深基坑支護設(shè)計與施工分析

摘 要：加筋水泥土墻復合土釘支護是剛剛在武漢地區(qū)出現(xiàn)的一種基坑支護結(jié)構(gòu)，其加筋水泥土性狀及插筋工藝均沒有成熟的經(jīng)驗，通過武漢市福星城市花園深基坑工程的基坑設(shè)計與施工實例，介紹這一支護形式的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：支護設(shè)計；加筋水泥土；復合土釘支護；振動插筋；降水設(shè)計；疏干降水

中圖分類號：TU文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）10-0387-02

1 工程概況

福星城市花園深基坑工程位于湖北省武漢市漢口新華路、江漢北村、江漢北路交匯處，建筑物總平面布置由17層、21層、27層的建筑群連體環(huán)繞組成，環(huán)圈內(nèi)均是兩層地下室。地下室建筑面積3.67萬平方米。基坑呈不規(guī)則三角形，基坑總開挖面積約22541m2，支護周長599m，基坑平面圖見后面基坑分段支護平面布置圖。

2基坑周邊環(huán)境條件

該基坑地處武漢市繁華市區(qū)，交通位置重要且周邊老建筑物多，建筑物對因基坑開挖和降水所引起的變形非常敏感?；又苓叺某d及管線情況為：西側(cè)新華路為重要的交通要道，車流量大，道路兩側(cè)重要管網(wǎng)較多，距離基坑邊線僅12 m左右，基坑東側(cè)和南側(cè)約20 m處有多幢6~8層住宅樓（系采用天然地基），均為80年代初期建成。其地面超載大，房屋對變形敏感。基坑東側(cè)局部坑段距江漢北路建筑物圍墻最短距離為6 m，距8層住宅樓邊線也僅6 m。基坑北側(cè)局部坑段距3層售樓部7~12 m。其余地段30m內(nèi)均無重要建構(gòu)筑物?；又苓厛龅卣w上較為寬松，有一定的放坡缷載空間，有利于基坑穩(wěn)定。

3 場地巖土工程條件

3.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報告，場地內(nèi)上覆土層具有明顯的二元結(jié)構(gòu)沉積規(guī)律。上部為細粒組成的粘性土，下部為粗粒組成的粉細砂層、含有園礫的中細砂和卵石層。底部為志留系的粘土巖和砂巖。與本次基坑支護設(shè)計有關(guān)的地層及其物理力學性質(zhì)指標表資料見后表2。

3.2 地區(qū)水文地質(zhì)條件

（1）潛水。

主要賦存于人工填土與第四系全新統(tǒng)河流相沖積（Qal）粘土和粉質(zhì)粘土層的孔隙之中，其主要補給來源主要為大氣降水和生產(chǎn)生活用水的滲入，水位絕對標高19.81~21.30m。潛水層的混合滲透系數(shù)按0.20m/d考慮，基坑開挖后，該層地下水易對坑壁產(chǎn)生侵蝕和滲透破壞，需采取有效的封堵或疏排措施。

（2）承壓水。

主要賦存于第四系河流相沖積（Qal4）粉土、粉砂層、粉細砂、含礫中細砂層及卵石層，以粘土層和粉質(zhì)粘土層為相對隔水頂板，基巖為其隔水底板，承壓水頭高低與長江水位關(guān)系密切，勘察期間承壓水位標高為16.5 m，埋深約4.8 m，根據(jù)抽水試驗結(jié)果，粉土、粉砂、粉細砂層的綜合滲透系數(shù)建議值為k=18 m/d，基坑開挖時，其坑底高承壓水頭會導致基坑突涌并嚴重影響基坑安全，必須對場區(qū)地下承壓水進行疏干治理。

4 基坑支護設(shè)計簡介

4.1 設(shè)計參數(shù)的選取

（1）復合噴錨中插筋攪拌樁樁身強度取fcu，28=1.0MPa，qu=1/2fcu，28=500kPa，qj= qu/3=166kPa，qL=0.15qu=75kPa，按加固土計算時，考慮插筋作用，取C=fcu，28/6=166kPa，加固土的φ值取原狀土的值，即φ=15°。

