软土地基的深基坑支护设计方案优化

　　摘要：本文通过一个工程基坑支护处理实例提出三种不同的处理方案，三种不同的处理方案所投入的资金各不相同，岩土工程设计人员设计的方案第一要安全，第二要经济合理，在方案同样安全的前题下，经济合理显得尤其重要。
　　关键词：基坑，支护，方案，设计
　　1.前言
　　河北省廊坊市区内拟建一个产业园，场地地形相对平坦，交通便利。在产业园内拟建5栋高层楼房，其中地上高22层2栋，地上高18层3栋，此5栋楼的基坑为整体开挖，基坑开挖深度为6.30m，基坑长度180.3m、宽度116.1m。由于基坑开挖较深，需对基坑进行支护处理，根据勘察报告和设计院的要求提出了三种基坑支护处理方案，在这三种方案中要选出一种既经济又合理的方案。
　　2.基坑基本概况及工程地质条件
　　2.1基坑基本概况：
　　(1)基坑规模较大，平面形状较规则。
　　(2)周边建筑物环境简单：周边均为拟建建筑物，由于目前尚未动工修建，整体环境简单。
　　(3)根据《勘察报告》所示，勘察时原始稳定水位较低。
　　(4)本次基坑设计支护部分为临时性支护，基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数为1.0，设计使用年限为1年。
　　2.2工程地质条件
　　①耕土：黄褐色，含植物根系，以粉土为主，平均厚度0.57m。
　　②粉土：黄褐色，湿，中密，摇震反应中等，无光泽反应，干强度、韧性低，局部夹粉砂。平均厚度0.97m.
　　③粘土：灰褐色，可塑，有光泽，干强度韧性高，中等压缩性，含有在机质。平均厚度1.89m。
　　④粉土：灰黄色，湿，中密，摇震反应中等，无光泽反应，干强度、韧性低。平均厚度1.83m。
　　⑤粉质粘土：灰黄色，可塑，稍有光泽，干强度韧性中等，中压缩性，平均厚度6.48m。⑥中细砂：灰黄色，密实，组成以石黄、长石、云母为主，颗粒次圆状。平均厚度2.62m。
　　⑦粉质粘土：灰色，可塑，稍有光泽，干强度韧性中等。平均厚度1.43m。
　　⑧细砂：灰黄色，密实。矿物成分以石英、长石为主，颗粒次圆状。平均厚度8.04m。⑧-1粉质粘土：褐黄色，可塑，稍有光泽，干强度韧性中等。平均厚度2.63m。
　　⑨粉质粘土：灰黄色，可塑，稍有光泽，干强度韧性中等。均厚度6.67m。
　　⑩细砂：灰黄色，密实。矿物成分以石英、长石为主，颗粒次圆状。平均厚度11.8m。
　　○11粉质粘土：黄褐色，可塑，稍有光泽，干强度韧性中等，中等压缩性，该层未穿透。
　　3.方案设计
　　3.1设计依据
　　《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）
　　《建筑基坑工程技术规范》（YB9258—97）
　　《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）
　　《混凝土结构设计规范》（GBJ10—89）
　　《土层锚杆设计与施工规范》（CECS22∶90）
　　《建筑桩基技术规范》（JGJ94—94）
　　3.2地基土土层参数
　　地基土物理力学有关参数表1

　　3.3方案的确立
　　3.3.1第一方案
　　采用悬臂式钻孔灌注桩支护设计
　　地基土γ、C、φ值按22.00范围内厚度加权平均值计算γ=17.04kN/m3、C=16.06Kpa、φ=7.100
　　根据计算得出配筋数
　　可配II级钢筋16Φ25
　　钢筋的间距S=＞100mm符合要求
　　钢筋笼：直径Φ900，主筋16Φ25，加强筋由Φ20@2000，箍筋Φ8@200，混凝土为C25，钢筋保护层厚50mm。
　　钻孔灌注桩φ1.0m，桩中心矩1.2m，桩长22.50m，设计桩数为494根。
　　3.3.2第二方案
　　采用放坡加土钉墙支护
　　理论计算公式：
　　
　　图1土钉抗拉承载力计算简图
　　——土钉墙坡面与水平面的夹角
　　——基坑深度范围内摩擦角标准值（°）；多层土时，φk取基坑深度范围内的加权平均值
　　
　　图2整体稳定性计算简图
　　——第j根土钉在圆滑滑动面外锚固体与土钉的极限抗拉力标准值，
　　——第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度。
　　——第j根土钉(锚杆)与水平面夹角，——第i分条滑裂面中点切线与水平面夹角。
　　土钉选筋：
　　取局部抗拉设计和整体稳定验算中土钉极限抗拉力标准值的大值作为土钉面积计算的依据。
　　计算公式如下：，
　　根据公式计算出土钉道数和各种土钉墙参数见图3及表2。
　　
　　图3土钉墙纵向断面图
　　根据以上理论计算公式得出基坑采用土钉墙支护方案和各种技术参数见表2

　　3.3.3第三方案
　　采用加大放坡系数，直接放坡，天然放坡支护方案设计见图4
　　
　　图4采用基坑放坡保持基坑侧壁稳定方案示意图
　　由于拟建建筑场地周围没有建筑物，有大面积的空地可以做为进行放坡用地，故又提出了第三种基坑处理方案，对基坑进行放坡处理。根据各层土的物理力学参数计算出放坡的级数为3级，放坡比例1:1。
　　3.4方案选择
　　三种设计方案出来后，与业主在一起进行了沟通，以便选择一种合适的方案，由以上的计算结果可以看出三种方案在技术上均可行，都可以满足基坑的稳定性要求，那么选择哪一种方案呢？就要看各方案的工程造价了。经初步估算采用第一方案的工程造价大约需要人民币500万元左右；第二方案工程造价大约需要人民币62万元左右；第三种方案工程造价需要人民币60万元左右。在三种方案的工程造价计算出来后，由于第一方案与第二方案及第三方案的工程造价差距巨大，因此大家一致的意见是首先舍弃第一方案。由于第二方案与第三方案的工程造价相差不大，哪么究竟选择哪一个更好呢？结合现场的情况，大家认真的研究分析后认为，虽然两方案造价相差不在，但是在施工工期上却相差很大，第三方案比第三方案的工期至少可以缩短20天，现在马上要进入雨季了，基坑支护越早完成越好，另外在早投产早受益的情况下，第三方案就明显的优于第二方案。最终综合考虑确定第三方案为本工程的实施方案。
　　4.结束语
　　随着我国经济的高速发展，工程建设领域投资额度的不断增加，各类高层建筑也是逐年增加，随之而来的是各种深基坑的不断涌现，那么做为一名岩土工程设计人员，在深基坑的支护方案设计时，就不能满足仅仅是在技术上能满足基坑的安全稳定性就可以了，而是我们应该做到根据现场实际情况设计出一种在技术上可行，在经济上合理的方案，为国家节约每一分钱，为祖国的经济可持续发展做出我们应有的贡献。      学术论文