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商業(yè)綜合體深基坑支護設計及施工技術

文檔作者：李建雄１梁超１周立１馬磊１柴木葉２文檔來源：１．內(nèi)蒙古工業(yè)大學土木工程學院２．內(nèi)蒙古銀行股份有限公司，		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月15日
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２０１７ 年９ 月下
第４６ 卷 第１８ 期
施 工 技 術
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ １ ０７
ＤＯＩ：１０. ７６７２／ ｓｇｊｓ２０１７１８０１０７
商業(yè)綜合體深基坑支護設計及施工技術
李建雄１，梁 超１，周 立１，馬 磊１，柴木葉２
（１． 內(nèi)蒙古工業(yè)大學土木工程學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 ０１００５１； ２． 內(nèi)蒙古銀行股份
有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 ０１００１０）
［摘要］ 介紹了在樁錨聯(lián)合支護體系下，深基坑施工過程中，由于設計變更對施工方案進行了調(diào)整和優(yōu)化，并通過
有限元軟件的受力性能分析及驗算，在保證基坑施工安全穩(wěn)定性的前提下實現(xiàn)了經(jīng)濟性。
［關鍵詞］ 基坑；深基坑；錨索；樁；有限元分析
［中圖分類號］ ＴＵ７５３ ［文獻標識碼］ Ａ ［文章編號］ １００２-８４９８（２０１７）１８-０１０７-０３
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｅｐ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｃｏｍｐｌｅｘ
ＬI Ｊｉａｎｘｉｏｎｇ１， ＬIＡＮＧ Ｃｈａｏ１， ＺHＯＵ Ｌｉ１， ＭＡ Ｌｅｉ１， ＣHＡI Ｍｕｙｅ２
（１． Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｏｈｈｏｔ，Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ ０１００５１，Ｃｈｉｎａ；
２． Ｂａｎｋ ｏｆ Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｃｏ． ，Ｌｔｄ． ， Ｈｏｈｈｏｔ，Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ ０１００１０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｉｌｅ ａｎｃｈｏｒ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， ｄｕｅ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｒｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，
ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｒｅｍｉｓｅ ｏｆ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｙ
ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ； ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ； ａｎｃｈｏｒ ｒｏｐｅ； ｐｉｌｅｓ； ｆｉｎｉｔｅ
ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
［作者簡介］ 李建雄，副教授，Ｅ-ｍａｉｌ：ｌｊｘｎｍｇ＠１２６． ｃｏｍ ［收稿日期］ ２０１６-１２-２９
商業(yè)綜合體通常基坑開挖面積大，深度深，而
周邊建筑密度往往比較大，因此做好該類基坑支護
工程的設計施工，確?；影踩头€(wěn)定尤為重要。
１ 工程概況
呼和浩特市時代廣場商務中心項目位于新華
西街以北，新華廣場以東。擬建項目為框架剪力墻
結構，包括３ 層地下室和地上２６ 層的酒店、２９ 層的
公寓Ａ、２８ 層的公寓Ｂ，如圖１ 所示。本工程基坑開
挖東西長約１８４ｍ，南北寬約１６５ｍ，擬開挖深度約在
自然地面下１９ｍ。由于該工程開挖較深且基坑處于
