環(huán)形支撐在天津南港軟土地區(qū)深基坑中的應(yīng)用

□文/陳 功 張苗苗

環(huán)形支撐在天津南港軟土地區(qū)深基坑中的應(yīng)用

□文/陳 功 張苗苗

以天津南港地區(qū)某工程為例，對(duì)其所在區(qū)域的場(chǎng)地條件、周邊環(huán)境及工程地質(zhì)條件進(jìn)行了具體的分析，提出灌注樁加環(huán)形支撐的支護(hù)方案，充分發(fā)揮了環(huán)形支撐將所受外力大部分轉(zhuǎn)化為軸力的優(yōu)勢(shì)，有效控制了支護(hù)體系的變形并對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)具體參數(shù)進(jìn)行了比選，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的跟蹤證明了支護(hù)方案的合理性。

基坑；支撐體系；軸力；變形

天津?yàn)I海新區(qū)普遍存在深厚的淤泥質(zhì)粘土層，厚度5～11 m，流塑狀態(tài)，高壓縮性及觸變性，給深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工帶來了很大難度，因此，選擇合理的支護(hù)形式對(duì)基坑安全性、經(jīng)濟(jì)性及施工工期尤為重要。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體主要通過支擋結(jié)構(gòu)承擔(dān)坑外水平水土壓力，環(huán)形支撐能夠?qū)⒆饔糜谥误w系的外力轉(zhuǎn)化為軸力，同時(shí)充分利用混凝土抗壓性能優(yōu)勢(shì)，有效地減小支撐數(shù)量，加大了施工空間，同時(shí)也減小了基坑位移。

1 工程概況

主體總長(zhǎng)38.95 m，總寬 27.2 m，見圖1，基坑深度11.9 m?；?xùn)|側(cè)距現(xiàn)狀路58 m；南側(cè)距現(xiàn)狀路距離為80 m，其余方向?yàn)榭盏?，無現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物。

工程地質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 土性參數(shù)

主要軟弱土層巖性特征：①3近期沖填土，灰色，流塑狀態(tài)；土質(zhì)不均，夾粘土薄層，含有機(jī)質(zhì)，局部夾粉土薄層，分布穩(wěn)定；⑥2淤泥質(zhì)粘土，灰色，流塑狀態(tài)，土質(zhì)不均，夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土薄層，含貝殼碎片，分布穩(wěn)定。

勘察期間測(cè)得場(chǎng)區(qū)地下水穩(wěn)定水位埋深為0.5～1.6 m，變幅在0.50～1.00 m/a左右。

2 支護(hù)方案選型

2.1 基坑特點(diǎn)

根據(jù)前述主體外形、環(huán)境及地質(zhì)情況，總結(jié)該基坑具有以下特點(diǎn)：

1）周圍環(huán)境簡(jiǎn)單，距現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物較遠(yuǎn)，有局部放坡開挖場(chǎng)地；

2）基坑開挖深度范圍存在6.5 m厚淤泥質(zhì)粘土層，抗剪強(qiáng)度較低；

3）基坑外形的長(zhǎng)寬比較小。

2.2 支護(hù)樁型選型

根據(jù)該基坑規(guī)模及環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合天津地區(qū)常用基坑支護(hù)型式，適宜的基坑支護(hù)樁類型主要有鋼板樁、SMW工法樁、灌注樁3類。

1）鋼板樁?；由疃?1.9 m，表層土為沖填土，流塑狀態(tài)、抗剪強(qiáng)度低，不適宜深度放坡，因支護(hù)深度大，開挖深度范圍為淤泥質(zhì)土層且樁嵌入范圍內(nèi)土層較軟弱，抗剪強(qiáng)度低，計(jì)算支護(hù)樁嵌入深度大，采用常用的12 m樁長(zhǎng)遠(yuǎn)不能滿足基坑整體穩(wěn)定性要求；另外，由于鋼樁剛度小、變形大，拔樁時(shí)易擾動(dòng)主體地基引起構(gòu)筑物沉降，故不適宜于本工程。

2）工法樁。同時(shí)具有支護(hù)及止水帷幕功能，但其剛度相對(duì)較小，存在拔樁擾動(dòng)主體地基的問題，同時(shí)，由于工程量小，工法樁進(jìn)場(chǎng)費(fèi)用相對(duì)較高，所以不適用于本工程。

3）灌注樁?？筛鶕?jù)受力及變形要求選擇合適的樁徑、間距及配筋，剛度較大，承擔(dān)土壓力能力較強(qiáng)，變形較小，無拔樁工況，不會(huì)擾動(dòng)主體地基，故適用于本工程。

