深基坑支護(hù)技術(shù)在新泰盛世佳苑基坑工程中的應(yīng)用

劉作昌

中化地質(zhì)礦山總局泰安地質(zhì)勘查院，山東泰安，271000

深基坑支護(hù)技術(shù)在新泰盛世佳苑基坑工程中的應(yīng)用

劉作昌*

中化地質(zhì)礦山總局泰安地質(zhì)勘查院，山東泰安，271000

新泰盛世佳苑基坑工程中，采用施工簡便的單層錨索排樁結(jié)構(gòu)圍護(hù)邊坡，高壓擺噴隔水帷幕阻水，基坑內(nèi)集水明排降水方案，造價(jià)低廉的錨索通過對其施加合理的預(yù)應(yīng)力可大大減小基坑變形，其效果不亞于施工復(fù)雜、造價(jià)昂貴的內(nèi)支撐。該支護(hù)技術(shù)的成功應(yīng)用為新泰市今后的深基坑工程在設(shè)計(jì)、施工等諸多方面積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

深基坑 支護(hù) 排樁 錨索

0 引言

深基坑支護(hù)不僅要求確保邊坡的穩(wěn)定，保證基坑內(nèi)正常作業(yè)安全，而且要滿足變形控制要求，以確?；又車慕ㄖ?、地下管線、道路等的安全。近年來出現(xiàn)了許多新的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式與穩(wěn)定邊坡的方法。根據(jù)不同的地質(zhì)情況與現(xiàn)場邊界條件，常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)有水泥土圍護(hù)結(jié)構(gòu)、排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)、地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)、土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)及支錨工程等【1】，這幾種形式在一個(gè)工程中可以單獨(dú)使用，也可綜合使用。而對于開發(fā)商來說，在確保安全的前提下，選擇最節(jié)約的方法是最為重要的。該基坑在方案選擇時(shí)首先考慮的是最省錢的土釘墻方案，理論計(jì)算時(shí)，基坑側(cè)壁最大水平位移量達(dá)150mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其報(bào)警值，所以該方案被否定；第二方案是排樁預(yù)應(yīng)力錨桿方案，理論計(jì)算其各項(xiàng)變形參數(shù)需滿足要求，但是該方案不久前在具有相似巖土工程地質(zhì)條件的泰安市中心醫(yī)院住院大樓10m深的基坑工程中采用，理論計(jì)算也是各項(xiàng)變形參數(shù)滿足要求，但實(shí)際上，基坑開挖后周邊大多數(shù)建筑物出現(xiàn)裂縫，造成2000多萬元的經(jīng)濟(jì)損失，該方案也被否定；也曾考慮過排樁內(nèi)支撐甚至是連續(xù)墻內(nèi)支支撐，但由于其施工難度較大，施工進(jìn)度緩慢最主要的是工程造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它方案被否掉，最終確定采用單層錨索排樁結(jié)構(gòu)圍護(hù)邊坡、高壓擺噴隔水帷幕阻水、基坑內(nèi)集水明排降水方案。

1 工程概況

新泰盛世佳苑小區(qū)擬建場地位于新泰市城區(qū)北部，擬建建筑物總建筑面積約87 000m2，其中地下一層為超市，地下二層為停車場?；映什灰?guī)則多邊形（見圖1），南北長193m，東西寬111.2m，周長約820m， 面積26 000m2擬建建筑物基坑基坑±0.000m，高程為202.10m，基坑底部高程為190.50m，高差為11.60m，基坑開挖深度約12.50m，是新泰市第一個(gè)深大基坑工程。

圖1 支護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖Fig.1 Plane graph of supporting structure

2 深基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)

2.1 基坑周邊環(huán)境

基坑北側(cè)距西關(guān)街南側(cè)路沿石約2.9m；基坑南側(cè)有一棟5～6層磚混結(jié)構(gòu)住宅樓，距基坑約5.8m；基坑西側(cè)有一棟1～6層磚混結(jié)構(gòu)住宅樓，距基坑約4.6m；基坑?xùn)|側(cè)有一棟3～4層磚混結(jié)構(gòu)沿街樓，距基坑約5m。四面都不具備放坡條件，必須進(jìn)行支護(hù)。

2.2 場地工程地質(zhì)條件

本擬建場區(qū)屬于山前沖洪積平原地貌。地下含水層位于第③層，為粗砂層，水位深度4～5m，水位年變幅1～2m，屬承壓水層。各層巖土物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 各層土的物理力學(xué)指標(biāo)表Table 1 Physical mechanics target table of every layer

