復(fù)雜條件下基坑支護(hù)設(shè)計(jì)研究

王文忠

(吉林省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院，長(zhǎng)春 130000)

1 工程概況

長(zhǎng)春市上海路北地塊回遷房項(xiàng)目占地面積57 440 m2，建筑面積303 313 m2.其中，住宅面積153 583 m2，公建面積31 040 m2，地下建筑面積118 690 m2.結(jié)構(gòu)類(lèi)型為框架結(jié)構(gòu).工程建設(shè)地點(diǎn)為寬城區(qū)東二條以東、吳淞路以南、東三條以西、廣州路以北.基坑工程為地下二層連廊基坑支護(hù)，連接兩座高達(dá)30 m的小高層.考慮地下室底板及墊層厚度，基坑地面標(biāo)高定為207.900，槽底標(biāo)高定為195.500，基坑深度為12.4 m.基坑周邊范圍內(nèi)存在既有暗渠，暗渠寬5.6 m，埋深3.9 m，因此形成了復(fù)雜的場(chǎng)區(qū)環(huán)境.場(chǎng)區(qū)各土層的物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1［1］.

表1 各層土的物理力學(xué)參數(shù)

續(xù)表1

2 支護(hù)方案的選擇

基坑工程總平面圖見(jiàn)圖1.由于本工程基坑較深，周邊場(chǎng)地狹窄，邊界環(huán)境復(fù)雜，采用比較單一的土釘噴混凝土支護(hù)不能保證工程的安全性、可靠性要求;全部采取排樁支護(hù)造價(jià)又較高.為了保證基坑支護(hù)的安全，同時(shí)又盡量降低工程造價(jià)，根據(jù)場(chǎng)地的地質(zhì)條件、基坑深度及建設(shè)單位要求，在充分汲取相關(guān)專(zhuān)家論證意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，最終確定基坑支護(hù)分兩個(gè)區(qū)域設(shè)計(jì).

A區(qū):基坑支護(hù)采用土釘墻+φ 600排樁+兩道錨索支護(hù)方案;

B區(qū):基坑支護(hù)采用土釘墻支護(hù)方案［2-4］.

基坑支護(hù)平面圖見(jiàn)圖2.本基坑支護(hù)為臨時(shí)工程，安全等級(jí)為二級(jí).針對(duì)既有排水暗渠，施工期間采取臨時(shí)支撐方案.沿暗渠方向設(shè)兩道臨時(shí)支撐梁，支撐梁下設(shè)臨時(shí)支撐柱，支撐梁上橫布40 a工字鋼，暗渠直接與40 a工字鋼剛性接觸.

圖1 總平面圖

圖2 基坑支護(hù)平面圖

圖3 臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3 排水暗渠臨時(shí)支撐設(shè)計(jì)

3.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算結(jié)論

臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖3.臨時(shí)支撐柱直徑0.6 m×0.6 m，間距為2×(1.2 m+4.7 m+5.25 m)，樁長(zhǎng)21.0 m，樁身入強(qiáng)風(fēng)化巖不少于2 m.配筋主筋為13 Φ20 mm鋼筋，箍筋為Φ10@130，加強(qiáng)筋為Φ14@2 000 mm，樁身混凝土標(biāo)號(hào)為C 30.臨時(shí)支撐橫梁尺寸為0.6 m×0.65 m，主筋為14 Φ 25 mm+7 Φ 16 mm，箍筋為Φ 10@100鋼筋，混凝土標(biāo)號(hào)為C 30.臨時(shí)支撐梁上橫布40 a工字鋼，間距為0.5 m，暗渠荷載按44 kN/m2計(jì)，直接作用于工字鋼上.

計(jì)算分析采用PKPM結(jié)構(gòu)分析軟件.通過(guò)模擬計(jì)算可得:支撐梁豎向最大撓度為1.6 mm，工字鋼豎向最大撓度為3.2 mm，均滿(mǎn)足規(guī)范的要求，能夠保證排水暗渠的穩(wěn)定性.

