復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑支護(hù)技術(shù)與監(jiān)測(cè)分析

黃訓(xùn)平

1 工程概況

某基坑四周均為道路或建筑物場(chǎng)地呈狹長(zhǎng)形,長(zhǎng)邊約120 m,短邊約30 m～40 m,場(chǎng)地面積約4 200 m2。場(chǎng)地位于低丘臺(tái)邊緣,西高東低,北高南低,東西向相對(duì)高差2.5 m～5.3 m,南北向相對(duì)高差3.8 m～4.8 m,最大相對(duì)高差6.8 m,基坑開挖深度為9 m～14.0 m。

2 地質(zhì)條件

經(jīng)過地質(zhì)鉆探揭露,地層情況由上而下依次為:①人工填土:雜填土為主,厚度0.90 m～6.15 m。②粉質(zhì)黏土:分布于場(chǎng)地東南部,厚度0.6 m～3.5 m,軟塑～硬塑。③黏土:硬可塑～可塑,厚度0.3 m～8.25 m,西邊淺,東邊深。④泥質(zhì)粉砂巖:少數(shù)鉆孔夾有中細(xì)砂和含礫粉砂巖。根據(jù)巖石的風(fēng)化程度可將其分為①?gòu)?qiáng)風(fēng)化巖和②微風(fēng)化巖。

3 基坑特點(diǎn)及支護(hù)方案的選擇與施工

本工程地處鬧市區(qū),場(chǎng)地狹窄,場(chǎng)地地質(zhì)情況復(fù)雜,基巖埋深起伏變化大。因此,基坑支護(hù)一方面要絕對(duì)排除地下室土方和結(jié)構(gòu)施工中對(duì)周圍道路、房屋及地下管線等設(shè)施產(chǎn)生的危害,保證深基坑和周圍建筑物的安全。另一方面要根據(jù)工程施工場(chǎng)地的地質(zhì)條件、現(xiàn)場(chǎng)條件及周邊環(huán)境,從基坑支護(hù)工程的安全可靠性、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性及施工工藝出發(fā),選擇造價(jià)低、工期短、施工工藝先進(jìn)成熟的支護(hù)方案[1]。因此,根據(jù)多年的施工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件,將整個(gè)基坑分為4部分,采用了4種不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式,支護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置如圖1所示。

3.1 AB區(qū)支護(hù)方案

AB區(qū)位于場(chǎng)地南邊,建筑外墻邊緊鄰建筑紅線,此區(qū)巖面埋深-10.0 m左右,采用人工挖孔樁擋土支護(hù)。由于受到建筑紅線及建筑物外墻的影響,將地下室底板以上部分的擋土樁做成半邊樁,在樁頂設(shè)置工字鋼支撐。在土方開挖后,半邊樁形成了一個(gè)平整的支護(hù)面,將之稍加處理后即可作為地下室外墻的模板。且擋土樁和工程樁排列在同一軸線上,在有限空間上增加了建筑面積。由于AB區(qū)有4根1 200 mm工程樁,為方便工程樁的施工,滿足擋土排樁的設(shè)計(jì)要求,將工程樁與擋土樁同時(shí)在地面開挖,樁徑均為1 800 mm,4根工程樁開挖至地下室底板下2.0 m時(shí),將直徑縮為1 200 mm挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.2 BC區(qū)支護(hù)方案

BC區(qū)巖面埋深較深。該區(qū)基坑開挖深度為10 m左右,基坑內(nèi)外地面標(biāo)高相差近3.0 m,所以在基坑未開挖前就存在近3.0 m高的邊坡,表明該區(qū)上部土層的工程性質(zhì)較好。因此,BC區(qū)采用疏散的人工挖孔樁加錨桿作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。BC區(qū)采用人工挖孔樁和錨桿聯(lián)合支護(hù),保證了樁頂不至于發(fā)生較大的位移,同時(shí)拉大挖孔樁間距,樁間用造價(jià)低的少筋混凝土板連接和支撐,降低了基坑單位面積上的支護(hù)造價(jià),既安全又經(jīng)濟(jì)。

人工挖孔樁直徑1.2 m,間距2.5 m,樁間采用 100 mm厚鋼筋混凝土擋板,板內(nèi)配置縱向筋為12@100,橫向筋為16@500,并將橫向筋用沖擊鉆錨入相鄰樁內(nèi)大約100 mm,挖孔樁樁頂設(shè)置1 200 mm×600 mm壓頂梁。在每根樁打入一條130錨桿,錨桿長(zhǎng)25.0 m,傾角30°,單錨最大軸向抗拉力為600 kN,錨索采用4束75鋼絞線,灌漿材料為0.45水灰比純水泥漿。

3.3 CD區(qū)支護(hù)方案

CD區(qū)基坑開挖深度為14.0 m,該區(qū)強(qiáng)風(fēng)化巖面埋深為地面以下8.0 m左右。由于巖面自身穩(wěn)定性好,上部土層含水量較少,選擇了造價(jià)相對(duì)較低的土釘墻支護(hù)技術(shù),保持土層穩(wěn)定,防止土體滑動(dòng)剝落,保證土方開挖過程中基坑的穩(wěn)定與安全[2],如圖2所示。在強(qiáng)風(fēng)化巖面以上,土釘水平間距1.5 m,豎直間距1.0 m,傾角15°,直徑120 mm,0.45水灰比純水泥漿,梅花形布置。要求土釘錨固段中點(diǎn)落在土體滑動(dòng)面以外,滿足承載力要求[3]。坡面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)并噴射混凝土,在土釘錨頭位置設(shè)200×200×16鋼墊板,墊板下加設(shè)4Ф 6鋼筋加強(qiáng),坡面混凝土厚150 mm,強(qiáng)度等級(jí)C20。土方開挖至強(qiáng)風(fēng)化巖面以下時(shí),在裸露巖面上采用厚150 mm混凝土面保護(hù),內(nèi)掛鋼筋網(wǎng),土釘水平間距2.0 m,豎直間距1.0 m,土釘長(zhǎng)適當(dāng)減小,梅花形布置。