2.3 支護(hù)設(shè)計(jì)方案【2】

支護(hù)工程采用排樁（鋼筋混凝土鉆孔灌注樁）作為擋土結(jié)構(gòu)（見圖2），樁頂位于地面以下2.10 m處，標(biāo)高為200.00m，樁徑為φ1000mm，樁長為13.50m，嵌固深度4.00m，樁中心間距為1.40m。樁身使用C25砼，鋼筋保護(hù)層厚度50mm；樁頂設(shè)置圈梁，圈梁為 1000mm×500mm，配主筋為8E20，砼強(qiáng)度為C30。腰梁采用2根28a槽鋼，位于地面下5.50m，標(biāo)高197.50m處設(shè)一層斜拉預(yù)應(yīng)力錨索支撐，錨索間距1.40 m，按“一樁一錨”布置，錨索體自由段長度為6.50 m，錨索錨固段長度為13.50m，錨索總長度為20.00m。錨索體選用4s15.2錨索，錨固體直徑150mm，入射角與水平面呈15°，預(yù)加力350kN。

圖2 支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.2 Supporting structure profiles

2.4 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算采用彈性法土壓力和經(jīng)典法土壓力兩種模型，各層土的各種土壓力的的調(diào)整系數(shù)均為1.0?；拥燃墳橐患墸觽?cè)壁重要性系數(shù)γ0取1.10,均布超載72.5kPa。計(jì)算全部由理正軟件完成，計(jì)算過程及結(jié)果如下。

（1）鉆孔樁截面配筋計(jì)算結(jié)果（圖3）彎矩折減系數(shù)為0.85，基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩設(shè)計(jì)、實(shí)用值均為827.25 kN.m，基坑外側(cè)最大彎矩設(shè)計(jì)、實(shí)用值均為124.78 kN·m；剪力折減系數(shù)1.0，最大剪力設(shè)計(jì)、實(shí)用值均為494.16 kN；荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.25。鉆孔樁為一段配筋，長13.5m，配筋級別縱筋HRB400，實(shí)配值12E25；螺旋箍筋級別HRB235，實(shí)配值d8@200；加強(qiáng)箍筋級別HRB335，實(shí)配值D14@2000。

圖3 排樁結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算圖Fig.3 Internal force calculating chart of row of piles

(2)錨索計(jì)算結(jié)果及配筋 錨索鋼筋級別HRB400，材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1220.000MPa，材料彈性模量2.000×105MPa；注漿體彈性模量3.000×104MPa；土與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)1.300，錨索荷載分項(xiàng)系數(shù)1.250；錨索采用鋼絞線種類1×7。錨索最大內(nèi)力值：經(jīng)典法404,07kN，彈性法450.30kN；錨索錨固段長度實(shí)用值13.5m，自由段長度6.5m,內(nèi)力設(shè)計(jì)、實(shí)用值均為616.16kN；鋼絞線配筋4S15.2，剛度14.03MN/m。

(3)冠梁配筋結(jié)果見圖4。

圖4 冠梁配筋圖Fig.4 Top beam construction profiles

(4)地表沉降計(jì)算結(jié)果 利用三種方法計(jì)算，沉降曲線見圖5。

(5)整體穩(wěn)定驗(yàn)算 計(jì)算方法：瑞典條分法；應(yīng)力狀態(tài)：總應(yīng)力法；條分法中的土條寬度：0.40m；滑裂面數(shù)據(jù)：整體穩(wěn)定安全系數(shù) Ks=2.550， 圓弧半徑(m) R = 15.019，圓心坐標(biāo)(m) X = -1.969，圓心坐標(biāo)(m) Y = 0.722。

整體驗(yàn)算結(jié)果說明，單層錨索排樁結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性滿足要求。

2.5 基坑止水

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告可知：場地地層滲透系數(shù)平均值為 59.2m/d，屬強(qiáng)透水層。基坑開挖深度較大，地下水位較高，采用管井系統(tǒng)降水，降深較大，影響半徑為基坑附近建筑物多為時(shí)間比較久的磚混結(jié)構(gòu)建筑，抵御變形的能力較差，基坑降水時(shí)定會(huì)引起附近地面不同程度的沉降，個(gè)別建筑物可能會(huì)出現(xiàn)裂縫等，部分建筑物已存在的裂縫也可能會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，因此本場地使用大面積區(qū)域降水是不可取的，利用高壓擺噴隔水帷幕阻水、基坑內(nèi)集水明排降水方案是最好的選擇。設(shè)計(jì)高壓擺噴樁樁長 11.00～12.50m，要求樁端進(jìn)入泥巖層不少于1.00m，有效樁頂標(biāo)高200.00m，噴角30°，孔距1.40m，在支護(hù)樁外側(cè)進(jìn)行，樁的搭接長度不少于 30cm；高壓擺噴樁注漿材料為水泥，采用強(qiáng)度等級為32.5級及以上的普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比為 1.0；每米樁體水泥用量不少于400kg；高壓擺噴注漿施工時(shí)的高壓水泥漿和高壓水的壓力不小于35MPa。

圖5 基坑周邊10m內(nèi)沉降曲線圖Fig.5 Settlement curve figure around 10 meters of the foundation pit

