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一、基坑支撐結構設計的主要特點與缺陷

為了改進我國現有的高層建筑基坑支撐結構設計，必須詳細地研究我國現有的基坑支撐結構設計的主要特點，了解其中的設計缺陷，并根據這些缺陷提出相應的改進措施。傳統基坑支撐結構設計主要有以下四個特點：

1.破壞周邊建筑地基結構

通常，高層建筑的基坑深度較大，且周邊常有現有建筑。因此在進行高層建筑的基坑支護結構施工時，必定會危及周圍建筑物的安全。在城市中心修建高層建筑時，由于周邊建筑修建年代比較久遠、基礎埋深較淺，若不對基坑進行有效支撐，基坑出現較大變形或失穩后，將危及周邊現有建筑。

2.地基結構容易受降水影響

高層建筑的地基基坑深度較大，通常基坑底板比地下水水位低。為便于基坑及基礎施工，必須對基坑進行人工降水。人工降水后，易引起周邊現有建筑的基礎沉降。

3.基坑支撐結構施工影響大，必須提前規劃

一般的，高層建筑的施工范圍比較狹小，且施工工地往往在建筑群中間，人流密度較大。在進行建筑的基坑支撐結構施工時，必須提前做好規劃。施工前通知周邊的住戶，同時需要與有關部門取得聯系，避免基坑支撐結構施工對地下公共設施的破壞。

4.地基施工工序復雜

高層建筑的基坑支撐結構設計時，必須提前考慮施工順序。建筑群施工難度遠遠大于單體高層建筑的地基施工。因為不同的建筑，基坑深度也不相同，一般按照先深后淺的工序進行。如果先進行淺地基的結構施工，在進行深地基的施工時，容易對前期施工的地基造成較大的破壞，不符合地基施工要求。

二、高層建筑基坑支撐結構設計原則

1.基坑支撐結構設計的兩種極限

國際上通用的高層建筑基坑支撐結構設計的原則主要有兩點依據：分別是高層建筑的地基承載能力的極限設計狀態與正常使用時的極限狀態。（1）承載能力的極限設計準則地基的極限承載能力指的是地基的支撐結構和被支護土體可以承受的最大當量。只要地基上部的當量不超過這個極限，建筑的基坑支撐結構就不會被破壞，也不會出現基坑底失穩和管涌等現象，更不會造成地基土體與支護結構的破壞。常見的樁錨支護結構的破壞模式主要有以下幾種：擋土結構受彎破壞、嵌入深度不足不夠造成的破壞、錨桿抗拉拔失效造成的整體失穩以及地下水造成的坑底隆起或管涌等。（2）正常使用極限準則正常使用極限準則指的是在支撐結構的變形很大的情況下，高層建筑仍然不會対周邊建筑的平衡結構造成的破壞。

2.參照指標進行設計

在進行高層建筑的基坑支撐結構設計時，需要參照實際地基基坑的安全等級以及其他的重要指標。安全等級一級的破壞后果是支護結構破壞對基坑周邊環境影響很嚴重，γ0為1.10；安全等級二級的破壞后果是支護結構破壞對基坑周邊環境影響很小，但對本地工程地下結構施工影響嚴重，γ0為1.00；安全等級三級的破壞后果是支護結構破壞對基坑周邊環境及地下結構施工影響不嚴重，γ0為1.00。3.基坑支撐結構的設計步驟根據上述基坑支撐結構設計的兩條準則進行設計，高層建筑的基坑支撐結構設計主要包括以下四個步驟：確定建筑整體的結構形式，并根據建筑的基坑支撐形式進行穩定性校核；計算基坑支撐結構在承受壓力、彎力、剪力時的穩定性；對基坑支撐結構的內支撐進行承載力校核；對安全等級較高的高層建筑的基坑支撐結構進行水平位移校核。高層建筑的基坑支撐結構設計根據工程施工實例進行綜合分析，基坑支撐結構設計中的注意點：（1）基坑支撐結構設計不允許出現明顯的頂部形變。（2）如果高層建筑的地基基坑周邊存在距離較近的低層建筑群，在進行基坑支撐結構設計時，建筑地基不允許有明顯的水平位移。研究表明，此種情況下的支護結構所承受的水平推力應按靜土壓力計算。（3）基坑支撐結構設計中的支撐結構造成的水平壓力不應該過小，保證在進行基坑施工中，樁頂不產生水平位移。（4）如果基坑支撐結構設計中允許出現適當的水平位移，伴隨著水平壓力的不斷增加，樁側的土壓力會出現下降的趨勢。（5）如果支撐結構的水平位移繼續增加，勢必影響到主體結構的穩定性。因此，基坑支撐結構變形應與主體結構的變形相協調。