3.4 DE區(qū)支護(hù)方案

DE區(qū)地下室外墻邊距已有多層建筑物,距外墻邊只有1.5 m,且該區(qū)巖面埋深變化很大,西邊自然地面下2.5 m即為中風(fēng)化巖層,東邊基巖埋深為14.5 m左右。根據(jù)此特點(diǎn),采用了樹根樁加錨桿聯(lián)合支護(hù)技術(shù),樹根樁為小直徑鉆孔灌注樁,以前多用于軟弱地基處理。另外考慮了人工挖孔樁懸臂擋土的穩(wěn)定性,減少樁的臂懸高度及入土深度,局部采取了卸載方式,以減輕外部荷載對(duì)排樁的影響[4,5]。

4 CD段基坑的水平位移監(jiān)測(cè)

4.1 邊坡整體位移

4月22日進(jìn)行第一次測(cè)量,并把測(cè)試數(shù)據(jù)作為初讀數(shù)。從基坑開挖到監(jiān)測(cè)工作結(jié)束時(shí),邊坡在粉質(zhì)黏土層中靠近地面最大位移達(dá)到42.0 mm,在土層底面位移達(dá)到24.9 mm,而在強(qiáng)風(fēng)化基巖面以下1 m處,最大位移為9.7mm,邊坡底最大位移只有3.3mm。由此得出,粉質(zhì)黏土層中基坑位移較大,而進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化基巖后,基坑邊坡位移減小。因此可以認(rèn)為,第1排,第2排土釘?shù)腻^固力可能達(dá)到了極限狀態(tài),而強(qiáng)風(fēng)化巖中土釘?shù)腻^固力并沒有得到充分發(fā)揮,在今后基坑邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)中,強(qiáng)風(fēng)化巖中土釘?shù)牟贾脜?shù)可適當(dāng)調(diào)整,減少土釘密度。此外,6月7日時(shí),基坑邊坡位移比前兩次觀測(cè)時(shí)增加很多,之后位移基本上穩(wěn)定下來,說明邊坡在成第10排土釘設(shè)置之后,邊坡已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 土釘位移

圖3為土釘孔口位置處的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律圖。從圖3可以發(fā)現(xiàn),第1排～第5排土釘在前3次監(jiān)測(cè)中的孔口位移急劇變大。隨著第5排土釘?shù)脑O(shè)置,到第3次監(jiān)測(cè)時(shí),前5排土釘孔口位移變化速率僅僅為第2次監(jiān)測(cè)時(shí)的50%左右,說明第5排土釘?shù)脑O(shè)置對(duì)邊坡的位移場(chǎng)有至關(guān)重要的作用。從圖3還可以看出,第5次監(jiān)測(cè)時(shí),即10排土釘全部設(shè)置完成,此時(shí)各排土釘?shù)目卓谖灰谱兓俾室呀?jīng)接近于穩(wěn)定,土釘?shù)氖┘右呀?jīng)基本上控制了邊坡的變形,使得邊坡達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài),這與1號(hào)孔所得到的結(jié)果是一致的。此外,從圖3還可以看出由于前5排土釘全部或部分設(shè)置在粉質(zhì)黏土范圍內(nèi),土釘位移相對(duì)比較大,而后5排土釘主要進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化基巖,因而位移相對(duì)前面5排土釘要小很多。

5 支護(hù)的效果

本基坑支護(hù)工程支護(hù)計(jì)算工期100 d。靈活采用了多種支護(hù)結(jié)構(gòu)形式,既適應(yīng)了該場(chǎng)地復(fù)雜的地質(zhì)條件和周圍環(huán)境,又縮短了工期,實(shí)際工期88 d。在施工過程中,監(jiān)理部門對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行了抽樣檢查,合格率為100%,全部達(dá)到設(shè)計(jì)噸位。在施工的全過程中對(duì)邊壁進(jìn)行了檢測(cè),邊壁位移微小,在允許范圍之內(nèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

1)樹根樁應(yīng)用于擋土結(jié)構(gòu),其剛度介于大直徑混凝土灌注樁與鋼板樁之間,樹根樁作為擋土結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理及計(jì)算模型有待進(jìn)一步研究。2)采用半邊人工挖孔樁擋土,充分發(fā)揮了鋼筋混凝土的作用,節(jié)省造價(jià),同時(shí)減少了占地面積。3)如將人工挖孔樁擋土的少筋混凝土板改為少筋混凝土拱形板,可進(jìn)一步加大樁間間距,更能發(fā)揮人工挖孔樁鋼筋混凝土的作用,降低造價(jià)。4)基坑支護(hù)應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件及周圍環(huán)境,采用不同的支護(hù)形式。有時(shí)單一的支護(hù)形式不能滿足要求,采用多種結(jié)構(gòu)組合更為合理,降低造價(jià)。

[1] 黃 強(qiáng).深基坑工程支護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京:中國(guó)建筑出版社,1995.

[2] 魏希成.支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑出版社,1995.

[3] 廣東省土木學(xué)會(huì),同濟(jì)大學(xué)巖土工程研究所.地基與基礎(chǔ)[M].北京:中國(guó)建筑出版社,1995.

[4] 陳肇元.土釘支護(hù)技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1996.

[5] Proterfield J A.Soil nailing field inspectors manual[J].soil nail walls.FHWA/SA-93/068,1994(3):25-27.