多邊形深基坑支護(hù)方案的應(yīng)用探討

李亮，高智，石燕霞

（山東省華魯工程總公司，山東 濟(jì)寧 272100）

1 基坑概述

1.1 工程概況

聊城市五星百貨工程由振華集團(tuán)開發(fā)，為實(shí)行規(guī)模化戰(zhàn)略，振華集團(tuán)擬投入巨資擴(kuò)建改造，建筑面積由原來的3.66萬km2增至7.39萬km2。此次基坑支護(hù)工程為原五星百貨擴(kuò)建部位的基坑，基坑開挖深度為9.05m，東西長約95m，南北寬約60m。基坑南側(cè)為原五星百貨大樓，東側(cè)為居民小區(qū)，西側(cè)和北側(cè)為交通要道。因場(chǎng)地地層較軟，極易造成基坑周圍土體下沉，影響周圍道路管線及建筑物安全使用（附基坑平面示意圖），施工有一定難度。

圖1 基坑平面示意圖

1.2 場(chǎng)地地質(zhì)概況（表1）

表1 地質(zhì)情況一覽表

2 基坑支護(hù)方案的選擇

2.1 支護(hù)方案的比選

該工程基坑施工有如下特點(diǎn)：①工期緊；②要嚴(yán)格控制造價(jià)；③基坑外部空間小，坑壁要盡可能直立；④地下水位較淺，因此基坑降水、支護(hù)、開挖必須同步兼顧，協(xié)調(diào)考慮。

以上工程實(shí)況是選擇支護(hù)方案的基本前提，因此尋求技術(shù)上合理、可行，經(jīng)濟(jì)上可接受，工期上能滿足要求的支護(hù)方案成為所追求的目標(biāo)。

根據(jù)該工程的地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)的情況，結(jié)合聊城地區(qū)基坑支護(hù)的施工經(jīng)驗(yàn)，該基坑支護(hù)可采用：

方案一：鋼筋混凝土灌注樁；

方案二：地下鋼筋混凝土連續(xù)墻；

方案三：旋噴樁結(jié)合鋼筋混凝土灌注樁止水帷幕－自鉆式預(yù)應(yīng)力錨桿－土釘墻－噴射混凝土深基坑支護(hù)。

對(duì)以上三種方案，我們從成本、質(zhì)量安全保證、對(duì)環(huán)境的影響以及工期等方面進(jìn)行了對(duì)比和選擇，見表2。

表2 三種支護(hù)方案對(duì)比

經(jīng)過綜合比對(duì)，我們決定按第三套方案進(jìn)行施工。

3 施工前的安全計(jì)算

基坑深度－9.05m，支護(hù)樁外側(cè)3m范圍內(nèi)地面荷載按照0.00kN／m2考慮，3～8m范圍內(nèi)地面荷載按照10kN／m2考慮。由于合理的簡化，同時(shí)運(yùn)用先進(jìn)的基坑支護(hù)計(jì)算軟件，其計(jì)算過程嚴(yán)密無漏洞，經(jīng)過專家評(píng)審，獲得了專家的一致肯定。本基坑支護(hù)計(jì)算運(yùn)用軟件為“理正深基坑支護(hù)F－SPW5.2版”?，F(xiàn)節(jié)選部分計(jì)算結(jié)果如下（表3）。

抗傾覆安全系數(shù) 1.584

整體穩(wěn)定計(jì)算方法瑞典條分法

整體穩(wěn)定安全系數(shù)：2.754

滑移面圓心座標(biāo)（m）x＝1.421，y＝－0.673

半徑R＝8.448m

經(jīng)驗(yàn)算支護(hù)設(shè)計(jì)符合要求，安全可靠。

4 基坑的施工

施工順序?yàn)椋盒龂姌督Y(jié)合鋼筋混凝土灌注樁的止水帷幕→土方分層分段開挖→噴錨支護(hù)→挖至土方平衡面→樁基礎(chǔ)施工→土方繼續(xù)開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高→噴錨支護(hù)。本工程的特點(diǎn)之一是工期緊，而且建設(shè)單位要求盡量節(jié)省造價(jià)。經(jīng)過反復(fù)研究和比較，決定對(duì)基坑不同支護(hù)面根據(jù)周邊條件選擇最合理支護(hù)形式，基坑南部與東部緊鄰建筑物，無放坡空間，且要保證基坑開挖過程中對(duì)地下水的控制，采用旋噴樁與鋼筋混凝土灌注樁形成止水帷幕，外加預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)模式，即可有效地對(duì)基坑支護(hù)，又能夠防止對(duì)周邊建筑的影響；基坑的北側(cè)與西側(cè)距離道路有一定距離，可以采用放坡土釘墻的形式進(jìn)行支護(hù)，既到達(dá)支護(hù)目的又節(jié)省了工期。支護(hù)形式詳見圖1和圖2。