（2）超載取值。

場地內(nèi)地面施工超載取20kPa，材料堆場超載取30kPa，場外及場內(nèi)道路超載取30kPa，住宅樓荷載取15~18kPa，其中8層住宅樓地面超載取130kPa。CD段一側(cè)8層住宅樓距坑邊較近（最近處為6m），設(shè)計采取錨桿靜壓樁局部托換，托換范圍內(nèi)地面超載取20kpa，托換范圍取1/2房屋開間寬度。

4.2計算模式的選取

（1）土壓力采用朗金土壓力，水土合算，γ0=1.1。

（2）樁錨支護計算時，樁的入土深度按自由端等值梁法確定，樁身內(nèi)力按桿件有限元計算。

（3）復合噴錨支護計算時，插筋攪拌樁的作用考慮以下幾方面：

①抗?jié)B，形成封閉的隔水系統(tǒng)；

②抗坑底隆起；

③形成自立高度，保證開挖期間不發(fā)生彎折、剪切破壞；

④提高整體穩(wěn)定性，采用條分法計算時，將其作為加固土參與計算，即當條分法條分到攪拌樁時，土層C值取加固土的C值，Φ值取原狀土的Φ值。

（4）土釘計算時僅考慮其拉力，忽略其剪力和彎矩。土釘長度則由滿足局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定條件共同確定。其中內(nèi)部穩(wěn)定驗算時采用土壓力法，并結(jié)合經(jīng)驗修正，進行整體穩(wěn)定驗算時采用園弧滑動法。

4.3 設(shè)計計算

（1）樁錨支護計算。

樁錨支護計算計算簡圖

基坑分為11段分別進行支部設(shè)計，各段平面布置見下圖。

（2）復合噴錨支護計算。

① 復合噴錨支護計算示意圖如下：

②復合噴錨整體穩(wěn)定驗算。

經(jīng)《天漢》軟件計算，水泥土帷幕由2排Φ500水泥攪拌樁組成，排內(nèi)樁間距350，排間距400，帷幕寬按800考慮，開挖一側(cè)攪拌樁每1.05m插入1根12m長的14號工字鋼。

③ 復合噴錨水平抗滑移驗算：按重力式擋墻模式Kh(huán)=f+vEa= 計算。

④復合噴錨坑底抗隆起驗算：按Ks=MvMs計算，插筋水泥土帷幕墻的極限彎矩Mh(huán)較小，可忽略不計。



5 基坑降水設(shè)計概述

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，基坑開挖深度7.4~8.5m（局部挖深達11.2m）范圍內(nèi)，坑底部分地段已揭露粉砂層，基坑降水采用疏干降水，設(shè)計目標動水位降至坑底1 m，對電梯井挖深達11.2m處通過加密布井和加大單井出水量控制其水位。在基坑內(nèi)設(shè)置8眼觀測井，枯水期承壓水埋深取地表下4.80m，豐水期承壓水水位埋深取地表下3.0m。根據(jù)湖北省深基坑技術(shù)規(guī)定中6.4.3.1式，即：Q=2πk0sR0 計算基坑涌水量：

計算得Q設(shè)計=1.3Q=18121m3/d。單井出水量取1200 m3/d，則n=16（口井），由于基坑面積大，抽水延續(xù)時間長，且局部梯井數(shù)量多，挖深大，坑內(nèi)設(shè)置3口備用井，降水井設(shè)計總數(shù)取19口井，根據(jù)坑底過渡層出露情況和基坑不同挖深范圍合理布井，經(jīng)計算機模擬計算，其降深及地面沉降均滿足基坑不同部位挖深及周邊房屋保護的要求。

6 現(xiàn)場綜合試驗測試及其結(jié)果分析

6.1 基坑測試工作的布置

由于本基坑在武漢市首次采用加筋水泥土墻復合土釘支護技術(shù)，為準確掌握攪拌樁樁身及土釘?shù)氖芰μ攸c，基坑施工采用信息法施工，沿基坑周邊布置了若干監(jiān)測點，包括：50個沉降觀測點、50個水平位移觀測點、16個測斜孔、7個應(yīng)力監(jiān)測計、8個地下水水位觀測孔，并專門對A1-A1、A2-A2兩斷面進行了綜合測試，兩斷面位于基坑東南角，相距約3m。

