深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)體育中心游泳館基坑工程深基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)實(shí)例

方山耀，黃 麗，李鵬程

(武漢地質(zhì)工程勘察院，湖北武漢 430051)

0 引言

土釘墻支護(hù)一般適用于地下水位以上或進(jìn)行人工降水后的可塑、硬塑或堅(jiān)硬的黏性土，在填土、松散砂土、軟塑或流塑土、軟土中的應(yīng)用存在一定的困難，與止水帷幕的配合使用時(shí)，擴(kuò)大了土釘墻支護(hù)的使用范圍。與其他支護(hù)方法比較，其支護(hù)安全系數(shù)高，施工文明，受到社會(huì)的廣泛關(guān)注，在城市中的應(yīng)用將會(huì)越來越廣。同時(shí)，由于各地區(qū)地質(zhì)條件差異較大，土釘支護(hù)施工工藝各有不同，這就要求在具體施工時(shí)，特別是在復(fù)雜周邊環(huán)境和場地情況下，靈活運(yùn)用土釘支護(hù)技術(shù)，擴(kuò)大其使用范圍，并不斷對土釘支護(hù)技術(shù)加以改進(jìn)和創(chuàng)新，從而使其設(shè)計(jì)機(jī)理和施工工藝更趨完善。

1 工程概況①

深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)體育中心位于深圳市龍崗區(qū)奧體新城。體育中心由主體育場、熱身賽場、體育館、游泳館及設(shè)備房、地下停車場、人工湖、中水收集池等構(gòu)筑物組成，總用地面積0．520 45 km2，建筑正負(fù)零標(biāo)高為50．40 m，基坑工程的主要參數(shù)如下:

場地地面局部整平標(biāo)高48．80 m(－1．60 m)。環(huán)境高程為 55．40 m(5．00 m)，底板標(biāo)高 =49．30 m(－1．10 m)、45．90 m(－4．50 m)、43．10 m(－7．30 m)、41．90 m(－8．50 m);底板底標(biāo)高(含墊層)=48．80 m(－1．60 m)、45．10 m(－5．30 m)、42．30 m(－8．10 m)、41．20 m(－9．20 m);承臺底標(biāo)高 41．50 m(－8．90 m);基坑支護(hù)設(shè)計(jì)至底板底:深度3．70 ～7．30 m，即45．10 m(－5．30 m)、42．30 m(－8．10 m)、41．50 m(－8．90 m)、41．20 m(－9．20 m)?；幼畲箝_挖深度14．20m。

基坑面積 18 722．725 m2，基坑周長 638．536 m。

擬建場地位于龍崗中心城黃閣路以西，龍翔大道以北，如意路以南。屬于低丘陵地貌單元，地勢開闊而略有起伏。

2 場地巖土工程條件

2．1 地層巖性

場區(qū)范圍內(nèi)出露地層主要為石炭系測水組(C1c)碎屑巖系(主要巖性為泥質(zhì)粉砂巖或鈣質(zhì)砂巖)及石炭系石磴子組(C1s)灰?guī)r等，松散層則以耕植層(Qpd)、第四系沖洪積層(Qal+pl)、第四系坡積層(Qdl)及第四系殘積層(Qel)和第四系人工填土層(Qml)為主?，F(xiàn)從上至下按場區(qū)分述如下:

①素填土(Qml):場地東南部主要由碎塊石混少量瓦礫、磚頭等建筑垃圾回填而成，局部含生活垃圾，西北部主要由坡殘積的含砂粘性土回填而成，局部夾少量碎塊石，碎塊石的成分為開山挖方的中—微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。色雜，稍濕，未經(jīng)處理，呈松散狀態(tài)。層底標(biāo)高42．66 ～49．87 m。