三、實例應用

1.工程概況

擬建工程位于河南省鄭州市中心區，規劃總用地面積112300m2，總建筑面積375600m2（包括地下室建筑面積85000m2）。該項目結構類型為框架、框剪結構，地下室2層，采用樁基礎。本次勘察得知48m深度范圍內，巖性以黏性土、淤泥為主，該區的擬建場地為濕潤地區弱透水環境，場地環境類型為Ⅱ類。據勘察，地下水水位為0.30～2.40m.

2.支護方案的選定

通常根據基坑周邊環境的嚴峻程度，結合基坑開挖深度、工程地質和水文地質條件來確定支護方式，支護方式的確定也要考慮不同環境條件約束下的基坑或基坑各邊不同的“安全度”。此外，支護結構要密切與施工相配合，以期整個工程的經濟效益最大化。結合工程分析，本工程負一層選擇采用單排混凝土灌注樁加預應力水平旋噴土錨，坑外設雙軸水泥土攪拌樁進行止水，坑底加固采用水泥土攪拌樁。負二層采用豎向兩道支撐、水平面四道支撐的支護形式，一道支撐上設棧橋。具體為：一道支撐設置在負一層基礎底板上（底板上設牛腿），二道支撐設置在地下二層。負一、二層交界處采用鉆孔灌樁結合地下一層底板拉錨進行支護，坑外設雙頭水土攪拌樁進行止水。該支護系統可簡化為簡支（外伸）梁或超靜定（外伸）梁，擋土效果好，土體變形可得到有效限制。

3.支護效果及質量檢驗

主要包括在基坑開挖前后和支護施工過程中，對基坑邊坡的水平位移和豎向沉降的監測，以及對土釘及預應力錨索受力性能的測試。（1）位移監測運用坐標法對基坑周邊位移及護坡樁樁頂位移進行了監測，沿立柱頂共布設24個沉降觀測點，基坑底沿20m間隔均布設置豎向位移監測點。監測周期為：在基坑開挖期間，每天監測一次；開挖結束后以7d為增量加大監測時間間隔，具體要結合邊坡變形情況而定。根據監測數據匯總分析，坡頂水平位移最大值為12.1mm，樁頂水平位移最大值為4.3mm，地面及基底豎向位移均在10mm以內，基坑整體變形量微小。（2）預應力樁錨抗拔試驗按照規范進行預應力錨索的抗拔試驗，以檢驗其受力狀態及施工質量。預應力樁錨共試驗4根。試驗結果表明，土釘及預應力錨索極限抗拔力均高于其設計拉力，在試驗過程中均未發生失穩現象，說明其力學性能發揮正常，支護效果良好。

四、結語

通過以上分析可知，高層建筑基坑支護方案應根據基坑的地質條件、周邊建筑影響程度、地下水情況等綜合確定，基坑支撐結構設計原則應根據破壞影響后果和變形要求確定，基坑支撐結構變形必須與主體結構的變形相協調。

作者:王春彩 任永明 單位:開封大學 黃河水利職業技術學院