復(fù)雜環(huán)境條件下深厚砂層基坑支護方案設(shè)計及監(jiān)測

陳全禮，王榮彥，張志敏

(1.河南省水利勘測有限公司，河南鄭州450008;2.河南省地礦局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，河南鄭州 450053)

復(fù)雜環(huán)境條件下深厚砂層基坑支護方案設(shè)計及監(jiān)測

陳全禮1，王榮彥2，張志敏1

(1.河南省水利勘測有限公司，河南鄭州450008;2.河南省地礦局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，河南鄭州 450053)

樁錨支護和復(fù)合土釘墻支護等是基坑支護的常用方案，從經(jīng)濟性和控制變形效果來看二者各有優(yōu)缺點。通過工程實例，探討了深厚砂層等復(fù)雜環(huán)境條件下既安全又經(jīng)濟的土釘墻與豎向微型樁、預(yù)應(yīng)力錨桿等結(jié)合組成的基坑支護方案，并通過變形監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證其支護效果。

復(fù)雜環(huán)境條件;深厚砂層;基坑支護;土釘墻;豎向微型樁;預(yù)應(yīng)力錨桿

1 工程概況

擬建工程位于鄭州市西區(qū)，場地呈近矩形，長約65 m，寬約50 m，地上25～26層酒店，框架剪力墻結(jié)構(gòu);北側(cè)為3F裙房。地下2層，建筑面積約5.6萬m2，基坑開挖深度約12.5 m。該基坑在鬧市區(qū)，在基坑0.5H(其中H為基坑的深度)范圍內(nèi)緊鄰道路及20世紀(jì)60年代多層建筑，其中尤以東側(cè)環(huán)境條件最復(fù)雜。擬建基坑周邊環(huán)境條件見表1。

圖1 鄭州西區(qū)某基坑環(huán)境及支護平面布置圖

表1 基坑場地周邊臨建距基坑邊線距離一覽表

具體情況詳見圖1。

2 場地工程地質(zhì)條件及荷載取值

擬建場地地貌單元屬黃河山前丘陵地帶與黃河沖洪積平原的交接部位，地形平坦。場地內(nèi)與本基坑支護有關(guān)的工程地質(zhì)層如下:

①雜填土(Qml4)，以建筑垃圾為主，大部分已經(jīng)挖除，層底深度1.9～3.10 m，平均厚度2.50 m;

②粉砂夾粉土，黃色，稍密，層底深度8.6～9.20 m，層厚5.5～7.3 m，平均厚度6.6 m;

③粉砂夾粉土，黃色，中密，層底深度14.0～17.3 m，層厚5.10～8.6 m，平均厚度7.1 m;

④粉土(Qal4)，褐黃色，稍濕，中密，層底標(biāo)高79.46～82.71 m，層底深度21.60～26.60 m，層厚7.5～9.30 m，平均厚度8.5 m。

場地地下水類型為潛水，勘察期間承壓水水位埋深23.0 m左右，埋藏較深。

與本基坑支護有關(guān)的支護參數(shù)詳見表2，基坑?xùn)|側(cè)臨建及附加超載取值情況見表3。

表2 與本次基坑開挖、支護有關(guān)的土層主要參數(shù)一覽表

表3 基坑?xùn)|側(cè)臨建及附加超載取值情況

3 基坑支護方案選型及支護方案確定

3.1 基坑支護方案選型

限于篇幅，以下僅對基坑?xùn)|側(cè)的支護方案選型及確定進行分析。

根據(jù)本基坑開挖深度、工程地質(zhì)及周邊環(huán)境，按照文獻［1］確定本基坑工程側(cè)壁支護等級為一級。本基坑工程具有以下特點:(1)基坑較深，達12.5 m;周圍環(huán)境條件較復(fù)雜，身處鬧市，基坑側(cè)壁等級為一級;(2)基坑雖無地下水，但基坑上部約2.5 m為雜填土，其下稍密粉砂，該地層直立性差，地質(zhì)條件差，稍有不慎，極易導(dǎo)致出現(xiàn)基坑局部坍塌或塌方事故，嚴(yán)重的會危及臨建安全及人員安全;(3)應(yīng)對基坑及周邊建筑進行變形監(jiān)測，并做好巡視工作。

3.2 基坑支護方案的分析與確定

按照國家及行業(yè)有關(guān)規(guī)范［2～4］，并結(jié)合本基坑工程的特點及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗［5］，適合本工程的基坑支護方案有樁錨支護方案和復(fù)合土釘墻支護方案。