②含砂粘性土(Qal+pl):灰黃、灰褐、褐紅、褐黃色，含砂量20%左右。濕，呈軟—可塑狀態(tài)。該層頂部相變?yōu)楹承酝练奂?xì)砂，灰黃色，稍濕，呈松散狀態(tài)，該層層厚1．30 ～7．50 m，平均3．85 m，層頂標(biāo)高43．59 ～49．26 m，層底標(biāo)高38．66 ～46．86 m，平均42．34 m。

③含粘性土細(xì)砂(Qal+pl):局部為含粘性土中粗砂?；尹S、灰白色為主，個(gè)別地段因含有機(jī)質(zhì)成分呈現(xiàn)灰黑、灰褐色，濕—飽和，以松散狀態(tài)為主，局部稍密—中密。該層層厚0．70 ～8．30 m，平均3．55 m，層頂埋深0．00 ～6．80 m，層頂標(biāo)高 42．48 ～47．41 m，層底埋深 2．20 ～11．90 m，層底標(biāo)高35．91 ～44．42 m，平均41．57 m。

④ 含礫粉質(zhì)粘土(Qdl):褐紅、褐黃色，不均勻，含砂礫，砂礫的成分為強(qiáng)—中風(fēng)化狀的泥質(zhì)粉砂巖，其次為石英砂。稍濕—濕，可塑—硬塑狀態(tài)。層厚1．90～7．50 m，層頂埋深0．30 ～3．60 m，層頂標(biāo)高45．30 ～49．87 m。

⑤ 粉質(zhì)粘土(Qel):褐紅、褐黃、棕褐、灰白色，由石炭系測水組泥質(zhì)粉砂巖等風(fēng)化殘積而成，原巖結(jié)構(gòu)可以辨認(rèn)，稍濕—濕，呈可—硬塑狀態(tài)，底部靠近微風(fēng)化灰?guī)r面由于地下水的作用大多呈軟—可塑狀。該層干強(qiáng)度較高，韌性較高，粘性強(qiáng)。由于原巖礦物成分不同造成風(fēng)化不均勻，大多夾塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，局部夾中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，個(gè)別地段夾薄層微風(fēng)化灰?guī)r (探頭石)。該層層厚0．60～57．60 m，場地東南部原沖溝地段厚度一般為5～10 m之間，西北部原殘丘地段厚度變化較大，一般在7～25 m之間，59號鉆孔地段＞57．6 m。層頂埋深0．20 ～11．90 m，層頂標(biāo)高35．91 ～49．01 m。

場地下伏基巖為石炭系下統(tǒng)測水組粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、炭質(zhì)泥頁巖等以及石磴子組灰?guī)r。測水組碎屑巖按其風(fēng)化程度可分為強(qiáng)、中、微三個(gè)風(fēng)化帶，灰?guī)r只有微風(fēng)化。

2．2 水文地質(zhì)條件

孔隙潛水主要賦存于第四系人工填土層中，其次賦存于沖洪積層、坡積層、殘積層、全風(fēng)化及土狀強(qiáng)風(fēng)化中。基巖裂隙水賦存于塊狀強(qiáng)風(fēng)化、中、微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖基巖裂隙中。巖溶水賦存于溶蝕裂隙及溶洞、土洞中。

場地人工填土層為中等透水性地層，灰?guī)r巖溶裂隙及中、微風(fēng)化巖裂隙發(fā)育且連通性較好時(shí)為強(qiáng)透水性地層，場地其余均為弱透水地層?？辈炱陂g測得第四系地下水位埋深為0．0 ～3．20 m，平均0．5 m，標(biāo)高介于44．94 ～53．17 m，平均46．93 m。2號鉆孔巖溶裂隙水水頭高出地面2 m，標(biāo)高為52．17 m，鉆孔涌水量43．2 m3/d。

2．3 基坑周邊環(huán)境條件

基坑位于場區(qū)的西北部，臨近大運(yùn)路和龍興路，建筑場地環(huán)境空曠，周邊無地下管線。

2．4 設(shè)計(jì)主要參數(shù)

