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摘要:结合深圳某大型改扩建学校工程，阐述了深基坑的总体情况以及两期基坑的情况，分析了基坑支护的设计难点。从基坑的实际情况出发，对基坑支护方案进行了初步设计，并对初始方案的选型、平面布置及剖面进行了研究。针对初始方案存在的问题，从费用和工期的角度进行了优化，最终形成了安全稳定、经济合理的基坑支护方案。
关键词:深基坑，支护方案，支护选型，优化设计
1工程概况
1．1项目概况
本工程是政府投资建设的原特区外村办学校改扩建工程，通过整体拆除、分期建设、校内腾挪的方式将原36班小学升级为72班九年一贯制学校。项目用地面积为32632m2，拆除面积13959m2，新建总面积83096m2，其中地上6层共48386m2，地下2层共34710m2。
1．2周边环境
工程场地较为平整，场地内及周边道路有雨水、污水、给水、电力及燃气管线。基坑周边环境:北侧为现状道路和排洪渠，距坑边最近8．3m，距排洪渠最近15．8m;西侧为在建道路，距坑边最近11．0m;南侧为现状道路，距坑边最近11．6m;东侧为自建民房，大多为3层～7层建筑，距坑边最近13．8m。支护结构距红线不小于2．6m，最近处位于东南角。
1．3工程地质情况
根据岩土地质勘探揭露，场地内分布的地层自上而下分为第四系人工填土层Qml、第四系冲洪积层Qal+pl、第四系残积层Qel、下伏基岩为三叠系泥质粉砂岩T。各岩土层工程特性指标建议值表如表1所示。
1．4工程水文情况
根据地勘地下水属潜水，赋存于第四系各地层中。地下水受大气降水及地表水补给，顺地势向北侧地势低区排泄，水位变化因季节而异。部分地下水属基岩裂隙水，赋存于三叠系泥质粉砂岩节理裂隙中，其补给、径流及涌水量大小受地质构造及节理裂隙控制。除杂填土①1、中砂②1、粉砂②4和粗砂②6为强透水性，其他地层均为弱透水性。勘察期间处于雨季，地下稳定水位较高，埋深1．7m～4．2m，标高介于2．93m～5．4m。根据区域水文调查及场地地形，稳定水位变化幅度0．5m～2．0m。
2基坑概况
2．1基坑总体情况
场地内除西北侧局部区域为地下1层，其余均为地下2层。项目分两期施工，一期范围为西侧原操场区域，二期范围为中部及东侧原校舍区域，施工顺序为:保留中部及东侧校舍，启动一期建设;一期建成后，将师生腾挪至一期建筑内;拆除中部及东侧原校舍，启动二期建设。一、二期基坑总面积约24250m2，两期之间采用排桩分隔墙。一期基坑坑边距现状教学楼不足一倍挖深，且坑深大于12m，安全等级为一级，其余均为二级;二期基坑坑边距东侧民宅大于一倍挖深，小于两倍挖深，按二级考虑。
2．2一期基坑情况
一期基坑呈南北向矩形，周长约405m，北侧约2050m2为地下1层，南侧约6050m2为地下2层，总面积约为8100m2。北侧地下1层区域挖深为6．10m，局部为地下庭院，挖深为6．35m，南侧地下2层区域挖深10．05m，中部及西侧局部存在游泳池和机房落深区，挖深分别为12．10m和14．20m。一期基坑及周边如图1所示。
2．3二期基坑情况
二期基坑呈梯形，周长约500m，西北侧约2180m2为地下1层，其余范围约13970m2为地下2层，总面积约16150m2。二期西北侧地下1层区普遍挖深为6．1m，局部为地下庭院，挖深为6．35m，其余范围地下2层区挖深为10．05m。二期基坑及周边如图2所示。
2．4基坑设计难点
地下室面积约34710m2，基坑面积约24250m2，基坑普遍挖深10．05m，局部达14．2m，为较大规模深基坑。基坑支护工程存在难点:1)主体结构分两期施工，基坑工程同步分两期施工，三年左右才能完成，对周边影响较长。2)原校舍大多为20世纪90年代中期建成，天然基础，房屋鉴定报告显示需加固，且一期施工期间约2700名师生仍需在原校舍正常教学办公，不能出现任何安全问题。3)场地内存有淤泥质黏土、强风化岩等特殊性土，场地地下水位埋深较浅，尤其是较大范围内存有较厚的强透水性砂层。在深基坑的土方开挖、支护、降水过程中由于地质条件可能造成的工程风险有基坑失稳、基坑渗水和地面沉降。4)强风化岩遇水易软化，遇水承载力急剧降低。场地基岩起伏较大，强风化中存在中风化夹层，对桩基持力层判断和施工均会带来不利影响。5)项目用地进入地铁规划控制预警区约900m2，且地铁线位尚处于规划阶段，仍存有变化可能，要求基坑支护工程锚索等支护结构不得侵入。