6.2 基坑支護測試結(jié)果及其反分析

（1）水平位移。

基坑開挖前測試水平位移的初始值，然后按施工土方開挖進度進行連續(xù)監(jiān)測。

（2） 土釘拉力。

由試驗土釘（3#、4#、1#、2#）的實測結(jié)果可以得到：①由于土釘施工滯后（3#、4#、1#、2#），各層土釘實測受力普遍較小，說明加筋水泥土樁在土方開挖過程中對基坑坑壁穩(wěn)定起著重要作用，整個支護系統(tǒng)的支護潛力還比較大。②隨著開挖深度的增加，各層土釘應(yīng)力均呈增長趨勢，且各層土釘受力大小不同。③在施工過程中，隨著基坑深度的增加及變形的發(fā)展，土釘?shù)淖畲筝S力點的位置也在不斷發(fā)生變化。

（3） 水泥土攪拌樁受力監(jiān)測及分析。

根據(jù)實測結(jié)果可以得到：①水泥土樁的受力以墻后受拉為主，應(yīng)力大小隨深度變化，表現(xiàn)出中間大兩頭小的特征，最大拉應(yīng)力均產(chǎn)生在基坑開挖面附近。②應(yīng)力隨開挖進程逐漸增大，基坑變形穩(wěn)定后約有下降。③水泥土樁外側(cè)的應(yīng)力在開挖初期全部為拉應(yīng)力，設(shè)置土釘后，上部的拉應(yīng)力逐漸減小并轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力，下部的拉應(yīng)力則仍在緩慢增長。④內(nèi)側(cè)應(yīng)力表現(xiàn)為拉應(yīng)力，應(yīng)力值較外側(cè)小，遂開挖逐漸增大。

7 基坑變形監(jiān)測結(jié)果

該基坑監(jiān)測工作由機械部第三勘察研究院于2002年5月初開始進行，于同年12月2日結(jié)束監(jiān)測工作。在其提交的《武漢市福星城市花園基坑監(jiān)測技術(shù)總結(jié)》中指出：“支護結(jié)構(gòu)位移值大部分在17mm以內(nèi)（與計算結(jié)果20mm比較符合），錨桿應(yīng)力在150Mpa以內(nèi)，環(huán)境的沉降量最大為10mm，地下室完工后各種觀測結(jié)果變化較小。

8 結(jié)語

（1）通過基坑變形監(jiān)測結(jié)果及對周邊環(huán)境情況的調(diào)查表明，整個施工過程中基坑始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，基坑周邊未發(fā)生任何不良環(huán)境地質(zhì)問題。至此，武漢市福星城市花園采用加筋水泥土墻復合噴錨支護新技術(shù)進行設(shè)計和施工取得了圓滿成功，該工程的成功，表明振動插筋工藝適合武漢地層的特點，具有一定的推廣價值。

（2） 在坑底軟弱土層中，復合土釘支護結(jié)構(gòu)的主要破壞形式為坑底水泥土樁被剪斷破壞而產(chǎn)生整體失穩(wěn)，因此必須通過增大超前支護的剛度來提高復合土釘?shù)姆€(wěn)定性。

（3）建議在今后的設(shè)計中加大插筋水泥土樁的樁身水泥參量，同時增加攪拌次數(shù)，降低鉆具的提升速度，使攪拌樁樁體水泥分布更均勻，提高型鋼的可插性并進而提高加筋水泥土的強度。

（4）加筋水泥土復合土釘支護作為一種新型組合支護形式，彌補了一般土釘支護抗彎折性能不足的問題；同時，由于插入型材的多樣性及靈活性，可在攪拌樁中插入預制樁或規(guī)格更大的型鋼，從而適應(yīng)軟弱土層較厚、基坑較深的基坑，因此，在與土釘、錨桿回收技術(shù)相結(jié)合的工藝下配合使用，其應(yīng)用前景將更加廣闊。

參考文獻

［1］JGJ120-99建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［2］劉建航，侯學淵.基坑工程手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.