根據(jù)以往在當(dāng)?shù)卦O(shè)計、施工經(jīng)驗分析:(1)經(jīng)濟性比較:采用樁錨支護方案，單米周長成本約為1.8～2.5萬元/m;采用復(fù)合土釘墻支護方案，單米周長約為0.6～0.9萬元/m;(2)從控制變形效果來看，采用樁錨支護方案比采用復(fù)合土釘墻支護方案效果好;(3)從性價比看，采用復(fù)合土釘墻支護方案顯然占有優(yōu)勢。因此，確定采用豎向微型樁與土釘墻及預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)合的復(fù)合土釘墻支護方案，其中的豎向微型樁(直徑200 mm，內(nèi)置直徑89 mm鋼管)提前植入土層，對基坑土層起超前支護、超前控制基坑變形的作用，施工工藝相對簡單且在鄭州地區(qū)有成功和成熟經(jīng)驗。

3.3 設(shè)計方案簡述

采用土釘墻+1排豎向微型樁(直徑200 mm) +2排預(yù)應(yīng)力錨桿的復(fù)合土釘墻支護方案。采用上部2.0 m放坡，以下10.5 m直立開挖。具體設(shè)計參數(shù)見表4，本工程支護結(jié)構(gòu)見圖2，監(jiān)測點布置見圖3。

表4 1－1剖面土釘墻參數(shù)一覽表

圖2 支護結(jié)構(gòu)剖面圖

圖3 監(jiān)測平面布置圖

3.3.1 豎向微型樁設(shè)計

采用潛孔鉆成孔，成孔直徑200 mm，樁間距1.0 m，樁頂標(biāo)高－0.000 m，樁底標(biāo)高－15.000 m，有效樁長15.00 m，成孔后，安置89 mm鋼管，下部3 m設(shè)花眼。填入碎石，并注漿，要求注漿量≮60 kg/m。進行2次注漿，第一次注漿壓力0.2～0.4 MPa，第二次注漿壓力2.0 MPa左右。

3.3.2 土釘墻

采用分層開挖掛土釘，每層開挖高度1.5 m，每段開挖長度不超過15 m。土釘共分6層，其中對第3排和第5排為提高支護體整體性，安置18號作腰梁，分別施加預(yù)應(yīng)力80 kN。注漿采用水灰比0.55～0.65的純水泥漿。

3.3.3 面層

堅持“小步跳挖、嚴(yán)禁超挖、預(yù)留支(土)墩，交叉支護、勤于監(jiān)測、及早處理”的原則進行土方開挖設(shè)計。

(1)除對開挖的常規(guī)要求外，基坑開挖必須分層分段開挖，除第1層開挖高度2.0 m外，控制在0.8～1.2 m，9.0 m以下控制在1.5 m，但每隔10 m預(yù)留土墩，嚴(yán)禁超挖。

(2)至5.0 m以下每段開挖長度≯10 m，間隔掏孔及時注漿，掏孔、注漿、掛網(wǎng)交叉進行。土釘注漿、掛網(wǎng)完畢3天達到一定強度后方能進行下一層開挖。

(3)做好坡頂、坡底及坡面的擋水、排水工作。雨期前應(yīng)檢查現(xiàn)場的排水系統(tǒng)，做好基坑周邊地表水及基坑內(nèi)積水的排匯和疏導(dǎo)，防止基坑被雨水浸泡。

3.5 計算結(jié)果

(1)土釘墻內(nèi)部穩(wěn)定性分析是指邊坡土體中可能出現(xiàn)的破壞面發(fā)生在支護內(nèi)部并穿過全部或部分土釘。取單位長度采用條分法進行分析，按照理正基坑支護軟件4.31版進行驗算，結(jié)果表明，基坑土釘墻支護體穩(wěn)定安全系數(shù)在1.31～2.23。

(2)對該土釘墻外部穩(wěn)定性分析:其中抗水平滑移穩(wěn)定性安全系數(shù)為2.6～3.3，大于1.2，滿足設(shè)計要求;抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.32～1.43，大于1.3，滿足設(shè)計要求;抗隆起穩(wěn)定性驗算:按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 50007－2002)附錄V，因基坑底部持力層為③層粉砂，該層土屬中密砂土，故不必驗算;墻底承載力驗算:按照《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120－99)應(yīng)用指南，只要滿足抗隆起驗算，墻底承載力即可滿足上部土釘墻荷載要求。

3.6 變形監(jiān)測方案

3.6.1 基坑監(jiān)測內(nèi)容

(1)坡頂支護體水平位移監(jiān)測:坡頂支護體水平位移每邊不少于3個點，共計13個點;

(2)鄰近建筑物與地面道路沉降觀測:鄰近建筑物每棟不少于4個點;地面道路每側(cè)不少于3個點，共計35個點。

3.6.2 監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)

(1)對支護體①按照文獻［5］第八章規(guī)定，基坑頂部的側(cè)向位移與當(dāng)時的基坑開挖深度之比一般為3‰，該基坑深度為12.5 m，因此基坑頂部的側(cè)向位移應(yīng)為40 mm;按照文獻［1］第7章規(guī)定，對一級基坑，其圍護結(jié)構(gòu)墻頂位移監(jiān)測值為3.0 cm，圍護結(jié)構(gòu)墻頂最大位移監(jiān)測值為5.0 cm。綜合上述規(guī)定，確定基坑坡頂支護體水平位移累計不大于40 mm。按照文獻［6］第9章有關(guān)規(guī)定，確定每天位移速率不大于2 mm。