3.2 臨時(shí)支撐施工工藝

為了保證臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)施工時(shí)排水暗渠的穩(wěn)定性，對(duì)暗渠底端存在的原有毛石基礎(chǔ)進(jìn)行兩次人工拆除.第一次拆除部位要滿(mǎn)足暗渠水平支撐梁的施工作業(yè)面要求;第二次拆除，應(yīng)與工字鋼的架設(shè)同時(shí)進(jìn)行，每次毛石基礎(chǔ)拆除的水平長(zhǎng)度控制在0.5 m～0.8 m范圍內(nèi)，每滿(mǎn)足0.5 m長(zhǎng)度后，即刻架設(shè)一根工字鋼，并保證工字鋼與暗渠底部剛性接觸，盡量減少暗渠的沉降或位移，用同樣的方法拆除至完畢;暗渠下部混凝土澆筑時(shí)，采用布料車(chē)在暗渠下部工字鋼之間的空隙下料，進(jìn)行施工.待主體結(jié)構(gòu)施工完成后，拆除臨時(shí)支撐梁、樁.拆除時(shí)避免震動(dòng)力及對(duì)地下室產(chǎn)生影響.

4 排樁與錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)

4.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

土釘墻+樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖4.計(jì)算分析采用理正深基坑計(jì)算軟件(F-SPW 6.0).由于篇幅限制，此部分土釘墻的計(jì)算略去.

支護(hù)排樁直徑0.6 m×0.6 m，間距為0.6 m，樁長(zhǎng)12.5 m，樁身入強(qiáng)風(fēng)化巖為2.4 m.樁身混凝土標(biāo)號(hào)為C 30，配筋主筋為13 Φ 20 mm鋼筋，箍筋為Φ 10@130，加強(qiáng)筋為Φ14@2000 mm.冠梁尺寸為0. 6 m×0.6 m，主筋為20 Φ 16 mm，箍筋為Φ 10@200鋼筋，混凝土標(biāo)號(hào)為C 30.錨索成孔直徑為150 mm，間距1 200 mm，第一道錨索總長(zhǎng)度為28.0 m，其中自由段7.5 m，錨固段20.5 m;第二道錨索長(zhǎng)度為23.5 m，其中自由段6 m，錨固段17.5 m，一樁一錨，鋼絞線為4Φs15.2，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 860 MPa.

圖4 土釘墻+樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

4.2 穩(wěn)定性驗(yàn)算

4.2.1 整體穩(wěn)定驗(yàn)算

計(jì)算方法采用瑞典條分法，應(yīng)力狀態(tài)采用總應(yīng)力法，條分法中的土條寬度為0.40 m［2，5］，滑裂面數(shù)據(jù):整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.927，圓弧半徑R= 14.975 m，圓心坐標(biāo)X=-2.277 m，圓心坐標(biāo)Y= 10.696 m，滿(mǎn)足規(guī)范的要求.

4.2.2 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

抗傾覆安全系數(shù):

式中，Mp為被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩，對(duì)于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定.對(duì)于錨桿或錨索，支點(diǎn)力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值;Mα為主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩.通過(guò)對(duì)各個(gè)工況的驗(yàn)算，得最小安全系數(shù)Ks=2.827＞1.200，滿(mǎn)足規(guī)范要求［2，5］.

4.3 抗隆起驗(yàn)算

通過(guò)Prandtl(普朗德?tīng)?公式的計(jì)算得Ks=7.695＞1.1，滿(mǎn)足規(guī)范要求;通過(guò)Terzaghi(太沙基)公式的計(jì)算得Ks=9.435＞1.15，滿(mǎn)足規(guī)范的要求［2，5］.

5 土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)

5.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

土釘墻支護(hù)放坡系數(shù)1∶0.15，土釘分7層，土釘錨固體直徑110 mm，土釘鋼筋為1 Φ 22，1 Φ 25，1 Φ 28.噴錨面層為Φ8@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)和2 Φ 14橫向壓筋，噴射100 mm±20 mm厚的C 20細(xì)石混凝土.坡頂四周做1.0 m寬散水，做法同噴錨面層，坡比0.02∶1.計(jì)算時(shí)考慮地面超載44 kPa.土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖5.計(jì)算分析采用理正深基坑計(jì)算軟件(F-SPW 6.0).

