樁錨支護(hù)設(shè)計(jì)中一個(gè)常見問題的解決對策

陳 敏

(中南林業(yè)科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院,長沙410004)

近20年來,我國城市發(fā)展加速,人們需要越來越多的高層、超高層建筑,以及開發(fā)利用地下空間來緩解土地資源緊缺的矛盾.城市內(nèi)建筑物密集,地下管線眾多,同時(shí)新建結(jié)構(gòu)往往靠近主要干道,基坑支護(hù)的重要性不言而喻.樁錨支護(hù)在限制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移,從而保證周圍建(構(gòu))造物的安全和正常使用方面具有明顯的優(yōu)越性,因而常常被選作深基坑的支護(hù)方案.

樁錨支護(hù)是由懸臂樁和抗拔錨桿(索)共同工作來確?；雍椭車?構(gòu))造物的安全.但錨桿(索)的抗拔力通常取決于基坑周圍土或巖層的抗剪強(qiáng)度.在深基坑工程中,常常會(huì)碰到這樣一種情形,基坑深度和周邊環(huán)境最好采用樁錨支護(hù)方案,但基坑周圍有較厚的回填土,使得錨桿(索)無法提供足夠的抗拔力.本文結(jié)合一個(gè)工程實(shí)例,就如何解決此類問題提出了應(yīng)對措施,具備一定的參考價(jià)值.

1 工程及水文地質(zhì)概況

長沙市某工程,地上3層,地下 4層,西側(cè)臨近城市主要干道,原為7～8 m的土質(zhì)邊坡,南面、東面和北面均有6層或7層的居民樓,離基坑邊緣最近距離分別為8.65 m、5.5 m和10.0 m,具體平面布置如圖1所示.相對于南面、東面和北面,基坑開挖深度為15 m,西面開挖深度約為4～5 m.基坑范圍內(nèi)各土層物理力學(xué)性質(zhì)見表1,但基坑周邊各土層厚度并不一致.南側(cè)和東側(cè)素填土厚度為1.5 m～2.8 m,而北面素填土厚度卻達(dá)到8.5 m.地下水位主要存在于卵石層,含水量隨季節(jié)性變化較大.根據(jù)工期安排,地下水位以下基坑開挖及基礎(chǔ)施工時(shí),已進(jìn)入秋冬季節(jié),故不必考慮止水措施.

圖1 基坑平面布置圖

表1 各層土的物理性質(zhì)參數(shù)

粉質(zhì)粘土② 19.0 25 12 42卵石③ 19.8 / 30 280殘積粉質(zhì)粘土④ 19.5 45 15 65強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑤ / / / 360

2 支護(hù)方案

基坑西側(cè)開挖深度為4～5m,但坑邊離馬路達(dá)16.5m,且土質(zhì)較好,采用放坡開挖.其余三面均有多層住宅樓,且開挖深度最深達(dá)15m,安全等級為一級,因而對基坑變形有嚴(yán)格要求.東側(cè)和南側(cè)分別有2棟7層和1棟6層的住宅樓,均為條形基礎(chǔ),埋深2m,回填土較淺,采用樁錨支護(hù)較為合理.通過商業(yè)軟件的計(jì)算分析,基坑?xùn)|側(cè)和西側(cè)選用直徑1 m,間距2.2m,嵌固深度7.6m的單排樁;同時(shí)加5排錨桿,首排錨桿加在開挖深度為3m的位置,水平間距2.2m,豎向間距分別為2m和2.2m;基坑側(cè)壁的水平位移,整體穩(wěn)定性,抗傾覆穩(wěn)定性和抗隆起驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求[1,2].此種情形的樁錨支護(hù)設(shè)計(jì)和施工已比較成熟,此不多述.