3基坑支护初始方案
3．1初始方案
拟建建筑物设有2层地下室，初始方案采用桩—撑结构，其中:1)基坑围护采用旋挖桩+外侧三轴搅拌桩止水帷幕形式;2)支撑体系北侧地下1层区域设一道混凝土支撑，南侧设两道混凝土支撑，西侧局部落深区设钢管换撑。两道支撑平面采用对撑+角撑的布置形式，钢管换撑采用对撑布置形式;3)立柱采用钢构柱+坑底旋挖桩基础形式。
3．2初始方案平面示意图
一、二期第一道支撑平面布置如图3所示。一、二期第二道支撑平面布置如图4所示。
4基坑支护方案优化
4．1初始方案分析及问题
基坑面积较大，开挖较深，周边环境相对复杂。当地常用支护形式首选排桩+锚杆。由于一期基坑施工期间，中部及东侧校舍处于正常使用阶段，安全要求高，变形控制要求严格，同时由于二期东北侧受规划地铁线位的限制，也无法采用锚杆，因此选用排桩+内支撑。由于工程资料及地区经验的原因，采用经典法进行了初步设计，选择了两道支撑，整体安全，过于保守。1)按照基坑的初始方案，造价估算很高。初始方案可靠性好，受力合理，变形易于控制，但成本较高，支护面积单方造价过高。2)地下1层区开挖面积约2100m2，挖深6．1m～6．35m，采用一道角撑，支撑设计过于复杂。3)一、二期支撑平面总体以桁架对撑为主，且布置较密，不利于土方开挖。
4．2基于费用优化
按规定，方案进行了专家评审，专家也提出针对性意见:1)取消西北角支撑，采用悬臂桩支护，一二层地下室高差部位考虑采用放坡或悬臂桩形式;2)加大支护桩间距;3)优化支撑平面布置，尽量采用角撑并减少桁架撑体系。鉴于基坑深度介于一道支撑和两道支撑适用深度之间，且初始方案支护面积单方造价高出经验数据约45%，考虑将初始方案中的两道支撑改为一道支撑进行设计。
4．3基于工期优化
内支撑设置和拆除较为麻烦，施工水平要求较高。初始方案过多过密的采用桁架对撑，不利于施工，严重影响工期。一期基坑由于靠保留建筑一侧不宜使用锚杆，只能选择对撑，考虑优化榀数。由于落深区深度达14．2m，考虑使用锚杆进行补充。二期基坑平面较为规则，且近于方形，考虑对平面进行优化，改对撑为环撑，利用拱效应及中心对称，使土体压力传递给圆拱且自身平衡［1］，从而利于中心开挖。
4．4优化后支护体系
优化后形成了“桩—撑—锚”支护体系［2］，能够满足较高的变形要求。优化后基坑平面布置如图5所示。优化后“桩—撑—锚”典型剖面如图6所示。至此支护方案的选型及平面布置优化完成。为确保基坑安全，基坑方案优化后，邀请专家进行了二次评审，评审意见认为选型合理，安全可行。施工图深化设计后，顺利通过施工图审查。基坑开挖时序必须与设计要求一致，遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，确保深基坑施工安全。参建单位须建立应急预案，提高对突发情况的处置能力，保证基坑开挖安全。
5结论
结合以上初始设计及优化过程，最终形成了安全稳定、经济合理的“桩撑锚”基坑支护方案。1)据初步测算，优化后方案的支护面积单方造价比初始方案降低了约25%。2)本文对大型改扩建学校深基坑支护方案优化过程进行了总结，可为今后类似深基坑工程支护设计及优化提供借鉴和参考。
参考文献:
［1］周健，罗筱波．圆形支护结构的拱效应等效支撑计算方案［J］．岩土力学，2003，24(2):169-172．
［2］肖萌．超深基坑开挖对支护结构与周边环境影响研究［D］．南宁:广西大学，2017．
作者:许俊青 单位:上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司
