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摘要：广东省湛江市，与上海市、浙江省的宁波市、福建省的福州市相似，土木工程的地基大都属于软土地基；本文以湛江市××大厦异形深基坑围护结构设计与施工为例，介绍了软土地基深基坑的设计与施工。
一、工程概况
湛江市××大厦，主楼27层，裙房4层，地下室2层，基坑占地面积约8300㎡，裙楼部分基坑挖深10.9m，主楼部分基坑挖深12.1m，属一级基坑工程。基坑西面临近重要的市政交通干道，路面下有较多市政管线（主要有Φ2460mm的合流管、Φ900mm的供水管、Φ700mm的煤气管等）。
二、围护方案的选择
基坑工程属临时性围护结构。基坑工程设计应本着安全第一的原则，结合造价、施工、工期等因素综合考虑。因大厦基坑周边环境比较复杂，有临近路需要保护的道路及其市政管线，同时基坑南侧4.5m处的证券交易所需要在开挖阶段予以重点保护，东侧为邻近小区的住宅，需要考虑基坑施工及开挖阶段对居民楼和居民的影响。经详细勘察决定采用钻孔灌注桩的围护形式。
选择钻孔灌注桩的围护形式的原因在于钻孔灌注桩施工工艺比较成熟，作为围护桩其围护刚度略低于地下连续墙、强于SMW工法，但其造价要比地下连续墙低的多。另外，由于施工场地大、有利于鉆孔灌注桩在施工过程中的泥浆处理，可大大减少污染。
根据基坑实际情况，在10.9m挖深位置处围护桩采用混凝土设计强度等级为C30的Φ950@1150的钻孔灌注桩，钻孔灌注桩有效桩长23.1m，插入坑底以下12.2m，进入到优势土层。在11.5m挖深位置处，围护桩采用混凝土设计强度等级为C30的Φ1000@1200的钻孔灌注桩，钻孔灌注桩有效桩长24.2m，插入坑底以下13.3m，也进入到土层。
三、止水帷幕的选择
场地第二层各亚层土为粉性及砂性土，砂性较重。广泛分布在2.0～10.3m左右的深度范围内，基坑开挖深度刚好穿越此范围，故需要采取可靠的止水帷幕和降水措施。如处理不好，基坑开挖极易产生坍方、流砂等现象，设计考虑在钻孔灌注桩外侧采用三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕。与双轴水泥土搅拌桩相比，三轴水泥土搅拌桩比较容易施工，质量容易保证，尤其在砂性土较重的土层中，这些优点更加突出。另外，水泥土搅拌桩本身也有一定的挡土作用，可增加围护体的整体挡土效果。止水帷幕三轴水泥土搅拌桩为Φ650@450，桩长19.8m，进入到优势土层。
四、内支撑方案的选择
由于基坑周边环境比较复杂，基坑面积比较大，体形较复杂，因而基坑支撑考虑采用二道混凝土支撑的形式，一方面混凝土支撑整体刚度较大，能较好地控制基坑的变形，另一方面混凝土支撑比钢支撑布置灵活，也比较符合本基坑体形复杂的特点。考虑到本基坑的面积很大，为方便挖土提高挖土效率，支撑设计采用圆环结合角撑的形式。
圆环结合角撑的支撑形式确定后，结合基坑特点，提出了3种有效支撑布置方案进行分析比较，3种支撑方案的主要性能指标见表一。
从表一可以看出，方案一开挖面最大，非常利于基坑挖土，并且大圆环处轴力较大，弯矩较小，对于圆环这种受力构件来说也是非常理想的，但由于圆环未完全封闭之前无法形成受力体系，因而支撑的形成时间特别长，对基坑非常不利，并且施工难度也最大；方案二在3个方案中圆环直径最小，不利于挖土，并且圆环处弯矩及支撑其它部位弯矩都比较大，对于混凝土支撑来讲非常不经济的；与前两个支撑方案相比，方案三的开挖面虽比方案一少一些，但不多（因为右侧还有个边角撑形成的空洞），但杆件受力情况却是3个方案中最合理的，非常经济。从支撑的形成时间及施工难易程度上看，也比较理想，因此方案三是最佳支撑方案。
方案三的基坑支撑系统由桩顶联梁、环形梁、角撑及辐射状腹杆组成。整个支撑系统支承于钢结构立柱上，钢结构立柱用4根角钢焊接而成，插于立柱桩或工程桩中。支撑采用爆破法拆除。
五、结构计算
（1）围护桩的计算
①基坑面土压力计算，基坑面土压力水土分算，土压力取主动土压力，根据各层土的c、Φ值按Rankine土压力理论计算。
水土分算公式为
Pa=[q+]Ka-2c- （1）
式中，Ka =tan2（45°-Φ/2）；其余符号的含义和单位同前。
②刚度计算 基坑面开挖深度以下的作用按弹簧模拟，弹簧刚度按“m”法模式计算。
