蕪湖市某深基坑支護工程實例分析

王李曼，傅菊根

(安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 232001)

近年來，隨著城市發(fā)展腳步的加快，人們對土地的利用率不斷提高。高層乃至超高層建筑鱗次櫛比，各種市政道路管線縱橫交錯，同時城市地下空間的開發(fā)也隨之逐步向更深處發(fā)展。然而，深基坑開挖過程中難免會遇到周邊場地狹窄，場區(qū)環(huán)境復雜等工程難題。由此可見，在越來越復雜的城市環(huán)境中，深基坑支護技術正面臨新的挑戰(zhàn)。

樁錨支護是將護坡樁與土層錨桿相結合的一種支護方法，它是在巖石錨桿理論研究比較成熟的基礎上發(fā)展起來的一種擋土結構，安全經(jīng)濟的特點使它廣泛應用于邊坡和深基坑支護工程中［1］。蕪湖市地處長江南岸，位于長江與青弋江的交匯處，境內(nèi)整體地勢呈東南高、西北低之勢，雖屬長江沖擊平原地形，但由于受地貌單元的控制，其地質條件比較復雜［2］。在蕪湖地區(qū)，樁錨支護體系已發(fā)展得較為成熟。本文以蕪湖市外經(jīng)廣場地下車庫的深基坑支護工程為例，探討了較復雜場地條件下，針對不同支護面，樁錨體系的具體應用情況。

1 工程概述

1.1 工程概況

安徽外經(jīng)建設有限公司擬在蕪湖市利民路與弋江中路交口西北側興建億萬多商業(yè)街工程。主樓地上20 層，裙房4 層，地下室2 層，建筑總高度約80m，框架結構?！?.00 相當于絕對標高9.45m，場地平均相對標高在0.0～－1.0 m 左右，基坑開挖深度以地面至外墻下筏板底高差為準，即計算基坑開挖深度為8.95～9.05 m。主樓及裙房局部為鉆孔樁筏板基礎，裙房大部為抗浮錨桿筏板基礎?；右詧鼋鱾纫皇姓浜瓰榻绶譃樯虡I(yè)A和商業(yè)B 二車庫，外圍方形狀不規(guī)則，商業(yè)A 基坑圍護周長約為290 m，商業(yè)B 基坑圍護周長約為636.6 m。

場地及環(huán)境概況:中部穿越場地的排水箱涵，此箱涵亦為商業(yè)A 和商業(yè)B 兩個地下室的分界線;西側紅線外為居民小區(qū)場地;北側為二幢現(xiàn)有保留商業(yè)建筑(樁基礎);東側整體上距用地紅線的距離較小，紅線外20 m 左右為弋江中路高架，紅線內(nèi)外有數(shù)個高壓入地檢查井，場地環(huán)境整體較為復雜(見圖1)。

1.2 工程地質及水文地質條件

由于該基坑深度較大，場地環(huán)境較復雜，因此在施工前進行了詳細的地質勘察。通過對本工程巖土工程勘察報告分析，得到該場地土層物理力學性質指標(見表1)。

表1 土層物理力學性質指標

擬建場地上部填土分布不勻，②1層、②2層局部分布，工程性質一般;③層粘土分布稍有起伏，工程性質良好，④層粘土與粉質粘土互層均勻性一般。故整體判定地基土均勻性一般。

根據(jù)本次鉆探揭露，擬建場地①層雜填土中、②1層粉質粘土和②2層粘土(粉質粘土)表部埋藏有上層滯水，一般無穩(wěn)定的自由水面，主要受大氣降水和地表水滲入補給，地下水位埋深0.7～1.9 m;⑤層中埋藏有少量層間水，與青弋江聯(lián)系密切;⑥層及以下埋藏有少量裂隙水，水量一般。根據(jù)環(huán)境水文地質條件分析，地下水及土對混凝土及混凝土結構中鋼筋具有微腐蝕性，對鋼結構具有弱腐蝕性。

2 基坑支護設計

2.1 工程分析

1)場地地質條件除上部回填土部位較差外，下部土質為硬質粘土，土質條件較好。

2)擬建場地①層雜填土埋藏有上層滯水型地下水，由大氣降水和地表水滲入補給，地下水位埋深0.7～1.9 m，因而在開挖前無需降水，對于局部上層滯水可采取明溝排水及坡面引流的方法將其疏干。

3)圍護體系選用鉆孔灌注樁。原因在于鉆孔灌注樁施工工藝比較成熟，作為圍護樁其圍護剛度略低于地下連續(xù)墻、強于SMW 工法，但其造價要比地下連續(xù)墻低得多。另外由于施工場地大、有利于鉆孔灌注樁在施工過程中的泥漿處理，可大大減少污染［3］。場地第二層各亞層土，粉性較嚴重。廣泛分布在基坑開挖深度范圍內(nèi)，故需要采取可靠的止水帷幕措施。如果處理不當，基坑開挖時極易產(chǎn)生塌方、流砂等現(xiàn)象，故設計考慮在鉆孔灌注樁外側采用雙軸水泥土攪拌樁作為止水帷幕，同時可增加圍護體的整體擋土效果。