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告、《深圳地區(qū)建筑深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(SGJ05—96)［1］以及有關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)取值見表1。其中填土層為經(jīng)強(qiáng)夯處理后強(qiáng)度指標(biāo)。

2．5 周邊荷載參數(shù)

本場地周邊無建筑，臨時(shí)荷載取15 kPa，作用于自然地面。

2．6 地層概化參數(shù)

由于基坑周邊整平高程、可利用邊寬、周邊地層埋藏深度都有較大的差異，為節(jié)省投資及盡可能準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，將游泳館地下室基坑邊坡劃分為10個(gè)計(jì)算剖面。

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

3．1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

本基坑開挖深度大，高差達(dá)13．90 m，基坑壁和底部有含水的流砂層，局部含有淤泥。

對基坑有影響的主要是上層滯水、潛水和巖溶水。

填土中上層滯水量小，可采取明溝集水井排水，放坡開挖施工時(shí)采取分段開挖引流措施，一般能保證開挖順利。

潛水一般分布在土、砂層中，由于滲流易引起流砂，故采取水泥攪拌樁隔滲，少量基坑內(nèi)的潛水在放坡開挖施工時(shí)，采取分段開挖引流措施，一般能保證開挖順利。

本場區(qū)巖溶發(fā)育，地下水豐富，水位高，對基坑影響大。承壓水頭高出基坑底最大有10余米。存在基坑局部涌水的危險(xiǎn)。

表1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Design parameters of foundation pit support

圖1 基坑支護(hù)平面圖Fig.1 Planar graph of foundation pit support

3．2 支護(hù)方案的選定

根據(jù)上述條件，筆者擬定了多種方案進(jìn)行分析比較，以期找出最佳的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)結(jié)合點(diǎn)。采取水泥土攪拌樁復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)，使減壓井降低地下水水頭。

在基坑底部、頂部設(shè)排水溝，采取明排的方式，將基坑內(nèi)積水排出坑外，減少大氣降雨流到基坑。具體設(shè)計(jì)如下:

(1)坡面導(dǎo)水管 支護(hù)結(jié)構(gòu)坡面設(shè)置導(dǎo)水管，以便引排坡體中的地下水，降低因降雨引起的地下水水位升高，從而避免支護(hù)坡體水壓力過大而影響支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。導(dǎo)水管水平向間距3 m，垂直坡面間距2 m，呈梅花形設(shè)置。

(2)水泥土攪拌樁 單排布置，復(fù)噴復(fù)攪，樁徑0．55 m，樁距0．4 m，相互咬合150 mm，水泥為 P0．32．5，水灰比 0．45 ～0．55，噴漿壓力≥1．0 MPa，水泥土強(qiáng)度≥1．0 MPa，水泥摻入量為75 kg/m，摻入比約為17%左右，樁長應(yīng)嵌入第④或第⑤層不透水層1．5 m，樁頂?shù)陀谧匀坏孛鏁r(shí)先開挖樁頂土方，后施工攪拌樁。

(3)減壓井 減壓井共布置10口，在南北兩側(cè)各布置5口井，沿基坑底邊線布置，距基坑底邊線0．3 m，平面位置分別在南側(cè)H點(diǎn)東7 m、西3 m、西13 m、西23 m、西33 m;北側(cè)E點(diǎn)東7 m、西3 m、西13 m、西23 m、西33 m。

(4)排水溝 坡頂、坡腳均設(shè)置一圈排水溝，尺寸為:300×300×300(頂寬×底寬×高，單位mm)，坡腳排水溝匯集支護(hù)面排出的水及坑底積水，坡頂排水溝攔截坡頂雨水，并用于接受坑底抽水。排水溝主要以明溝形式排泄，基坑頂四周排水溝范圍以內(nèi)采用掛網(wǎng)噴砼與坡面噴砼連成一體，以防地表水滲入。排水溝采用磚砌構(gòu)造，溝底鋪5～8 cm厚砂漿找平后砌筑，沿排水流向，溝底水力坡降0．1% ～0．5%。

