置图

四、桩基础及立柱桩的选择

根据勘察单位提供的本工程地质勘察报告，结合场地工程地质条件、周边环境以及工期等因素，并根据目前某地区桩基的施工手段，本工程的优先方案一般

采用无挤土、低噪音的钻孔灌注桩，形成桩-筏板基础，桩基的安全等级为二级。

钻孔灌注桩的主要特点是不会产生明显的挤土效应，对周围的建筑影响比较小，适合在市中心等建筑密集地区施工，缺点是施工现场会产生大量的泥浆、施工速度慢，成本比较高。预应力管桩比钻孔灌注桩经济性较好，在广东地区也得到了广泛的应用，它不但施工速度快、而且施工过程不会产生泥浆，但预应力管

桩也有一个比较大的缺点，就是在施工过程中挤土效应明显，会对周边建筑

及环境产生一定的影响，对密集、陈旧民房有一定风险。

本着既安全又经济的设计原则，通过对目前某市先进的桩基础设计及施工方法的反复论证，并且经过大量的计算，我们认为如果采取必要的措施，本工程采

用预应力管桩还是可行的。经与勘察单位共同商定，在设计阶段对桩基承载力、施工顺序等进行了调整和规定。

基坑围护的支撑立柱传统做法一般是采用钻孔灌注桩作为立柱桩，将延性较好的格构式钢柱插入其中，但由于本项目是采用预应力管桩作为工程桩，为了加快施工进度，并从节约工程造价的角度考虑，本工程也决定采用600的预应力管桩填芯来作为围护结构的支撑立柱，这种做法在某地区极其少见，属于创新做法。为了使管桩做立柱时具有足够的完整度和较好的刚度和延性，需保证填芯混

凝土有一定的入土深度，本工程填芯混凝土入土深度为8.0m，填芯总高度为18.0m，同时，为了避免管桩接头处产生薄弱环节，第一节桩也应保证一定的入土深度，本工程用于支撑立柱的管桩第一节为15m，开挖后的入土深度约为6.0m。同时由于采用二道支撑，其第二道支撑与立柱管桩的连接尚无参考工程可以借

鉴，设计中经反复讨论，采用了吊支撑的方法，传力明确、施工方便，取得了较好效果。采用预应力管桩作为工程桩及支撑立柱，对于本工程在设计及施工中遇到的问题主要有：

(1)本工程位于市中心，离周围的建筑及主要道路比较近，预应力管桩在沉

桩过程中产生的挤土效应，可能会使周围的建筑、道路及附近的市政管道开裂；

(2)预应力管桩作为抗拔桩的强度保障问题；

(3)立柱管桩与混凝土第二道支撑的连接问题；

(4)立柱管桩与底板连接的防水问题。

针对上述问题，设计采取了相应的应对措施：

(1)本项目工程桩采用500的预应力管桩,当桩身穿过②、③、④、⑤1层土时，沉桩一般无较大困难，当进入第⑤2-1层砂质粉土层时，沉桩动阻力会逐渐增加，尤其是桩端进入持力层后，沉桩阻力会明显增大。施工应制定出合理的沉桩流程并适当的控制沉桩速度，而且沉桩顺序应背离被保护对象方向进行，压桩初期的速度应控制在6-8根/天，同时在沉桩过程中应根据监测结果适当调整沉桩速度，原则上每天沉桩数量不得超过10根。当被保护对象位移累计超过10mm 或每天增量超过2mm时，采用跳压（间隔距离应大于20m）或停压等办法调节