基坑頂部適當(dāng)位置用紅磚砌筑排水溝，用以攔截地表水，坡頂排水溝經(jīng)沉淀池與市政排水系統(tǒng)連通;基坑底部沿護(hù)壁圍護(hù)樁側(cè)用紅磚砌筑排水溝，基坑底部拐角點(diǎn)設(shè)置集水井，用以排除基坑內(nèi)積水.

5.2 土釘墻穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)施工期間不同開(kāi)挖深度及基坑地面以下可能滑動(dòng)，采用圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單分條法按下式驗(yàn)算:

圖5 土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

其中，N為滑動(dòng)體分條數(shù);m為滑動(dòng)體內(nèi)土釘數(shù);γk為整體滑動(dòng)分項(xiàng)系數(shù)，可取1.3;γ0為基坑側(cè)壁重要性系數(shù);ωi為第i分條土重.滑裂面位于粘性土或粉土中時(shí)，按上覆土層的飽和土重度計(jì)算;滑裂面位于砂土或碎石類(lèi)土中時(shí)，按上覆土層的浮重度計(jì)算;bi為第i分條寬度;cik為三軸試驗(yàn)確定的第i層土固結(jié)不排水剪聚力標(biāo)準(zhǔn)值;φik為三軸試驗(yàn)確定的第i層土固結(jié)不排水內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值;θi為第i分條滑裂面處中點(diǎn)切線與水平面夾角;αj為第j根土釘與水平面的夾角;Li為第i分條滑裂面處弧長(zhǎng);S為計(jì)算滑動(dòng)體單元厚度;Tnj為第j根土釘抗拉承載力設(shè)計(jì)值［2-3］.

內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表2.為了施工方便，土釘長(zhǎng)度經(jīng)過(guò)修正后取相同長(zhǎng)度.

表2 內(nèi)部穩(wěn)定設(shè)計(jì)結(jié)果

外部穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果:基底平均壓力設(shè)計(jì)值188.3 kPa＜300.0 kPa，基底邊緣最大壓力設(shè)計(jì)值232.1 kPa＜1.2×300.0 kPa，抗滑安全系數(shù)28.653＞1.300，抗傾覆安全系數(shù)102.244＞1.600，均滿(mǎn)足規(guī)范的要求.

6 結(jié)論

該支護(hù)工程通過(guò)將排樁、錨索及土釘墻綜合運(yùn)用于支護(hù)設(shè)計(jì)中，較好地解決了工程中安全性與經(jīng)濟(jì)性相統(tǒng)一的問(wèn)題.另外，該支護(hù)工程范圍內(nèi)存在排水暗渠，給基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工造成極大的不便.

筆者通過(guò)對(duì)排水暗渠采取臨時(shí)支撐的措施，保證了施工過(guò)程中排水暗渠的穩(wěn)定性及安全性，并對(duì)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的施工提出了建議與要求，很好地解決了相關(guān)問(wèn)題.通過(guò)該支護(hù)工程的成功應(yīng)用，為今后工作打下基礎(chǔ)，并供類(lèi)似工程實(shí)踐提供參考.

［1］長(zhǎng)春有色勘察設(shè)計(jì)院.上海路北地塊回遷房R2，S5，S6，R8號(hào)樓巖土工程勘察報(bào)告［R］.2011-118-1.

［2］建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(JGJ120-99)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

［3］王 鵬，王文忠，曹 宇.雜填土場(chǎng)地基坑邊坡土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)研究［J］.長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，12(2):17-20.

［4］黃舉松，譚金娥，李志明.邊界復(fù)雜環(huán)境條件下基坑支護(hù)施工技術(shù)分析［J］.探礦工程，2009，36(11):42-45.

［5］傅志峰.復(fù)雜條件下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析［J］.城市道路與防洪，2008(4):90-93.