珠海机场改扩建工程深基坑支护设计优化

林师慧 韩庆 敖翔 桓忠雄 张乐乐

【摘要】本文以珠海机场改扩建深基坑工程为例，对工程周边实际条件及原基坑支护AC区、N区设计方案进行分析，提出新的基坑支护优化方案，通过相关验算从理论上证明优化后基坑支护完全满足要求。最后将基坑支护优化前后进行对比分析，总结出优化后取得的相关效益。

【关键词】深基坑支护;设计优化;设计验算;

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.08.057

引言：

基坑支护形式有悬臂式、水泥土重力式、内撑式、锚拉式围护结构及土钉墙等。目前，最常用的基坑形式为内撑式、锚拉式围护结构。内撑式围护结构适用于各种地质条件及各种开挖深度的基坑工程，但存在施工周期长等缺点。锚拉式围护结构便于基坑土方开挖和地下室施工，但锚拉式围护结构拉锚受地层条件和地下空间的限制。本文依托工程实例对原基坑支护形式进行优化，并对优化前后的基坑支护形式进行了工期及经济分析，总结出优化后取得的相关效益。

1、工程概况

珠海机场改扩建工程T2航站楼工程位于广东省珠海市金湾区，总建筑面积18.7万m，由东西南三指廊及主楼四部分组成，分为地下2层地上4层。该工程基坑安全等级为一级，重要系数为1.10，基坑占地面积约10.3万m，周长约2200m，深度约6.00～19.10m，其中AC区、N区支护形式采用灌注桩+大直径搅拌桩止水+钢筋砼内支撑+上部放坡，基坑设计总平面如下：

2、工程地質与水文地质条件

拟建场地属滨海平原地貌，地面标高5.98～7.50m，土层分布为①1素填土、①2杂填土、①3块石素填土、②1粉细砂、②2淤泥质黏土、②3粉质黏土、②4细砂、②5中粗砂、③1粉质黏土、③2砾砂、③3中粗砂、③4淤泥质黏土、④砾质黏性土、⑤全风化花岗岩、⑥强风化花岗岩、⑦中风化花岗岩、⑧微风化花岗岩。

场地地下水主要赋存在填土层、粉细砂②1层、细砂②4层、中粗砂②5层、③2砾砂层、③3中粗砂层和花岗岩风化带风化裂隙中以及基岩节理裂隙中。

3、原设计方案及优化分析

AC区原基坑支护设计为灌注桩+大直径搅拌桩止水+2道钢筋砼内支撑及6根钢格构柱支撑+上部放坡，N区为灌注桩+大直径搅拌桩止水+1道钢筋砼内支撑及4根钢格构柱支撑+上部放坡，具体见图2。

AC区、N区基坑支护设计参数为：

①灌注桩φ1.2m间距1.4m（桩间挂网φ8@200×200喷射C20细石砼厚度80），嵌固深度进入基底以下不小于11.0m且累计入可塑性粉质粘土层不小于9.0m，砼强度等级C30（水下）。

②大直径搅拌桩φ0.8m间距0.6m，桩长暂定15.0m且穿过淤泥及砂层进入不透水层不小于1.0m。

③钢筋砼内支撑，尺寸分别为主撑（SC1）0.8m×0.8m，联系撑（SC2）0.6m×0.6m，砼强度等级C30。

④冠梁、腰梁尺寸为1.2m×0.8m，砼强度等级C30。

⑤钢格构柱支撑，尺寸0.65m×0.65m，采用L160×16角钢焊接组装而成，锚入灌注桩内3m，其中灌注桩φ1.2m，嵌入基坑底不少于20m且入强风化岩不少于2.0m，砼强度等级C30（水下）。

⑥放坡开挖（表面挂网φ8@200×200喷射C20细石砼厚度80），开挖高度2.5m，放坡比例1：1.80。

根据工程实际施工情况，钢筋砼内支撑及钢格构柱施工、拆除等涉及到多道工序，施工周期漫长，易对工期造成很大影响。通过对周边环境进行分析AC区北面为机场客运大巴停车场，西面为在建国际楼，N区南面为T1航站楼飞行区，西面为在建国际楼。结合地勘资料及建设单位提供的周边管线布置图，AC区、N区南北面及西面自地面2m以下无任何管线布置。在充分考虑AC区底层内支撑两侧压力不平衡对基坑稳定性的影响后，认为此区域可取消一道钢筋砼内支撑，采用2道预应力锚索代替。

4、优化后设计方案

结合工程实际情况对西指廊AC区、N区基坑支护方案进行优化，AC区优化为灌注桩+三轴搅拌桩止水+1道钢筋砼内支撑+2道预应力锚索+上部放坡;N区优化为灌注桩+三轴搅拌桩止水+2道预应力锚索+上部放坡，具体见图3。