③计算工况选择 围护结构计算主要考虑以下工况：基坑开挖至第一道支撑底；施工完第一道支撑并开挖至第二道支撑底；施工完第二道支撑并开挖至底板；完成底板标高处换撑后，拆除第二道支撑；完成地下室二层楼板标高处换撑后，拆除第一道支撑。
④工程抗管涌安全系数计算 工程抗管涌安全系数的计算公式为
式中，为土体浮重度，Kn/m3；为水的重度，Kn/m3；hw为地下水位埋深，m；H为基坑开挖深度，m；D为围护结构入土深度，m。
⑤围护体主要计算结果
a.10.9m挖深围护结构设计计算结果。按砂土，安全系数KL=1.764；按黏土，安全系数KL=2.499。
b.12.1m挖深围护结构设计计算结果。按砂土，安全系数KL=1.941；按黏土，安全系数KL=2.762。
（2）支撑计算 支撑系统按平面受力的框架进行分析，四周作用有均匀的支撑力。
基坑开挖后，四周地面均没有出现明显开裂，东侧居住房屋及地下管线都得到了很好的保护，基坑四周共埋设了9根深层测斜管，实侧最大水平位移发生在第二道支撑附近，但均未超过28mm，与计算结果比较接近。
六、竣工后总结
1、由于处于市区繁华地段，周边建（构）筑物及道路对变形极其敏感，选择内支撑，出土虽然困难些，但从偏于安全的角度来说，还是适宜的。
2、通过整个过程的基坑监测，各工况的监测数据都在可控范围，说明设计及施工方案较为成功。
3、基坑第二层各亚层土砂性特别重，基坑设计采用Φ650@450mm的三轴水泥土搅拌桩作为止水帷幕，现场施工效果非常好。为方便施工挖土，基坑支撑设计采用直径达73m的圆环结合边桁架角撑的受力形式较为合理，这种支撑形式既方便挖土，又可缩短施工工期。为避免大直径圆环容易产生的扭转和弯矩，对基坑挖土施工要求非常高，为此必须采用分层、避免大直径圆环容易产生的扭转和弯矩，对基坑挖土施工要求非常高，为此必须采用分层、分块、对称开挖土层的方法，这种开挖土层方法对大直径圆环的轴向受力非常有利。
参考文献：
[1]建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）
[2]建筑基坑工程监测技术规范GB50497-2009
作者简介：
丁穗平，广东湛江人，1964年生，工程师，研究方向为土木工程施工与管理。丁穗平（身份证：44010619640505187）
一、工程概况
湛江市××大厦，主楼27层，裙房4层，地下室2层，基坑占地面积约8300㎡，裙楼部分基坑挖深10.9m，主楼部分基坑挖深12.1m，属一级基坑工程。基坑西面临近重要的市政交通干道，路面下有较多市政管线（主要有Φ2460mm的合流管、Φ900mm的供水管、Φ700mm的煤气管等）。
二、围护方案的选择
基坑工程属临时性围护结构。基坑工程设计应本着安全第一的原则，结合造价、施工、工期等因素综合考虑。因大厦基坑周边环境比较复杂，有临近路需要保护的道路及其市政管线，同时基坑南侧4.5m处的证券交易所需要在开挖阶段予以重点保护，东侧为邻近小区的住宅，需要考虑基坑施工及开挖阶段对居民楼和居民的影响。经详细勘察决定采用钻孔灌注桩的围护形式。
选择钻孔灌注桩的围护形式的原因在于钻孔灌注桩施工工艺比较成熟，作为围护桩其围护刚度略低于地下连续墙、强于SMW工法，但其造价要比地下连续墙低的多。另外，由于施工场地大、有利于鉆孔灌注桩在施工过程中的泥浆处理，可大大减少污染。
根据基坑实际情况，在10.9m挖深位置处围护桩采用混凝土设计强度等级为C30的Φ950@1150的钻孔灌注桩，钻孔灌注桩有效桩长23.1m，插入坑底以下12.2m，进入到优势土层。在11.5m挖深位置处，围护桩采用混凝土设计强度等级为C30的Φ1000@1200的钻孔灌注桩，钻孔灌注桩有效桩长24.2m，插入坑底以下13.3m，也进入到土层。
三、止水帷幕的选择
场地第二层各亚层土为粉性及砂性土，砂性较重。广泛分布在2.0～10.3m左右的深度范围内，基坑开挖深度刚好穿越此范围，故需要采取可靠的止水帷幕和降水措施。如处理不好，基坑开挖极易产生坍方、流砂等现象，设计考虑在钻孔灌注桩外侧采用三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕。与双轴水泥土搅拌桩相比，三轴水泥土搅拌桩比较容易施工，质量容易保证，尤其在砂性土较重的土层中，这些优点更加突出。另外，水泥土搅拌桩本身也有一定的挡土作用，可增加围护体的整体挡土效果。止水帷幕三轴水泥土搅拌桩为Φ650@450，桩长19.8m，进入到优势土层。