市中心，基坑附近高層建筑多，地下管線復雜，必須
對該基坑進行邊坡支護和降水，以保證基坑的安全
和穩(wěn)定。
２ 基坑支護方案設計
２. １ 基坑支護方式
Ⅱ，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ區(qū)距離周邊鄰建或道路距離較
圖１ 基坑平面布置
Ｆｉｇ． １ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ
近，特別是Ⅳ區(qū)距離高層酒店不足６ｍ，不具備放坡
開挖條件，故只能選擇樁錨聯(lián)合垂直支護形式（以
下稱直挖區(qū)），Ⅳ區(qū)應作為重點設計區(qū)段。Ⅰ區(qū)、Ⅲ
區(qū)距鄰建、道路較遠，采用土釘墻放坡開挖結合預
應力樁錨聯(lián)合支護體系：即在地表６ｍ 深以上采用
土釘墻放坡支護，６ｍ 以下采用樁錨垂直支護，以降
低施工成本，加快施工進度（以下稱放坡開挖區(qū)）。
萬方數(shù)據(jù) ２. ２ 基坑支護設計參數(shù)
１ ０８ 施工技術 第４６ 卷
２. ２. １ 直挖區(qū)
原設計基坑深度１９ｍ，圍護樁直徑１ｍ，樁間距
１. ７ｍ，樁長２８ｍ，樁底錨固段９ｍ。直挖區(qū)在－ ４，
－８， －１２， －１６ｍ 處設置４ 排預應力錨索，錨索長度
均為２０ｍ，錨固段分別為１２，１３，１４，１５ｍ，剩余為自
由段，水平間距均為１. ７ｍ，施加３８０ｋＮ 預應力。腰
梁采用２［２０ａ，背靠背焊接。
２. ２. ２ 放坡開挖區(qū)
地面下６ｍ 土釘放坡，坡下圍護樁直徑１ｍ，樁
間距１. ７ｍ，基坑深度１９ｍ，樁長２２ｍ，坑底錨固段
９ｍ。在－６， －８， －１２， －１６ｍ 處設置４ 排預應力錨
索，錨索長度分別為２０，１９，１９，１８ｍ， 水平間距
１. ７ｍ，錨固段分別為１２，１２，１０，１０ｍ，其余為自由
段；在注漿２１ｄ 后，施加３８０ｋＮ 預應力。
２. ３ 基坑支護體系工況及其內(nèi)力分析
ＩＶ 區(qū)距高層酒店僅６ｍ，且超載明顯，作為本文
重點研究對象。施工分為９ 個工況，分別為：①首層
取土４ｍ；②施作第１ 道錨索；③二次取土４ｍ；④施
加第２ 道錨索；⑤三次取土４ｍ；⑥施加第３ 道錨索；
⑦四次取土４ｍ；⑧施加第４ 道錨索；⑨再取土３ｍ
至標高－１９. ００ｍ。
利用基坑設計軟件計算可得各工況下排樁的
位移、彎矩、剪力、包絡圖。經(jīng)分析計算基坑最大位
移為２８. ５ｍｍ，小于規(guī)范一類基坑最大位移３０ｍｍ 的
設計要求。
３ 設計方案變更后基坑支護施工方案調(diào)整與優(yōu)化
３. １ 設計變更
為滿足地下人防工程及地下車位和設備用房
的需求，當基坑開挖到－１２ｍ 時，建設方提出再增加
一層地下室，開挖深度變?yōu)椋玻矗怼＝?jīng)設計驗算若不
做加固處理，基坑最大位移將達４０ｍｍ，且坡腳隆起
嚴重，不滿足規(guī)范要求。圍護樁水平位移增大的主
要原因是其錨固深度減少了５ｍ，且土壓力增大。
３. ２ 設計變更后施工方案選擇
１）方案１ 在樁間外側補樁施工，增加圍護樁數(shù)
目以減小單樁主動土壓力，確保基坑位移滿足設計規(guī)
范要求。經(jīng)計算需補樁４７０ 根，增加費用約１ ０００ 萬
元，現(xiàn)挖土施工已達－１２ｍ，坑邊多個區(qū)域已不具備
樁機作業(yè)條件，且工期長，故該方案被否定。
２）方案２ 在開挖到地下－２０ｍ 處增加第５ 排
錨索，工況９ 取土改為４ｍ，錨索在注漿養(yǎng)護２１ｄ 后，
補加５ 層腰梁，施加３８０ｋＮ 預應力。經(jīng)計算圍護樁
位移為２６ｍｍ，第５ 排錨索軸力為６００ｋＮ，滿足規(guī)范
要求；該方案將增加費用約２００ 萬元。由于預應力
施加基坑空閑１ 個多月，工期長，且坡腳隆起也較為
嚴重，該方案經(jīng)濟性較差，風險系數(shù)也較高。
３）方案３ 按照基坑原來設計可挖至－１９ｍ，然
后對擬建公寓局部采用坑式開挖逆作施工，坑邊留置
８ｍ 寬土體暫不開挖，并進行必要的防護坡處理。當
中間土體開挖至－２４ｍ 時，施作中間部分第４ 層地下
結構，在施工中間部位４ 層以上地下結構的同時，將４
層邊跨框架梁延伸頂?shù)阶o坡樁腰梁上，并對框架梁跨
間做必要的臨時水平鋼支撐加固，作為支護樁的水平
支撐；然后運用逆作法工藝挖去邊跨地下４ 層土體，
再續(xù)作邊跨地下主體結構，如圖２ 所示。
圖２ 坑式開挖逆作施工
Ｆｉｇ． ２ Ｒｅｖｅｒｓｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ
經(jīng)計算該方案需增加費用約２０ 多萬元，相比其
他方案費用最少，且混凝土支撐安全穩(wěn)定性好，同
時大大縮短了工期，故選擇方案３。
４ 支護結構有限元受力性能分析驗算
本工程利用ＭＩＤＡＳ 軟件進行支護結構受力性