AC区、N区基坑支护优化后，原方案中 ①④⑥项设计内容维持不变，仅对②③⑤项设计内容做了如下改进：

②三轴搅拌桩φ0.85m间距0.6m，桩长暂定20.0m且穿过淤泥及砂层进入不透水层不小于1.0m。

③保留第二道钢筋砼内支撑，尺寸为主撑（SC1）0.8m×0.8m，砼强度等级C30。

⑤取消了第一道钢筋砼内支撑和格构柱，新增预应力锚索。第一道锚索（YM1）4*7φ5，L=32m间距1.5m且入可塑粉质粘土层或粉细砂层不少于12.0m，自由段L=9mφ500锁定值YF=400kN，轴向设计抗拔力650kN。第二道锚索（YM2）4*7φ5，L=26m间距1.4m.且入可塑粉质粘土层或粉细砂层不少于12.0m，自由段L=7mφ500锁定值YF=370kN，轴向设计抗拔力640kN。

5、设计验算

本次设计验算主要根据地质勘察报告内土层、水文等相关信息，结合理正深基坑支护计算软件辅助运算，主要验算深基坑支护整体稳定性、抗倾覆稳定性、嵌固段基坑内侧土反力。

5.1整体稳定性验算

根据规范采用圆弧滑动条分法进行锚拉式支挡结构的整体稳定性验算：

式中M—被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩;M—主动土压力对桩底的倾覆弯矩;Kov—抗倾覆稳定性安全系数，取Kov≥1.25。

综合设计数据求出各工况抗倾覆（对支护底取矩）稳定性安全系数，其计算结果如下表所示。

由表可知，安全系数最小工况为工况5，最小安全Kov=1.511>1.250，满足规范抗倾覆要求，故所有工况均满足稳定性要求。

（2） 抗倾覆（踢脚破坏）稳定性验算：

分别根据《建筑地基基础设计规范》[2]和《建筑基坑支护技术规程》[3]对多支点和单支点的最下道支撑或锚拉点进行抗倾覆稳定性验算，计算公式如下：

综合设计数据求出各工况抗倾覆（踢脚破坏）稳定性安全系数，见表2。表中安全系数最小工况为工况7，最小安全Kt = 1.351>1.250，满足规范抗倾覆要求。

5.3嵌固段基坑内侧土反力验算

根据规范要求，作用在挡土构件上的分布土反力按以下公式计算：

式中，P—分布土反力;K—土的水平反力系數;v—挡土构件在分布土反力计算点的水平位移值;P—初始土反力强度。综合相关计算得出各工况P、E见图4。图中所有工况下;挡土构件嵌固段上的基坑内侧分布土反力P均不大于被动土压力合力E，土反力满足要求。

6、效益分析

6.1工期效益

优化前，钢筋砼内支撑涉及到内支撑施工及养护、旋挖灌注桩施工、钢格构柱加工安装、换撑板施工及养护、拆撑等多道工序，其中第一道内支撑施工用时约15天，10根旋挖灌注桩及钢格构柱施工用时约10天，内支撑养护28天，砼换撑板施工用时约3天，砼换撑板养护28天，内支撑拆除施工用时约20天。

优化后，预应力锚索涉及到锚索施工、腰梁施工及养护、锚索张拉锁定，其中锚索及腰梁施工用时约20天，第一道冠梁及预应力锚索达到标准期龄28天，第二道腰梁及预应力锚索达到标准期龄28天，锚索张拉封锚施工用时约4天。

综上分析采用钢筋砼内支撑施工总用时约104天，采用预应力锚索施工总用时约80天。由此可见，优化前后缩短工期约24天。

6.2经济效益

优化前，钢筋砼内支撑涉及到现浇砼支撑梁、现浇砼冠梁、现浇砼腰梁、钻孔成孔灌注桩、钢格构柱加工安装、钢筋砼内支撑梁板拆除等工作。在仅考虑人材机的情况下，采用钢筋砼内支撑工程成本约161万元。

优化后，预应力锚索涉及到预应力锚索成孔灌浆、现浇砼冠梁、现浇砼腰梁、钢绞线预应力锚索加工安装等工作。在仅考虑人材机的情况下，采用预应力锚索工程成本约107万元。

综上分析采用预应力锚索替换钢筋砼内支撑可节约工程成本约54万元。

结语：

本文针对珠海机场改扩建项目中出现的深基坑支护工序复杂、耗时多、费用高等问题进行了优化，优化后深基坑支护形式在项目中顺利实施完成，直至地下室肥槽回填至正负零标高，基坑一直处于安全稳定状态。此次优化在原有基坑安全等级不变的情况下，减少了工程成本，加快了施工进度，取得了良好的经济效益，缩短了工期。

参考文献：

[1] 龚晓南主编，高有潮副主编.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2018.

[2] GB50007-2011建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

基金项目：

中国建筑第二工程局有限公司科技资助计划（24296D 20 0012）