某图书馆基坑支护优化设计
龚模松，刘叔灼，莫海鸿，陆兢
1、工程概况
某图书馆是深圳宝安区文化核心建筑之一，位处宝安中心区的中央绿轴上，东临海滨广场二期，西靠宝兴路，北以海秀路为界，南面向海滨开放。图书馆占地约31854㎡。
图书馆主要功能为图书阅览、展览和办公。地下层两层，层高分别为4.2 m及6.0 m，地上4层，层高分别为5.3 m、7.0 m、5. 7 m及5.6m，建筑总高度为23.6 m，建筑面积约48000 ㎡。
本工程基坑的开挖深度约为9.0 m。基坑顶面(管桩边)支护周长约为563 m，面积约为16090 ㎡。
本工程基坑支护结构的安全等级为二级。
2、周边环境
1)基坑东边为海滨广场二期，距路边43.1 m，西距宝兴路边30.5 m，北距海秀路边16.2 m，南距海天路12.6 ~17.7 m；各市政道路下均有市政管线。
2)基坑场地目前为空地，较开阔、平坦。
3)据勘测，场地内无地下管线分布，周边有。
3、地质及水文条件
自上而下的场地地质情况分别如下。
1)素填土:层顶标高3.35~4.00 m。
2)淤泥:层顶标高-2.32~3.24 m，厚度1.20~8.10 m，平均5.70 m。
3)粉质粘土:层顶标高-6.28 ~ -3.52 m，厚度1.80~7.20 m，平均4.26 m。
4)砾砂:层顶标高–12.10 ~ - 6.57 m，厚度3.60 ~10.40 m，平均7.07 m。
5)砂质粘性土:层顶标高-17.74 ~ -12.18 m，层顶埋深16.30 ~25.50 m，平均20.64 m；厚0.60 ~7.00 m，平均2.10 m。
6)全风化花岗岩:层顶标高–23.40 ~ - 14.82m，厚度0.50 ~5.70 m，平均1.94 m。
7)强风化花岗岩:层顶标高–25.90 ~- 16.67m，厚度0.50 ~31.50 m，平均3.87 m。
场区上部土层主要为淤泥、粉质粘土及砾砂，淤泥、粉质粘土富水性及透水性差，砾砂富水性及透水性较好。场区上部地下水主要为潜水，水位及水量受季节影响较大，主要靠大气降水和地表水补给；本场地地下水主要为中部承压水，埋藏于砾砂层中，补给来源主要为侧向补，水位观测井测得砾砂层中的承压水稳定水位面绝对标高为1.3 m。故止水挡淤泥采用三重管旋喷单排桩止水帷幕，该桩端穿过砾砂层进人不透水层即残积土层2.0 m。
4、基坑支护方案比较
1)钻(冲)灌注桩＋预应力锚索
钻(冲)灌注混凝土桩直径Φ1000，桩中心间距1200，一桩一锚即锚索水平间距1.2 m。
2)预应力预制管桩＋预应力锚索
预应力预制混凝土管桩直径Φ600，桩型为PHC- C600 ( 130)，桩中心间距800，两桩一锚即锚索水平间距1.6 m。
PHC- C600 ( 130）极限弯矩值不应低于615kN ·m，PHC- AB600 ( 130)，要求极限弯矩值不应低于374 kN ·m。要求每根管桩即为一节管桩，不超过15 m长，尽量不焊接桩。
选择C型桩是因为C型支护桩的抗弯能力远比同规格的B型桩、AB型桩强。
5、支护管桩优化设计
第一方案:竖向采用坑内直立不放坡方案，基坑计算深度取全高(图1)。
第二方案:竖向采用坑内放陡坡1∶1，基坑计算深度取至坑内斜坡深度的2/3处(图2)。
第三方案:竖向采用坑内放缓坡1∶2.5，基坑计算深度取至坑内斜坡深度的1/2处(图3)。
三种方案的比较见表2。
第一方案若锚索改为两排，则基坑最大弯矩设计值将超过支护管桩的极限抗弯能力，选三排锚索则基坑最大弯矩设计值将小于支护管桩的极限抗弯能力。
根据本工程地下室的特点，即负一层面积大过负二层面积，第三种基坑设计方案是最优方案，成为最佳选择方案。
基坑施工完工后现场照片如图4所示。
6、基坑监测（第55周基坑累计监测结果)
1) 基坑最大水平位移为4.86 mm。
2)基坑最大竖向位移为15.11 mm。
3)基坑管桩最大测斜为4.51 mm。
4)基坑最大水位变化为-2.25 m。
5)基坑最大裂缝为1.17 mm。
7、基坑主要剖面
基坑主要剖面见图5。
8、结语
本基坑支护设计先是经过与钻(冲)灌注桩支护结构进行比较，选择预应力混凝土预制管桩进行支护，而后经过对基坑内不放坡、放陡坡、放缓坡三种方案进行计算分析和各项指标的比较后，并结合本工程地下室的特点，最后选择了坑内放缓坡的预应力预制管桩加预应力锚索的最佳支护方案，既大大节省了支护工程造价又缩短了施工工期，取得了很好的支护效果。