(5)集水井 基坑底部和頂部設(shè)一定數(shù)量的集水井(具體數(shù)量和位置根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定)以匯集坑頂坑底排水溝滯水，尺寸800×800×1 000。集水井采用磚砌構(gòu)造，砂漿抹面?；拥撞考糜诔樗敳考孀鳑_刷坑使用。

(6)基坑積水的抽排 匯集于集水井的積水通過水泵向坑頂抽排，每個(gè)集水井中設(shè)置污水泵1臺，要求泵口徑 ＞0．067 m，揚(yáng)程 ＞15 m。

3．3 基坑分段及支護(hù)設(shè)計(jì)

游泳館基坑分10個(gè)計(jì)算剖面，詳見圖1，支護(hù)設(shè)計(jì)采用《理正巖土計(jì)算》軟件5．11版。有攪拌樁地段均采取先開挖后施工攪拌樁。

(1)B2-B3-C1-C、B2-C剖面土釘墻加放坡開挖B2-B3-C1-C、B2-C剖面段建筑設(shè)計(jì)為二階，坡高7．30 m，坡頂平均荷載設(shè)計(jì)值為15 kPa?？颖跒樯巴?，分二階開挖，第一階 B2-B3-C1-C段，坡高3．70 m，重直開挖，采用單排水泥攪拌樁加土釘支護(hù)，攪拌樁長8．3 m，樁芯插入長5．5 m的48鋼管，加3排長5 m的壓漿鋼花管型土釘支護(hù)，土釘與水平面夾角10°，橫間距1．2 m，縱向間距1．0 m。平臺寬13．20 m;第二階坡高3．60 m，B2-C段坡率1∶0．5，坡面采用3排長4 m的土釘掛網(wǎng)護(hù)面，土釘與水平面夾角15°，橫間距1．2 m，縱向間距1．0 m。

(2)C-D、E-E1-F段剖面復(fù)合土釘墻支護(hù) C-D、E-E1-F剖面段設(shè)計(jì)為二階，坡高7．3 m，坡頂平均荷載設(shè)計(jì)值為15 kPa。第一階坡高2．60 m，采取放坡開挖，坡率1∶1;第二階坡高4．7 m，坑壁為砂土，垂直支護(hù)，樁頂平臺寬1．0 m，采用單排水泥攪拌樁加土釘支護(hù)，攪拌樁長6．5 m，樁芯插入長5．5 m的48鋼管，設(shè)置4排長7 m的壓漿鋼花管型土釘，土釘與水平面夾角10°，縱橫間距1．2 m。

(3)G1-H-H1剖面復(fù)合土釘墻支護(hù)加放坡 G1-HH1剖面段坡高7．3 m，坡頂平均荷載設(shè)計(jì)值為15 kPa。采用水泥攪拌樁復(fù)合土釘墻支護(hù)，二階放坡，第一階樁頂2．0 m放坡開挖，坡率1∶1．0，坡面采用非注漿土釘掛網(wǎng)護(hù)面，樁頂平臺寬1．0 m;第二階坡高5．3 m，垂直開挖，采用單排水泥攪拌樁加土釘支護(hù)，攪拌樁長7．0 m，樁芯插入長6．0 m48鋼管。4排長7 m的壓漿鋼花管型土釘，土釘與水平面夾角10°，縱橫間距1．2 m。

圖2 典型地段剖面圖Fig.2 Profile of typical area

3．4 土釘及砼面層設(shè)計(jì)

(1)噴錨支護(hù)施工步驟:基坑開挖—削坡—噴底層砼—土釘孔定位、成孔—安放土釘桿體—灌漿—吹洗坡面—編網(wǎng)—噴表層砼—砼養(yǎng)護(hù)。