表3 基坑支護(hù)安全計(jì)算

現(xiàn)將施工工藝及質(zhì)量控制簡述如下：

4.1 支護(hù)樁施工

按照設(shè)計(jì)圖紙測(cè)量放線用短鋼筋標(biāo)注支護(hù)樁樁位。

通過查看地質(zhì)勘探資料和現(xiàn)場(chǎng)勘踏、支護(hù)樁試打，作必要的地下障礙物挖除工作，挖除區(qū)域稍作場(chǎng)地平整，滿足挖掘機(jī)樁機(jī)行走。

鉆孔機(jī)就位時(shí)，必須保持平穩(wěn)，不發(fā)生傾斜、位移，為準(zhǔn)確控制鉆孔深度，應(yīng)在機(jī)架上或機(jī)管上作出控制的標(biāo)尺，以便在施工中進(jìn)行觀測(cè)、記錄。

調(diào)直機(jī)架挺桿，對(duì)好樁位，開動(dòng)機(jī)器鉆進(jìn)、出土，達(dá)到控制深度后停鉆、提鉆。鉆到預(yù)定的深度后，必須在孔底處進(jìn)行空轉(zhuǎn)清土，然后停止轉(zhuǎn)動(dòng)；提鉆桿，不得回轉(zhuǎn)鉆桿?？椎椎奶撏梁穸瘸^質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要分析原因，采取措施進(jìn)行處理。鉆進(jìn)過程中散落在地面上的土，必須隨時(shí)清除運(yùn)走。

圖2

吊放鋼筋籠：吊放鋼筋籠時(shí)，要對(duì)準(zhǔn)孔位，吊直扶穩(wěn)，緩慢下沉，避免碰撞孔壁。鋼筋籠放到設(shè)計(jì)位置時(shí)，應(yīng)立即固定。遇有兩段鋼筋籠連接時(shí)，應(yīng)采取焊接，以確保鋼筋的位置正確，保證層厚度符合要求。

4.2 降水井的施工

采用井點(diǎn)降水，在基坑四周以及中間布置40個(gè)φ550mm的降水井排水。降水井采用工程鉆機(jī)成孔，安放鋼筋籠外包砂網(wǎng)。由于場(chǎng)地的東南及東北角在－14m左右有一層粗砂及礫砂層，為防止挖孔樁施工時(shí)出現(xiàn)流砂、涌砂現(xiàn)象，該位置的降水井深至18m，其余為8～10m不等。另外，在基坑的外圍設(shè)6個(gè)觀測(cè)井，為基坑土方開挖觀測(cè)水位變化提供依據(jù)。在整個(gè)施工過程中，落實(shí)專人負(fù)責(zé)抽水，保證不間斷抽水。

4.3 土方開挖

為確保噴錨支護(hù)施工的各開挖層段的整體穩(wěn)定性，土方分層分段跳挖，每段開挖寬度為15～20m，充分利用未開挖土體的壓力達(dá)到保持噴錨支護(hù)整體穩(wěn)定的目的。

土方開挖時(shí)，嚴(yán)格控制分層開挖的深度，應(yīng)盡量減少錨桿施工的超挖深度。

4.4 錨桿施工

錨桿采用鉆探用無縫鋼管D50鉆桿，熱扎stmr780鋼，中間鉆孔后壁厚6.5mm，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長3m。錨頭為螺旋錨頭，長1000mm、外直徑120mm。錨桿總長為13m，鉆桿采用中間接錐螺紋連接。錨桿采用專用錨桿機(jī)打入后進(jìn)行壓力灌漿，壓力灌漿后設(shè)置連續(xù)腰梁，腰梁采用2道槽鋼，型號(hào)為28c，灌漿養(yǎng)生5天后用預(yù)應(yīng)力張拉機(jī)對(duì)錨桿進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉鎖定。

1～5排錨桿：①傾角：10°；②錨桿標(biāo)高：第一排－1.5m，第二排－3.0m，第三排－4.5m，第四排－6.0m，第五排－7.5m；③錨桿間距：1.5m；④預(yù)應(yīng)力：100kN。

