浅析基坑设计-以昆明某基坑工程为例

浅析基坑设计-以昆明某基坑工程为例

何浩林  ,钟兴荣 ,孙东哲

中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司  昆明  650051

摘要：以昆明市某基坑工程设计为例，对该基坑工程进行支护设计分析，简要介绍基坑支护设计需提交的成果文件，以期为相关工程人员提供帮助。

关键词：基坑工程设计；支护结构；成果文件

0  引言

基坑支护工程作为岩土工程的分支，近几年随着国家的快速发展，基坑的支护方式、基坑的开挖深度都获得了空前的发展，支护方式越来越多，同时基坑的深度越来越深。基坑支护结构的合理搭配和选择，对基坑支护工程的科学设计，事先避免设计人员对现场不了解而设计不足的问题，提交完善的设计成果，可减少设计人员与施工人员之间沟通不足问题，有效提高基坑支护工程施工的安全性。

1  昆明某基坑工程设计

1.1 工程概况

项目位于昆明市，拟建 A1-1 地块项目，用地面积约 120188㎡（合 180.5 亩），建筑面积275799.31㎡。拟建设86栋建筑，地上3-4层，其中一栋为幼儿园，地上 3 层，剪力墙结构。地下车库设1层大底盘外扩地下室，框架结构。基坑开挖在±0.00 标高下-6.50 m左右，现状地面标高下 4.35-5.85 m。基坑开挖周长约1570m，基坑开挖面积约115800㎡。

1.1 周边环境及管线情况

 北侧：为待修建的体院路，已完成路基毛石施工，φ600mm污水管道已埋设完成。待建道路北侧小区，7层无地下室，基础为φ500管桩，桩长25m，建筑物距开挖边线最近距离约25m。道路待基坑施工回填完毕后修建,基坑施工期间道路封闭,禁止通行。

东侧：为本项目的绿化用地，基坑边线距用地红线边缘33.00-35.00m左右，现为空地，无地下管网。距河道 50.00-51.00m左右。东北侧距坑边4.74m处有泵站,2层砖混结构，浅基础。

南侧：为待修建的临3号路，已完成路基毛石施工，道路南侧为在建小区，地下一层，地上4层，长螺旋灌注桩基础，桩长约22.00m。

西侧：为待修建的湖欣路，已完成路基毛石施工，待建道路西侧为体育场操场。

1.2工程地质条件

场地地基土由第四系人工堆积层（Q4ml）填土，第四系冲洪积相粘土、粉土；沼泽相沉积泥炭质土、粘土、有机质土；湖相沉积层（Q4al+pl）粘土层等。根据工程分类原则及地层的物理力学性质差异，按地基岩土的成因、状态及其物理力学性质将场地地基岩土划分为 9 个单元层、6 个亚层。层位水平方向基本稳定，垂直方向层顶埋深及厚度变化较大，反映出沉积环境受水流、水深、物质来源等多种因素的影响结果，地层特性分述如下：

    第①层 杂填土（Q4ml）：褐色、褐黄色、褐红色、褐灰色、杂色，松散，稍湿至很湿。以粘性土为主，混杂碎石、建筑垃圾及少量植物根茎，成分杂乱。    第②-1层 粘土（Q4 h）：褐灰色、褐色、灰色，软塑状为主、局部呈可塑状，饱和，有臭味，干缩现象明显，含腐草、朽木。可见未完全分解的植物残体。光泽反应稍有光泽，韧性高，干强度中等，平均层厚1.19m。

    第③层 粉土（Q4al+pl）：灰色、兰灰色，稍密、局部中密至密实，湿。普遍含钙质胶结团块，夹薄层中密粉砂，局部与薄层状粉砂互层状产出。摇震反应迅速，干强度低，韧性低,平均厚度8.26m。

    第③-1层 泥炭质土（Q4h）：黑色、灰黑色，软塑状，饱和。有腥臭味，易崩解，干缩现象明显，含少量未分解完全的植物残体。无摇震反应，光泽反应稍有光泽，干强度中等，韧性中等。有机质含量 Q 为 20.9—37.7%、平均为 29.2%，为中泥炭质土，平均厚度1.34m。

    第④层 粘土（Q4l）：兰灰色，可塑状，饱和。土质细腻，切面光滑，局部含少量钙质结核，局部夹薄层状粉土、粉质粘土。光泽反应有光泽，干强度高、韧性高，平均厚度3.35m。