2.3 支撐選型

由于主體構(gòu)筑物外形長(zhǎng)寬比較小，基坑外形可選矩形及圓形兩種，結(jié)合工程具體情況并通過計(jì)算，兩種基坑形狀皆可行，但各有優(yōu)缺點(diǎn)。

1）矩形基坑。占地面積小，支護(hù)樁用量相對(duì)較少，需設(shè)腰梁和內(nèi)支撐，增加了鋼筋混凝土量，為保證施工操作面，盡量加大支撐間距，導(dǎo)致腰梁彎矩偏大，配筋量高；同時(shí)，由于支撐長(zhǎng)度大，為保證支撐受壓穩(wěn)定，需設(shè)立柱，施工操作面小。

2）圓形基坑。占地面積稍大，支護(hù)樁用量較矩形多，不需設(shè)支撐，僅設(shè)環(huán)形冠梁和環(huán)形支撐即可，使施工場(chǎng)地開闊，減小了施工周期。另外，由于環(huán)形將外力基本都轉(zhuǎn)化為軸力，故環(huán)形冠梁、支撐基本為軸心受壓構(gòu)件，可充分利用混凝土抗壓強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)，故配筋量低。

兩類基坑形狀特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性比較，在不考慮施工周期優(yōu)勢(shì)的前提下，圓形基坑較方形基坑節(jié)省投資約10%，同時(shí)，結(jié)合本工程場(chǎng)地開闊的有利條件，采用放坡減載、灌注樁加環(huán)形冠梁、環(huán)形支撐的支護(hù)方案，見圖2和圖3。

3 降水措施

由表1可知，基坑影響深度范圍的地基土為不透水或微透水層，對(duì)施工降水的影響根據(jù)JGJ 120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行了驗(yàn)算，結(jié)果表明，降水井影響半徑約為7.0～8.0 m，同時(shí)，工程無臨近現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物，故采用敞開式降水方案，在支護(hù)樁內(nèi)側(cè)設(shè)降水井，基坑外側(cè)設(shè)截水井，并在開挖前進(jìn)行預(yù)降水，減小了施工難度，節(jié)省了止水帷幕的投資，由于提前降水促進(jìn)了軟土的固結(jié)，從而增加了支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。

4 施工跟蹤及監(jiān)測(cè)結(jié)果

工程實(shí)施過程中從基坑開挖至基坑回填期間對(duì)環(huán)形冠梁、支撐軸力，支護(hù)樁位移及坑底隆起等參數(shù)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，見表2。

表2 計(jì)算數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較

結(jié)果表明，環(huán)形支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移開挖至坑底時(shí)達(dá)到最大并保持穩(wěn)定且小于理論豎向計(jì)算數(shù)值；環(huán)形冠梁、支撐基本為軸心受壓構(gòu)件，實(shí)際發(fā)生軸力小于計(jì)算值；坑底隆起量集中發(fā)生在基坑開挖至基底高程初期1～2 d內(nèi)，后期無繼續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論

1）支護(hù)樁型中灌注樁工程適應(yīng)性好，剛度大，適用于軟土地基及變形控制嚴(yán)格的基坑支護(hù)工程。

2）主體構(gòu)筑物長(zhǎng)寬比較小的情況下，圓形基坑從支撐受力、增大施工作業(yè)面及經(jīng)濟(jì)性等方面由于方形基坑。

3）開挖深度范圍存在深厚淤泥質(zhì)土的情況下，不采用止水帷幕而采用預(yù)降水的措施是可行的。

4）環(huán)形基坑的實(shí)際水平位移值較理論計(jì)算小，內(nèi)力以軸力為主，環(huán)形基坑施工中應(yīng)注意周邊挖土高度及荷載的對(duì)稱性。

［1］劉建航，侯學(xué)淵．基坑工程手冊(cè)［M］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

［2］劉國(guó)寶．大直徑環(huán)形內(nèi)支撐體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)與計(jì)算方法研究［J］．現(xiàn)代交通技術(shù)，2010，（6）：73-75.

［3］王建中，周光熙．對(duì)基坑環(huán)形支撐系統(tǒng)的幾點(diǎn)探討［J］．地基基礎(chǔ)工程，2008，（9）：40-43.

□張苗苗/天津城建設(shè)計(jì)院。

TU753

C

1008-3197（2013）05-19-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2013.05.007

2013-04-08

陳 功/男，1975年出生，高級(jí)工程師，天津開發(fā)區(qū)建設(shè)工程管理中心，從事工程施工及監(jiān)督管理工作