某大型高层建筑地基止水帷幕及支撑结构选择

某大型高层建筑地基止水帷幕及支撑结构选择

【摘要】：高层建筑建设过程中，地基的施工是非常重要的。止水帷幕以及支撑结构是保障高层建筑安全的重要体系。本文通过实例分析，对某大型工程地基施工中，整体地基基坑维护结构设计进行了分析，并着重对地基的止水帷幕以及支撑结构选择进行了分析，对高层建筑地基基坑维护问题具有一定的指导作用。 【关键词】：高层建筑，止水帷幕，支撑结构 1 工程背景

某市为了发展，在市中心附近拟建一高层大厦，拟建工程位于市高新区滨河路西、邓蔚路南。经过实地踏勘调查，场地现为沥青路面，北侧轨道交通1号线路站正在施工，本工程拟建场地在轨道交通施工所搭建彩钢板临时围墙内。地下室东侧筏板外边线距离东侧用地红线约4.8m，南侧筏板外边线距离用地红线约6～23m，西侧筏板外边线距离用地红线约为6.8～8.4m，北侧筏板与地铁地连墙相接。拟建工程总建筑面积约4.6万平方米，由1幢主楼、多层裙房及3~4层地下车库组成。其中地上部分：北侧主楼19层，呈长方形，长约50.0m，宽约30.0m，总高度约80.0 m；裙房3层，高15.5m。地下车库北半边为地下3层，负1层为自行车库；负2、3层为汽车库。地下车库南半边为地下4层全自动机械车库。 为了工程安全考虑，建筑地基要进行基坑开挖以及维护，经计算，基坑工程总面积约5420平方米，开挖深度约12.8，尚未考虑电梯井等局部落深区。基坑周边环境复杂，临近众多地下市政管线

及西侧需保护的轨道交通2号线盾构区间，环境保护要求较高，并且尚需考虑方便合理的出土口位置。因此围护设计总体设计方案选型中应重视如下问题并给予科学、合理的解决。 2 地基基坑维护结构整体设计

维护结构是地基开挖之后基坑的主要安全保障。在本工程中，基坑普遍为地下3层，主要挖深12.8m，局部存在落深区。所以基坑围护方案主要从常见的钻孔灌注桩、地下连续墙和smw工法三种围护形式中选择。 (1) smw工法

该工法最大的优点是型钢能回收，但刚度较小，其经济性受工期长短控制。拟建工程基坑面积约5420平方米，且围护体一次施工，工期较长，型钢租赁费的成本由于租期的延长会大幅提升，smw工法的经济性大不如钻孔桩方案。刚度要小于钻孔灌注桩、地下连续墙，因此围护结构本身及周边环境的变形较大。 (2) 地下连续墙

地下连续墙整体刚度大，止水效果好，工艺成熟，质量可靠，适用于多种地质条件，施工时振动小，噪音低，对相近地基扰动少，非常适用于靠近地铁区域的深基坑工程。但地下连续墙与主体结构存在太多的联系。若两墙合一，则诸如结构底板、楼板位置预埋钢筋预埋件等都需要涉及的结构施工图先出来；其次地下连续墙涉及较多施工工序，每个环节的控制都关乎成墙质量，易出现接缝渗水和墙体破损等问题影响墙体质量和工程安全；再者对于邻近地铁一

侧应采用复合式的地下连续墙，以确保防水效果及轨道2号线对盾构区间的保护要求。因此地下连续墙方案造价高，不经济，性价比不高。

(3) 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩受力性能可靠、工艺成熟、质量可靠，桩径可根据挖深及对变形大小灵活调整，刚度土体位移较小；施工工期较短，尤其适用于规模较大的基坑；造价较低，且不受施工工期的影响；施工对周边环境影响较小；但围护刚度较地下连续墙较弱。 综合以上三种方案及本基坑的实际情况，若合理地利用钻孔灌注桩的有利因素，合理地设置支撑，完全能做到围护结构与坡体稳定、变形可控，与周边环境协调，因此本次围护设计方案考虑选用如下围护形式：钻孔灌注桩+水泥土搅拌桩止水帷幕的复合围护形式。

3 地基基坑止水帷幕设计

止水帷幕是地基开挖之后基坑主要的防水结构，根据钻孔灌注桩外侧采用850@600的三轴水泥土搅拌桩作为止水帷幕，用以控制场地中部的微承压水。由于坑底标高为-13.900m，同时根据地质勘察结果，接坑主要位于第(4-2)粉砂层中。考虑到第(5)层粉质粘土层土质不均匀，工程特性差，厚度变化大，为满足抗渗流稳定要求，同时避免微承压水位的降低对地铁的影响，建议止水帷幕穿过(4-2)粉砂层进入第(5)粉质粘土层中下部，故水泥土搅拌桩有效长度为16.9m，靠近地铁侧水泥土搅拌桩有效长度为18.9m。

三轴水泥土搅拌桩采用p.0.42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量为20%，水灰比1.5。水泥土搅拌桩采用标准连续方式施工，搭接形式为套接一孔法以保证搭接长度，满足止水要求。桩身采用“两次下沉，两次提升”的施工工艺。止水帷幕内侧与围护外边线净距200mm。另外，为更好稳固围护桩间土，在围护桩内侧采用挂网喷浆处理以稳固桩间土体。 4 地基基坑支撑结构选择

支撑体系的布置原则为：合理分配桩身弯矩的同时，考虑中楼板换撑块的设置并方便坑底挖土的需要。本工程共设置2道钢筋混凝土支撑，对于本工程而言，长短边长度约75.0m，基本呈正方形，建议采用角撑的支撑体系，水平支撑系统采用设计强度等级为c30的混凝土，支撑布置采用角撑支撑形式，主撑杆件受力明确，施工及拆撑较为方便。支撑布置形式详见图1。

图1 地基基坑支撑结构平面图

由于混凝土支撑竖向荷载较大，必须设置临时支撑立柱以减少支撑的跨度，改善支撑的受力情况，同时提高支撑的竖向稳定性。 本工程采用临时钢立柱及柱下钻孔灌注桩作为水平支撑系统的竖向支承构件。临时支撑立柱非栈桥区建议采用4l140×14型钢格构柱，栈桥区建议采用4l160×16，型钢立柱在穿越底板的范围内需设置止水片。格构柱插入钻孔桩3.0m。若工程桩为钻孔灌注桩，则施工图阶段立柱桩可尽量利用工程桩，节省造价。柱下支承桩采

用直径800mm的钻孔灌注桩，普遍区域桩长21.0m。

该方案中支撑布置仅作为参考，待总包单位进场及结构施工图设计完毕后进一步细化设计。经过适当调整后，预计可利用70~80%的工程桩作为立柱桩，以大大减小造价，并减少了桩基施工对地基土的扰动影响。

当楼板(包括底板)达到设计要求的强度时，需要拆除支撑。支撑拆除前必须考虑换撑措施，使墙体荷载通过换撑传至主体结构上。本工程采用底板作为换撑，同时中楼板设置传力带。换撑施工必须根据主体结构要求并结合支撑受力进行安排。 参考文献

[1] 杨振宇. 地铁深基坑维护结构中的钻孔咬合桩施工技术应用 [j]. 矿业快报，2006,5

[2] 刘武兰. 基坑支护结构变形分析与施工维护 [j]. 中国科技博览，2009,17

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。