錨桿成孔采用 MD－50型鉆機(jī)，成孔直徑150mm，錨桿施工應(yīng)與開挖緊密配合，土方開挖應(yīng)先在坑周挖出錨桿施工用約6m寬的邊槽。

土方開挖邊槽時(shí)，量測(cè)標(biāo)高，并在圍護(hù)樁上拉線做記號(hào)。鉆機(jī)就位時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確，底座應(yīng)墊平。成孔采用連續(xù)鉆進(jìn)工藝，干成孔。錨桿采用MD－50型鉆孔成孔。成孔至設(shè)計(jì)深度后，進(jìn)行注漿，待孔口冒漿時(shí)，注漿完畢。錨張拉鎖定在注漿體強(qiáng)度達(dá)到15MPa后進(jìn)行，錨具為QM錨具，用YC－100型穿芯工千斤頂、電動(dòng)油泵加荷鎖定。鎖定張拉系統(tǒng)事先經(jīng)過標(biāo)定，并用此油壓表的讀數(shù)換算成張拉壓力進(jìn)行控制。在鎖定過程中，采用錨桿拉力計(jì)進(jìn)行校核。為確保工程安全，每個(gè)錨桿張拉到設(shè)計(jì)抗拔力的120%后，放松到70%設(shè)計(jì)抗拔力進(jìn)行鎖定。腰梁緊貼鋼管樁，采用2根28c槽鋼，用鐵件焊為一體，錨頭部分為200×200×140mm的墊片。錨桿正式張拉之前，應(yīng)取0.3～0.6設(shè)計(jì)軸力，對(duì)錨桿預(yù)張拉1～2次，使其各部位的接觸緊密，錨桿完成平直。錨桿張拉荷載分級(jí)及時(shí)間應(yīng)遵循有關(guān)規(guī)定。錨桿張拉與鎖定工作應(yīng)作好記錄。錨桿鉆進(jìn)速度嚴(yán)格控制在0.3～0.5m／min，回轉(zhuǎn)速度20～50N·m。錨桿注漿用水、水泥及其添加劑應(yīng)注意氯化物與硫酸鹽的含量，以防對(duì)錨桿的腐蝕。錨桿施工前根據(jù)要求和土層條件，選出合理的施工工藝。錨桿應(yīng)除油污、除銹，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸下料，每根長度誤差不大于50mm。錨桿按一定規(guī)律平直排列。注漿材料應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。水泥漿液配合比∶水泥∶水＝1∶1或0.7∶1。灰漿攪拌機(jī)內(nèi)每次投入量：水泥量＋水量＝0.25t＋0.137t。錨桿張拉前，應(yīng)對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。錨固體強(qiáng)度均大于15.0MPa時(shí)，方可進(jìn)行張拉。錨桿張拉應(yīng)按一定程序進(jìn)行，錨桿張拉順序，應(yīng)考慮鄰近錨桿的相互影響。

錨桿安放應(yīng)注意：錨桿放入鉆孔之前，應(yīng)檢查錨桿的質(zhì)量，確保錨桿組裝滿足設(shè)計(jì)要求。錨桿安放后不得隨意敲擊，不得懸掛重物。通過預(yù)應(yīng)力錨桿的預(yù)應(yīng)力以及二次注漿等施工方法，有效地控制了基坑的位移。整個(gè)基坑施工過程中，周邊的沉降位移均不大，并未影響到周邊的建筑物以及管線。

連系梁：在第三排和第五排預(yù)應(yīng)力錨桿處設(shè)置兩道連系梁，采用20槽鋼，使得施工方便快捷。槽鋼連系梁必須緊貼噴砼面，必須通長連接，確保預(yù)應(yīng)力錨桿張拉后整體受力，以加強(qiáng)基坑支護(hù)的整體穩(wěn)定性。

掛網(wǎng)噴砼：鋼筋采用φ15，加強(qiáng)筋采用φ16，鋼筋網(wǎng)在開挖面修好后立即鋪設(shè)，并通過加強(qiáng)筋將鋼筋網(wǎng)與錨桿體利用鎖定板焊接牢固。噴射細(xì)石混凝土應(yīng)分層自上而下進(jìn)行，后一層應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行噴射。噴射時(shí)應(yīng)將骨料充分?jǐn)嚢?，控制好水灰比?；炷翉?qiáng)度為C20，碎石粒徑不大于10mm，配合比為水泥∶砂∶石為1∶1∶2。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)錨桿施工

圖4 現(xiàn)場(chǎng)噴射混凝土

5 基坑支護(hù)觀測(cè)

5.1 地下水位觀測(cè)

通過基坑外的觀測(cè)井，每天專人用鋼尺丈量水位的變化，做好記錄，并描繪水位變化曲線。

5.2 水平位移觀測(cè)

在基坑的周邊每隔10～15m設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，由專人用經(jīng)緯儀監(jiān)測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移變化，每天不少于一次，并做好詳細(xì)記錄，描繪位移曲線。該工程施工至±0.00時(shí)，最大水位平位移為3.4mm。

5.3 沉降觀測(cè)

測(cè)點(diǎn)布置在周邊路面以及民房等永久建筑物上，每天由專人用水準(zhǔn)儀及目測(cè)方法進(jìn)行測(cè)量，做好記錄并描繪沉降曲線。

6 結(jié)語

聊城五星百貨擴(kuò)建工程基坑支護(hù)施工進(jìn)展順利，比合同要求工期提前10天，施工過程中無安全、質(zhì)量事故發(fā)生。地面道路和臨近建筑物等的沉降、位移，圍護(hù)樁樁體側(cè)向位移，圍護(hù)樁、錨桿的應(yīng)力變化，基坑外側(cè)土體側(cè)向位移等經(jīng)監(jiān)測(cè)，均在受控制范圍以內(nèi)。施工結(jié)束后會(huì)同業(yè)主和監(jiān)理公司，以及業(yè)主聘請(qǐng)的當(dāng)?shù)鼗又ёo(hù)專家對(duì)基坑支護(hù)工程質(zhì)量進(jìn)行了檢查驗(yàn)收，一次性驗(yàn)收合格。

［1］建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程，JGJ120－2012.

［2］建筑樁基技術(shù)規(guī)范，JGJ94－2008.

［3］建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范，GB50330－2013.

［4］建筑地基處理技術(shù)規(guī)范，JGJ79－2012.

［5］樁基工程手冊(cè)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995.