基坑北側(cè)素填土達(dá)8.5m,其下分別為3m的粉質(zhì)粘土,5.1m的卵石層,4m的殘跡粉質(zhì)粘土,然后是強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖.通常要對素填土進(jìn)行地基處理后,再布置錨桿.地基處理的方法有高壓噴射注漿和水泥土攪拌法[3],但成本較高.注意到北面7層的住宅樓采用的是機(jī)動(dòng)洛陽鏟灌注樁基礎(chǔ),持力層為卵石層,則地面超載大為減小.于是支護(hù)方案做如下調(diào)整:排樁采用樁徑1.2m,間距2.2m的人工挖孔灌注樁,冠梁截面為1300×700;加4排錨索,首排錨索距基坑頂部距離為6m,水平和豎向間距同為2.2m;同時(shí)嚴(yán)禁在基坑回填之前該側(cè)基坑頂部堆載超過5kN/m.通過商業(yè)軟件計(jì)算分析,基坑頂部的最大水平位移為29.97mm,整體穩(wěn)定安排系數(shù)為1.579,抗傾覆安全系數(shù)為1.414,抗隆起驗(yàn)算安全系數(shù)為3.393,均滿足規(guī)范要求[1,2].為防止意外發(fā)生,有必要對北側(cè)住宅樓洛陽鏟灌注樁進(jìn)行保護(hù),于是在靠近住宅樓1.5～2m處布置兩排花管,并靜壓注漿,見圖1.花管直徑 50mm,間距450×450mm,開孔成梅花形布置,每米不少于8個(gè),注漿壓力為0.3～0.5MPa,鋼管底部進(jìn)入粉質(zhì)粘土層500mm.北側(cè)護(hù)壁段剖面如圖2所示.首排錨索長度達(dá)25.5m,其中錨固段長為15.5m,應(yīng)確保按設(shè)計(jì)施工,如施工確有難度,則由設(shè)計(jì)方作出適當(dāng)調(diào)整.

3 變形監(jiān)測

一級邊坡工程應(yīng)采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)法,同時(shí)采用信息施工法施工,因此對基坑工程進(jìn)行監(jiān)測尤為重要.安全等級為一級的基坑應(yīng)委托有資質(zhì)的監(jiān)測單位進(jìn)行監(jiān)測.規(guī)范[1,2]對監(jiān)測的項(xiàng)目、測點(diǎn)的布置和監(jiān)測的要求做了明確的規(guī)定,限于篇幅,只列出基坑北側(cè)的位移監(jiān)測情況,以驗(yàn)證北側(cè)樁錨支護(hù)設(shè)計(jì)是否合理.圖3為基坑北側(cè)現(xiàn)有住宅和基坑頂部沉降和位移監(jiān)測點(diǎn)布置圖.監(jiān)測表明,沉降監(jiān)測點(diǎn)6～9處,沉降僅為2～3mm,這是因?yàn)樵撟≌瑯遣捎昧寺尻栫P樁基礎(chǔ),并且在其外側(cè)布置了2排注漿花管,對樁基礎(chǔ)進(jìn)行了保護(hù).監(jiān)測點(diǎn)1～5處沉降稍大,為6～8 mm,因?yàn)樵撎帪樘钔羺^(qū),且在基坑邊緣.監(jiān)測點(diǎn)12、13處的水平位移較大,分別為14mm和15mm,僅為計(jì)算值的50%.并且基坑開挖完成后,位移基本趨于穩(wěn)定.其原因可以歸咎為以下三方面:第一,計(jì)算程序采用平面假定是偏于安全的;另外兩排注漿花管也起到了一定的作用;第三,地面超載并沒有達(dá)到設(shè)計(jì)值5 k N/m2.

4 結(jié)論與建議

基坑周圍存在較厚的素填土,且必須采用樁錨支護(hù)時(shí),通常要對地基進(jìn)行處理,以便為錨桿(索)提供足夠的錨固力.這樣將大大提高基建成本.論文結(jié)合一個(gè)工程實(shí)例,提出了合理經(jīng)濟(jì)的解決方案,并得到了滿意的結(jié)果,現(xiàn)將有關(guān)結(jié)論和建議總結(jié)歸納如下:

(1)盡管基坑北側(cè)的住宅樓通過洛陽鏟灌注樁將荷載直接傳到了卵石層,對于地面超載仍需嚴(yán)格控制,施工超載不得超過設(shè)計(jì)值.

(2)注漿花管對保護(hù)洛陽鏟樁基礎(chǔ)和限制基坑水平位移方面具有一定的作用,但難以進(jìn)行定量分析.設(shè)計(jì)時(shí)可以把它作為一個(gè)安全儲(chǔ)備.

(3)基坑工程不確定性因素較多,因此在施工過程中務(wù)必對基坑及其周圍建(構(gòu))造物的位移和沉降進(jìn)行監(jiān)測,為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供依據(jù),同時(shí)施工方應(yīng)制定好應(yīng)急預(yù)案.

(4)通?；庸こ坛霈F(xiàn)險(xiǎn)情主要是由于地下水沒有得到有效控制,建議合理安排工期,使基坑下部和基礎(chǔ)施工時(shí)避開雨季,從而節(jié)省投資.

(5)錨孔孔徑通常為130 mm,當(dāng)需2根錨桿,且直徑較大時(shí),施工將有困難,建議改用錨索.

[1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范(GB50330-2002)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[2]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(JGJ120-99)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.

[3]龔曉南.地基處理手冊(第三版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.