3 施工要求

單層錨索排樁結(jié)構(gòu)的安全度除取決于地層地質(zhì)情況以外，很重要的因素是單層錨索的施工質(zhì)量。單層錨索施工要求如下：

（1）鉆孔定位誤差小于 50mm，孔斜誤差小于±1°，孔斜偏離軸線不大于3%的鉆孔深度，鉆孔深度比錨桿長30cm。

（2）錨固段必須進(jìn)行二次灌漿，第二次注漿須待第一次注入的漿液初凝后進(jìn)行，注漿壓力控制在1.0～2.0MPa之間。

（3）錨索施工兩星期后逐根進(jìn)行張拉，先張拉到40t，然后退回到30t鎖定。

4 監(jiān)測結(jié)果及分析評價(jià)

（1）從基坑開挖到地下室施工完成，自始至終對基坑位移、樁后地基土及周邊建筑物進(jìn)行沉降監(jiān)測。樁頂冠梁累計(jì)最大水平位移5.9mm，不足報(bào)警值 20mm的 30%；樁后地基土累計(jì)最大沉降3.5mm，不足報(bào)警值20mm的20%；周邊建筑物累計(jì)最大沉降2.50mm, 不足報(bào)警值20mm的15%；多數(shù)點(diǎn)位沉降值很小甚至沒有沉降顯示，監(jiān)測結(jié)果說明基坑支護(hù)是安全的。不過因地區(qū)經(jīng)驗(yàn)不足，從某種程度講由于過于安全而造成了一定的浪費(fèi)，說明設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)取值仍過于保守，該經(jīng)驗(yàn)對當(dāng)?shù)亟窈筮M(jìn)行類似工程施工具有一定的參考價(jià)值。

（2）工程止水帷幕效果非常好（見圖片1、2），只是局部出現(xiàn)少量的漏水現(xiàn)象，施工中進(jìn)行了及時(shí)修復(fù)，整個(gè)基坑總體上止水很成功，說明高壓擺噴樁作為止水帷幕在該地區(qū)是可行性的，并且具有很好的效果。

圖片1 新泰盛世佳苑基坑基坑工程

圖片2 新泰盛世佳苑工程圖片

5 結(jié)語

（1）如何選取一種在經(jīng)濟(jì)技術(shù)上都合理的支護(hù)類型，必須充分考慮現(xiàn)場環(huán)境、工程地質(zhì)條件以及工程要求。本工程綜合考慮上述因素，采用排樁（鋼筋混凝土鉆孔灌注樁）作為擋土結(jié)構(gòu)，樁頂部用冠梁、腰部用檀梁連接起來能極大地提高擋土結(jié)構(gòu)的剛度，接近地下連續(xù)墻（深度大于12m、無任何放坡條件的基坑支護(hù)的首選方案）效果，但與地下連續(xù)墻相比，它施工工藝簡單、質(zhì)量容易控制，造價(jià)較低。

（2）基坑采用錨索支護(hù)時(shí),樁頂位移及地面變形通常比采用鋼管內(nèi)支撐時(shí)大，但通過對錨索合理地施加預(yù)應(yīng)力,即可大量減小樁頂位移及地面變形。錨索施工簡單快捷，無內(nèi)支撐，基坑挖土及地下室施工效率大大提高，縮短了工期，基坑累計(jì)變形量也大大減小。

（3）采用高壓擺噴樁作為隔水帷幕，基坑內(nèi)降水幾乎對周邊地下水位沒有影響，周邊構(gòu)筑物也安然無恙，這樣就減少了社會(huì)外部環(huán)境對施工的干擾，避免了很多麻煩，在一定程度上也使得施工效率大大提高。

（4）該工程通過監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，其變形參數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于報(bào)警值，說明安全系數(shù)過大，過于保守，主要是計(jì)算參數(shù)選擇時(shí)趨于保守。該經(jīng)驗(yàn)對當(dāng)?shù)亟窈筮M(jìn)行類似工程施工具有一定的參考價(jià)值。

1 王衛(wèi)東，王建華. 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社， 2007

2 劉作昌，劉玉田. 新泰盛世佳苑基坑支護(hù)設(shè)計(jì)[R]. 泰安化工地質(zhì)工程勘察院，2009

3（JGJ 120-99）建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程 [S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社，1999

APPLICATION OF DEEP FOUNDATION PIT SUPPORTING TECHNOLOGY ON SHENGSHI JIAYUAN BUILDING PIT ENGINEERING OF XINTAI CITY

Liu Zuochang
Chemical and Industrial Geological Prospecting Institute of Shandong Province Taian,Shangdong,271000,China

The paper discusses the project choosen of deep foundation pit supporting technology, and its design and construction, it also expand the application of monolayer anchor cable row of piles construction and high pressure oscillating ejection technology. The monitoring result shows that, bring to bear prestress on the easy constructed and cheap anchor cable could reduce the building pit deformation, the effect of which is not less than complex- constructed and expensive internal supporting. The successful application of supporting technology will offer some valuable experiences for futher deep foundation pit supporting engineering and construction.

deep foundation pit，supporting，row piles，anchor cable

TU753.4

：A

：1006-5296（2010）04-0248-04

劉作昌（1962～），男，巖土工程勘察專業(yè)，注冊巖土工程師

2010-06-24；改回日期：2010-08-31