四、内支撑方案的选择
由于基坑周边环境比较复杂，基坑面积比较大，体形较复杂，因而基坑支撑考虑采用二道混凝土支撑的形式，一方面混凝土支撑整体刚度较大，能较好地控制基坑的变形，另一方面混凝土支撑比钢支撑布置灵活，也比较符合本基坑体形复杂的特点。考虑到本基坑的面积很大，为方便挖土提高挖土效率，支撑设计采用圆环结合角撑的形式。
圆环结合角撑的支撑形式确定后，结合基坑特点，提出了3种有效支撑布置方案进行分析比较，3种支撑方案的主要性能指标见表一。
从表一可以看出，方案一开挖面最大，非常利于基坑挖土，并且大圆环处轴力较大，弯矩较小，对于圆环这种受力构件来说也是非常理想的，但由于圆环未完全封闭之前无法形成受力体系，因而支撑的形成时间特别长，对基坑非常不利，并且施工难度也最大；方案二在3个方案中圆环直径最小，不利于挖土，并且圆环处弯矩及支撑其它部位弯矩都比较大，对于混凝土支撑来讲非常不经济的；与前两个支撑方案相比，方案三的开挖面虽比方案一少一些，但不多（因为右侧还有个边角撑形成的空洞），但杆件受力情况却是3个方案中最合理的，非常经济。从支撑的形成时间及施工难易程度上看，也比较理想，因此方案三是最佳支撑方案。
方案三的基坑支撑系统由桩顶联梁、环形梁、角撑及辐射状腹杆组成。整个支撑系统支承于钢结构立柱上，钢结构立柱用4根角钢焊接而成，插于立柱桩或工程桩中。支撑采用爆破法拆除。
五、结构计算
（1）围护桩的计算
①基坑面土压力计算，基坑面土压力水土分算，土压力取主动土压力，根据各层土的c、Φ值按Rankine土压力理论计算。
水土分算公式为
Pa=[q+]Ka-2c- （1）
式中，Ka =tan2（45°-Φ/2）；其余符号的含义和单位同前。
②刚度计算 基坑面开挖深度以下的作用按弹簧模拟，弹簧刚度按“m”法模式计算。
③计算工况选择 围护结构计算主要考虑以下工况：基坑开挖至第一道支撑底；施工完第一道支撑并开挖至第二道支撑底；施工完第二道支撑并开挖至底板；完成底板标高处换撑后，拆除第二道支撑；完成地下室二层楼板标高处换撑后，拆除第一道支撑。
④工程抗管涌安全系数计算 工程抗管涌安全系数的计算公式为
式中，为土体浮重度，Kn/m3；为水的重度，Kn/m3；hw为地下水位埋深，m；H为基坑开挖深度，m；D为围护结构入土深度，m。
⑤围护体主要计算结果
a.10.9m挖深围护结构设计计算结果。按砂土，安全系数KL=1.764；按黏土，安全系数KL=2.499。
b.12.1m挖深围护结构设计计算结果。按砂土，安全系数KL=1.941；按黏土，安全系数KL=2.762。
（2）支撑计算 支撑系统按平面受力的框架进行分析，四周作用有均匀的支撑力。
基坑开挖后，四周地面均没有出现明显开裂，东侧居住房屋及地下管线都得到了很好的保护，基坑四周共埋设了9根深层测斜管，实侧最大水平位移发生在第二道支撑附近，但均未超过28mm，与计算结果比较接近。
六、竣工后总结
1、由于处于市区繁华地段，周边建（构）筑物及道路对变形极其敏感，选择内支撑，出土虽然困难些，但从偏于安全的角度来说，还是适宜的。
2、通过整个过程的基坑监测，各工况的监测数据都在可控范围，说明设计及施工方案较为成功。
3、基坑第二层各亚层土砂性特别重，基坑设计采用Φ650@450mm的三轴水泥土搅拌桩作为止水帷幕，现场施工效果非常好。为方便施工挖土，基坑支撑设计采用直径达73m的圆环结合边桁架角撑的受力形式较为合理，这种支撑形式既方便挖土，又可缩短施工工期。为避免大直径圆环容易产生的扭转和弯矩，对基坑挖土施工要求非常高，为此必须采用分层、避免大直径圆环容易产生的扭转和弯矩，对基坑挖土施工要求非常高，为此必须采用分层、分块、对称开挖土层的方法，这种开挖土层方法对大直径圆环的轴向受力非常有利。
参考文献：
[1]建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）
[2]建筑基坑工程监测技术规范GB50497-2009
作者简介：
丁穗平，广东湛江人，1964年生，工程师，研究方向为土木工程施工与管理。丁穗平（身份证：44010619640505187）