(2)對鄰近建筑物沉降觀測:建議每天沉降不大于2 mm，累計沉降量≯30 mm，且基礎(chǔ)傾斜＜3‰。

(3)對地面道路沉降觀測:每天沉降最大不大于2 mm，累計沉降量≯30 mm。監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)詳見表5。

表5 監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)一覽表

(4)因本工程為深厚砂土基坑，稍有不慎，極易出現(xiàn)局部坍塌，因此在開挖及施工中還要定人觀察、經(jīng)常巡視。

(5)觀測頻率及上報要求:原則每天觀測1次，出現(xiàn)報警值或暴雨季節(jié)時，每天觀測2次。及時預(yù)報。遇異常情況或接近報警值立即與甲方、設(shè)計和監(jiān)理單位聯(lián)系并采取相應(yīng)措施。

4 施工情況及監(jiān)測結(jié)果

項目施工開始于2010年2月，至2010年6月底挖至坑底，施工期間基本能夠按照設(shè)計要求施工。期間經(jīng)歷4月11日、22～23日，7月12日、19日及8月8～10日等幾場大雨，支護體正常工作，墻頂位移及東側(cè)臨近建筑物沉降均在設(shè)計要求之內(nèi)。近6個月的監(jiān)測表明，支護體墻頂東側(cè)3個點水平位移在16～25 mm;東側(cè)臨近建筑物沉降量在5～9 mm。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計要求。

5 體會和建議

筆者認(rèn)為，該項目取得成功主要取決于以下因素。

(1)設(shè)計方案大膽，為業(yè)主節(jié)約大量工程投資。據(jù)測算，僅施工費一項就為業(yè)主節(jié)約了200余萬元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于樁錨支護體系的費用。目前鄭州西區(qū)因土質(zhì)較好，采用復(fù)合土釘墻支護方案也較多，采用樁錨支護體系的方案也較多。但在深厚砂土基坑中采用此方案卻不多見。

(2)嚴(yán)格按設(shè)計要求施工:對注漿體的注漿質(zhì)量控制較好;土方開挖嚴(yán)格按設(shè)計要求認(rèn)真貫徹執(zhí)行。

(3)監(jiān)測到位:期間開展了對支護體、臨近建筑物及道路的變形監(jiān)測，并及時預(yù)報，實現(xiàn)了信息化施工。

［1］GB 50202－2002，建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.

［2］JGJ 120－99，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］YB 9258－97，建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］SJG 05－96，深圳地區(qū)建筑深基坑支護技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］CECS 96:97，土釘支護技術(shù)規(guī)程［S］.

［6］高大釗，等.深基坑工程(第二版)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2003.

［7］王榮彥.鄭州東區(qū)基坑支護型式探討［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2006，33(12).

［8］王榮彥.土釘支護技術(shù)在松散砂土基坑中的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2006，33(3).

［9］陳肇元，等.土釘支護在基坑工程中的應(yīng)用(第二版)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

Design of Foundation Pit Supporting Scheme for Deep and Thick Sand Layer under Complex Conditions and the Monitoring

CHEN Quan-li1，WANG Rong-yan2，ZHANG Zhi-min1(1.Henan Province Water Conservancy Survey Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450008，China;2.No.2 Team of Hydrology and Engineering Geology，Henan Bureau of Investigation and Development of Geology and Mineral Resources，Zhengzhou Henan 450053，China)

Pile-anchor retaining and compound soil nailing support are the common schemes for the foundation pit supporting.In the view of the economy and deformation control，each scheme has its advantages and disadvantages.With the engineering case，the discussion was made on the safe and economical supporting scheme by composition of soil nailing wall with vertical micro-pile and pre-stressed anchor，and the supporting effect was verified by the deformation monitoring data.Key words:complex conditions;deep and thick sand layer;foundation pit supporting;soil nailing wall;vertical micropile;pre-stressed anchor

TU473.2

A

1672－7428(2012)08－0054－03

2012－04－05

陳全禮(1963－)，男(漢族)，河南扶溝人，河南省水利勘測有限公司總工程師、高級工程師、注冊土木工程師，水文地質(zhì)工程地質(zhì)專業(yè)，從事巖土工程(含基坑工程)的勘察、設(shè)計與治理工作，河南省鄭州市經(jīng)三路北7號;王榮彥(1965－)，男(漢族)，河南澠池人，河南省地礦局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊副總工程師、高級工程師、注冊巖土工程師，工程地質(zhì)與水文地質(zhì)專業(yè)，碩士，從事巖土工程、水資源、地質(zhì)災(zāi)害方面的研究工作，河南省鄭州市南陽路56號，wangrongyan168@126.com。