能分析驗算，截?。桑?區(qū)南側地面超載最大的基坑其
中２０ｍ 為研究對象。大量工程試驗數(shù)據(jù)表明，基坑
開挖對其周邊地面的影響寬度基本等于基坑設計
深度。本基坑開挖深度２４ｍ，取基坑邊界為４０ｍ 進
行軟件模擬分析。
４. １ 模型建立
在ＭＩＤＡＳ 計算中進行邊界與荷載設定，對計算
參數(shù)進行合理選取，輸入土層參數(shù)、支撐結構參數(shù)、
圍護樁參數(shù)。
變更后本工程土層分６ 次挖除，錨索設置４ 道，
另加１ 道水平支撐，未挖土前為１ 個工況，６ 次挖土
各為１ 個工況，每設１ 層錨桿為１ 個工況，共１２ 個
工況。根據(jù)各工況實際情況，設置各單元的“生
死”，從而真實模擬基坑開挖整個過程。
４. ２ 支護結構受力分析
４. ２. １ 圍護樁受力、位移分析
樁頂水平位移如圖３ 所示，從取第１ 層土到取
第４ 層土，樁頂位移直線增加，說明隨著基坑開挖深
度不斷增加，圍護樁懸臂狀態(tài)逐漸明顯；在取第５ 層
土時有所下降，說明前４ 排錨索的協(xié)調(diào)作用使圍護
樁由懸臂狀態(tài)變?yōu)檫B續(xù)梁狀態(tài)，４ 層錨索和樁底被
動區(qū)土體共同分擔了樁后主動土壓力，對樁體變形
萬方數(shù)據(jù) 起到了控制作用；在取第 ６ 層土時圍護樁變形突然
２０１７ Ｎｏ． １８ 李建雄等：商業(yè)綜合體深基坑支護設計及施工技術 １ ０９
圖３ 樁頂水平位移
Ｆｉｇ． ３ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｉｌｅ ｈｅａｄ
變大，主要由于設計變更導致樁體錨固段減小到
４ｍ，主動土壓力增大，坑內(nèi)被動區(qū)土體的被動土壓
力減小，故樁頂位移突然增大。
軟件分析表明樁體最大位移２５ｍｍ，滿足一級
基坑圍護結構最大位移＜３０ｍｍ 的要求。
４. ２. ２ 錨索受力分析
通過對預應力錨索在不同工況下的軟件模擬
分析和受力變形研究，可以發(fā)現(xiàn)錨索在基坑開挖過
程中的作用機理，錨索受力變化如圖４ 所示。
圖４ 錨索受力變化
Ｆｉｇ． ４ Ｃａｂｌｅ ｆｏｒｃｅｓ ｃｈａｎｇｅ
由圖４ 可知，第１ 排錨索的軸力在開挖第２ 層
土后迅速增加，在完成第３ 排錨索后，軸力略有下
降，這說明第３ 排錨索已發(fā)揮作用，但此時作用并不
明顯。隨著２，３，４ 層和底部支撐的施加，第１ 排錨
索軸力增加值逐漸變小，趨于平緩。但是第１ 排錨
索軸力始終大于其他３ 層錨索。同時，第４ 排錨索
在工況１０（取第５ 層土）時軸力增加值最大，這是由
于隨著開挖深度的增加，基坑最大位移已從樁頂逐
漸向樁中部移動，所以此時第３，４ 排錨索對控制基
坑位移的作用較為明顯。
４. ３ 基坑整體位移分析
由軟件分析結果表明，隨著基坑開挖深度的加
大，基坑對周圍地層的影響范圍逐漸擴大，到挖除
第６ 層土體后，基坑對坑邊土體的影響范圍已基本
達到基坑的深度。
從ＭＩＤＡＳ 模型模擬分析可以得出以下結論：在
基坑支護中，基坑邊緣或角部的圍護樁受力明顯大
于中間樁。第１ 層錨索受力最大，且對基坑位移控
制起著至關重要的作用?？拥淄馏w隆起會隨開挖
的進行逐漸向坑腳移動，基坑對周邊建筑物影響范
圍大約等于基坑深度。
５ 基坑安全穩(wěn)定性監(jiān)控
基坑監(jiān)控主要包括樁頂位移，樁體水平位移，
圍護結構內(nèi)力，支撐結構內(nèi)力，坑底隆起，周邊建筑
物、管線變形等內(nèi)容。
測控應以機測試儀器為主，電測試儀器為輔，
相互校核，以保證結果準確。本著重點部位重點監(jiān)
測的原則，對設計中使用的關鍵參數(shù)進行檢測，對
使用有爭議的設計原理設計出的受力構件進行重
點監(jiān)測；對施工質(zhì)量最難以保證的部位進行重點監(jiān)
測控制。在確?；影踩€(wěn)定的前提下，盡量減少
檢測設備和檢測人員的投入。
６ 結語
目前基坑支護設計軟件尚不成熟，往往偏于保
守，很多基坑工程設計人員缺乏實際經(jīng)驗。因此，
在深基坑支護工程設計施工中應因地制宜，結合工
程實際情況，進行多方案技術經(jīng)濟分析研究，適時
調(diào)整優(yōu)化施工方案，在確?；影踩€(wěn)定的前提
下，盡量做到降低成本，縮短工期，實現(xiàn)綠色施工。
參考文獻：
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銀川３３ 家企業(yè)揚塵治理不力受處罰
今年以來，寧夏回族自治區(qū)銀川市嚴查市轄區(qū)
房屋建筑、市政工程建筑在建工地揚塵違法行為，
對綠地國際花都、魯銀城市公園項目等２６ 起在揚塵
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