    第④-1层 泥炭质土（Q4h）：黑色、灰黑色，软塑状，饱和。有腥臭味，易崩解，干缩现象明显，含少量未分解完全的植物残体。无摇震反应，光泽反应稍有光泽，干强度中等，韧性中等。有机质含量 Q 为 18.4—34.5%、平均为 26.5%，为中泥炭质土，平均厚度1.54m。

    第⑤层 粉土（Q4al+pl）：灰灰色、兰灰色，中密、局部密实，湿。含钙质胶结团块，夹薄层中密粉砂，局部夹薄层粉质粘土。摇震反应迅速，干强度低，韧性低，平均厚度6.01m。

1.3水文地质条件

地下水类型主要为孔隙潜水，微具承压性。孔隙潜水主要靠大气降雨及地表径流补给，通过蒸发排泄或者地形由高向低排泄。场地内主要含水层及透水层为粉土层，粉土层为弱透（含）水层。粉土层厚度较大，分布范围广，水量较大，富水性强。场地临近金家河形成互补关系，金家河为区内最大的地表径流，由北向南汇入滇池，河水终年不断，是区内主要的地表水补给来源。场地上部土层以透水性极低的粘性土和泥炭质土为主，地下水的来源以大气降雨和地表水补给为主。 地下水的补给，与金家河地表径流水有着密切的关系，地下水稳定水位与地表径流及水体为互补关系。场地内地下水位较浅，测到稳定的地下水位在现地面下0.00-4.80m，静止水位高程在1885.20-1888.54m，场地周边建设未完成，地表水排泄条件差。

1.5 基坑工程设计方案

（1）基坑支护设计原则

  基坑支护设计方案是整个工程中重要的一部分，需要谨慎进行，因此，在设计方案之前需制定严格的设计原则。其中基坑的工程地质条件、地下水条件、岩士工程特征及周围环境(道路、管线、建筑物)是基坑设计需要详细了解和分析的首要内容；设计方案必须确保支护结构的安全，保证基坑周围道路及已施工和使用的地下管线、市政道路的安全；支护方案在安全的前提下，经济、合理，满足国家建设工程的有关法规和规范要求；支护结构能保证基坑开挖及地下结构的顺利施工；设计必须考虑施工期间度过雨季，其对基坑稳定性的不利影响；设计方案在现有场地的施工必须具有可行性等。

（2）场地基坑支护重难点分析

 ①该基坑开挖深度为4.35-5.85m，基坑支护总长度为1570m，基坑开挖面积约为115800㎡，属深基坑；

②.基坑周边道路基础已换填完毕，基坑北侧邻近住宅小区，基坑支护需考虑对周边建筑物及管线的影响；东北侧支护结构距离河尾小村泵站较近，此侧应重点考虑；

③地下室标高分台设置，基坑地下水位较高；

④基坑开挖地层整体较差，坑底附近位置的②粘土、③-1泥炭质土为软弱土层，基坑支护需考虑基底隆起问题。

（3）支护设计方案分析

该项目支护设计周长较长、面积较大，基坑最大坑深为5.85m，基坑开挖后，基础底板主要置于第①层杂填土、第②-1层粘土、第③-1层泥炭质土、第③层粉土，基坑开挖深度及范围均较大。基坑侧壁为多层非均匀土质边坡，泥炭土层开挖重点注意基底隆起。

从安全经济角度结合本项目特点综合考虑，最终确定该工程北侧采用放坡+悬臂桩方案，东北角采用双排桩方案，其余部位采用放坡方案。

坑顶2m内不得堆载，2~10范围考虑15kPa。周边道路动荷载组合：局部剖面剖面值按30kPa选取，局部剖面禁止走车；周边建筑物按15kPa/层选取。

为防止泥炭土层造成基底隆起，基坑施工时，周边待建道路须暂停施工，全部道路封闭，禁止车辆通行。 （4）基坑支护设计参数取值如表1示：

（4）典型剖面段设计

① 5-5剖面段：道路另一侧为别墅区，影响较大，需满足基坑开挖对周围道路管线沉降过大以及附近建筑物变形控制，基坑开挖深度为4.4m，按二级基坑考虑，设计首选悬臂桩支护形式。经验算该方案并不能满足对变形的控制。后验算复核，将方案调整为1:1.2放坡+悬臂桩支护，悬臂桩为φ600@1000，桩长10m。基坑支护形式见图1。