(2)嚴(yán)格分層開挖，不可超挖和欠挖。開挖削坡后立即噴底層砼，每開挖一層施工一排土釘，分層開挖高度詳見圖2。

(3)噴錨支護(hù)應(yīng)分段施工，每段施工長度≤20 m，并采用間隔跳槽施工。

(4)基坑噴錨支護(hù)面板厚度為100 mm，土方開挖并修整坡面后立即噴射第一層砼厚30 mm，掛網(wǎng)后再噴射砼厚70 mm。土釘墻面層砼強(qiáng)度等級為C20，砼重量配比擬采用:水泥∶砂子∶礫石 =1∶2∶2．5(通過配比試驗(yàn)確定實(shí)際配比)，水泥用P0．32．5普通硅酸鹽水泥。

(5)鋼筋網(wǎng)片可用焊接或綁扎，網(wǎng)格允許誤差為±10 mm，鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)時(shí)每邊搭接長度不少于200 mm，若焊接則不少于網(wǎng)筋直徑的10 d。

(6)壓漿鋼花管型土釘，與水平夾角10°，采用鋼花管材料Q235，直徑48 mm，壁厚3．25 mm，間隔0．5 m設(shè)一道噴漿孔，孔口焊接角鋼保護(hù)，角鋼與錨管呈15°夾角、倒刺形，角鋼采用 Q235，L40，壁厚2．5 mm，長80 mm，頭部與加強(qiáng)鋼筋216橫向焊牢。為增強(qiáng)面層與土釘、錨桿的連接，設(shè)置2根長400 mm16鋼筋兩邊焊牢，土釘外露≥80 mm，按間距1 200(橫向)mm×1 200(縱向)mm密度設(shè)置。網(wǎng)筋采用6鋼筋，間距為200×200。土釘灌漿材料采用純水泥漿，水灰比0．4～0．5，灌漿為壓力注漿，注漿體應(yīng)飽滿密實(shí)。

(7)鉆機(jī)成孔鋼筋注漿全粘結(jié)型土釘?？讖?00 mm，與水平夾角15°，植入 HRP335級25鋼筋，頭部與縱橫加強(qiáng)鋼筋116焊牢。加強(qiáng)筋與土釘?shù)倪B接應(yīng)采用“L”形羊角筋加強(qiáng)，一邊焊接在桿芯上，另一邊焊接在加強(qiáng)筋上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)縱橫各二個(gè)。

(8)放坡段按設(shè)計(jì)坡率放坡后，采用8#鋼絲，間距200 mm×200 mm，加強(qiáng)筋12，縱向間距1 200 mm×1 200 mm，土釘長1 000 mm，為非注漿型土釘，垂直地面打入，頂部與加強(qiáng)筋焊接，噴砼50 mm。

4 結(jié)束語

本基坑工程已竣工2年多，基坑邊坡位移得到有效的控制，基坑開挖運(yùn)行全程進(jìn)行了變形監(jiān)測，至全部回填，最大水平位移48．6 mm，最大累積沉降50．4 mm。復(fù)合土釘墻在止水方面也有較好效果，在基坑開挖至坑底標(biāo)高的過程中未出現(xiàn)漏滲水現(xiàn)象。此工法比樁錨支護(hù)或樁撐支護(hù)節(jié)省了50%以上的費(fèi)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果，質(zhì)量得到了保障。對于坑壁存在流砂或淤泥的情況下，基坑支護(hù)形式可采用復(fù)合土釘墻，它能有效地減少攪拌樁墻體的寬度，僅雙排攪拌樁就能有效地止水止淤，在攪拌樁中插筋能有效地增加樁體的抗彎及抗剪能力，彌補(bǔ)土釘墻圍護(hù)在側(cè)向抗彎及抗剪能力中的不足，并產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。對于有一定覆蓋層的承壓水可以采取減壓井降低水頭即可。此工程實(shí)例為類似基坑圍護(hù)施工提供了借鑒。

［1］ SGJ05－96，深圳地區(qū)建筑深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］．