②6-6剖面段：基坑开挖深度为5.2m，临近基坑4.7m处有泵房，为二层泵房，场地地质条件整体较差。支护首先采用锚索+单排桩支护形式，后经与泵房所有者协商，改位置区域不能进行锚索施工。需要考虑对泵房的变形控制，故采用φ600@1000双排桩支护，桩长采用14m。基坑支护形式见图2

③其余剖面段：基坑开挖深度较浅，距离道路及建筑物较远。采用1:1放坡支护，挂网喷砼80mm厚。基坑支护形式见图3。

（5）剖面段计算

采用理正深基坑软件对该基坑计算和设计，按照现行规程和基坑工程手册对各段进行计算分析，对排桩内力、位移和基坑整体稳定性、地表沉降量进行复核，均能满足规范要求。

整体稳定性见图4。

2  设计成果文件

通过基坑支护的方案提出，计算分析优化，最后需要提交相关成果。笔者经历过多个基坑支护设计，结合相关工作总结，相关成果内容及画法浅述如下：

2.1设计说明

设计说明应包含基坑支护设计依据（规范应注意时效性）、工程概况项目、基坑工程概况周边环境及管线情况、工程地质及水文地质条件、设计要求（对周围保护描述、设计使用年限、基坑环境等级、安全等级等）、设计参数选取、基坑支护结构方案分析及选型、降排水方案、本基坑特点及难点、施工要求、基坑监测与信息化施工、应急预案、质量检验要求、其他相关说明。

2.2平面图：

①基坑周边环境图应包含内容：基坑周边建筑物、构筑物结构类型、层数、基础类型、埋深及上部结构现状，距建筑红线距离；基坑周边的各类地下设施，包括上、下水、电缆、煤气、污水、雨水、热力、通信等管线或管道的分布和性状（材质、距红线距离）；场地周围和邻近地区地表水汇流、排泄情况；基坑四周道路距红线距离；指北针、注释及相关说明。

②基坑支护平面布置图应包含内容：基坑支护形式（坡顶线、坡底线、排桩布置情况、锚杆布置情况等），拐点坐标标注，支护的尺寸标注，计算钻孔位置及相关注释，典型断面剖切位置，分段符号，截止水形式布置。

③基坑支护降水平面布置图（基坑排水平面布置图）根据设计需要包含内容:排水管沟、降水井、集水井、沉淀池、回灌井、水流走向。

④基坑监测平面布置图（参考《建筑基坑工程监测技术规范》GB 50497-2019）根据监测需要包含内容：坡顶位移、沉降观测点，深层水平位移监测点，围护墙内力监测点，锚杆内力监测点，土钉内力监测点，地下水位监测点，建筑物竖向位移、水平位移监测，管线监测点等。

 ⑤土方开挖示意图应根据需要表现出“分段、分层、分段”开挖原则、绘制出土坡道、绘制出土示意。

2.3剖面图内容

   剖面应与‘基坑支护平面布置图’剖切位置（绘制中应注意剖切方向）相对应，按照计算绘制准确的基坑支护形式，将计算钻孔土层信息与剖面相对应，并绘制于同一张图纸中，名称命名“X-X剖面图”。如图1、图2所示。

2.4配筋图内容

   梁、桩配筋数量，尺寸大小，应与计算配筋一致。

2.5大样图

   根据需要绘制放坡段喷射砼大样、支护桩间喷射砼大样、泄水管大样、安全护栏大样、剖面钢筋网固定大样、集水井大样，排水沟大样、沉淀池大样，剖面之间链接大样、回灌井大样、降水井大样

2.6基坑立面展开图（X-X段立面图）

  通俗理解是站在基坑中，所能见到的基坑一周。现目前画法：取基坑边界地勘土层，将边界土层相连，将支护形式画于土层上，标注分段及各个剖面位置。标注：地面标高、坑底标高、各类桩底标高

3.结束语

笔者结合经历的基坑设计过程，对现场仔细踏勘了解后，根据实际需求得到合理可行的支护方案，通过与实际施工时遇到的现场人员反应，总结了相关成果涵盖要素。通过提交完善的设计成果，给施工人员充分的表明设计意图，减少施工与设计之间的理解不充分，提高基坑支护工程设计、施工的工程质量。

参考文献

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