4)本基坑外部環(huán)境較復雜，周邊場地較狹窄。基于這種情況，要首選能夠有效控制支護結構和坑外土體變形的支護方式。樁錨支護體系的優(yōu)點是支護結構和支撐體系共同組成一空間結構體系，來承擔坑外側土壓力與地面超載作用，排樁將各自獨立的支護樁通過樁頂冠梁連結成一個整體，二者再與支撐構成一個空間受力體系，使各構件的受力更合理［4］。因此，整體采用樁錨支護體系，再針對保護排水箱涵、北側自建保留建筑和東側市政道路做出具體的設計方案

2.2 關鍵部位的設計方案

2.2.1 中部穿越場地的排水箱涵 此處箱涵亦為商業(yè)A 和商業(yè)B 兩個地下室分界線。根據(jù)建設單位規(guī)劃，本剖面商業(yè)B 先行施工，故設計安排如下:1)先施工N1 并鎖定;2)商業(yè)B 地下室施工至地面后，首先在商業(yè)B 支護樁及墻間填充灰土(夯實)至箱涵頂，填土面鋪100mm 厚C10 防水混凝土，然后再進行商業(yè)A 的開挖及N2 預應力錨桿的施工。

箱涵左側2.4 m 處為AB 段鉆孔樁，右側3.4 m處為CD 段鉆孔樁。鉆孔樁參數(shù):Φ800 間距1 600;樁身混凝土C30;樁身長L=11.50 m;主筋為16 根Φ18 的HRB335，均勻通長布筋;樁頂預留筋長度660 mm;加強筋為Φ16 的HRB335 間距2 000;箍筋為Φ8 的HPB235 間距200;保護層厚度50 mm;樁底端位于土質較好的④土層。第一道錨桿，對錨錨桿N1，位于樁頂標高向下1.56 m 處，由兩根Φ18的HRB335 構成，L=10.6 m，開孔孔徑150 mm，對鎖，雙向施加預應力80 kN;第二道錨桿，預應力錨桿N2，位于N1 標高向下2 m 處，由兩根Φ18 的HRB335 構成，L=15 m，其中自由段長6 m，施加預應力90 kN。為了加強對CD 段及商業(yè)B 地下室外墻的支撐作用，在標高－7.06 m 處設1:0.6 的土坡，并用鋼管N3(L=4500 mm;Φ=48 mm;間距1 600 mm)作為錨管護坡。冠梁與撐梁設計及樁錨設計分別如圖2～圖3所示。

經(jīng)驗算，基坑的整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=2.066＞1.1;抗傾覆安全系數(shù)Ks=4.276 ＞1.2?？孤∑鸢踩禂?shù):由太沙基公式得Ks=2.856≥1.15;由普朗德爾公式得Ks=2.521≥1.1。各項均滿足規(guī)范［5］要求。

2.2.2 與基坑北側邊線相鄰的二幢現(xiàn)有保留商業(yè)建筑 該側基坑邊緣距原有建筑基礎樁較近，且此處設有行車通道。為了確保基坑開挖以及車輛行駛不會引起原有建筑基礎的過大位移，除樁頂以上采用大坡率放坡措施外，對回填土進行壓密注漿加固，以增強土體力學性能，降低主動土壓力。深基坑雙排樁支護是近幾年發(fā)展起來的一種新型的支護結構，與其它支護結構體系相比較，雙排樁支護形式具有良好的側向剛度，可有效限制支護結構的側向變形［6］。因此車道北側采用雙排樁進行強化支護。

樁頂以上1∶1 坡比放坡，并用Φ48 間距1 500的錨管進行土坡加固。樁錨體系中，預應力錨桿N1位于樁頂標高下1m 處，三道錨桿縱向間距為2 m，水平間距為1.6 m，鉆孔孔徑均為300，均由兩根Φ22的HRB335 構成，長度均為14.5 m。其中N1 自由段長為6 m，N2、N3 自由段長為5 m，從上到下分別施加預應力80 kN、100 kN、100 kN。雙排鉆孔樁，樁間距2 m，樁長11.2 m。樁錨設計如圖4所示。

經(jīng)驗算，基坑的整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=2.201＞1.1;抗傾覆安全系數(shù)Ks=3.693≥1.2;隆起量:δ=74 mm;抗隆起安全系數(shù):由太沙基公式得Ks=3.037≥1.15;由普朗德爾公式得Ks=2.688≥1.1。各項均滿足規(guī)范要求。

2.2.3 東側紅線內(nèi)外的數(shù)個高壓入地檢查井 該側支護難點為以下兩點:①該側支護線長達220 m;②距離用地紅線距離較小，紅線外20 m 左右為弋江中路高架，紅線內(nèi)外側分布有1 萬伏高壓電纜檢查井及管溝。二者對支護變形能力要求高。為增強本剖面支護抗變形能力，采取以下措施綜合應對:①抬高支護樁樁頂標高;②沿支護樁外側一定距離增加雙排樁，以加大支護體的剛度。

預應力錨桿同入地高壓電纜垂直安全作業(yè)距離不小于1 m。在右側樁樁頂標高向下1.2 m 處設第一道錨桿。三道錨桿縱向間距均為1.8 m，水平間距均為1.6 m，分別施加預應力120 kN、110 kN、100 kN。N1 由兩根Φ22 的HRB335 構成，N2、N3均由兩根Φ18 的HRB335 構成。左側樁長13.4 m，右側樁長12.4 m。樁錨設計如圖5所示。

經(jīng)驗算基坑的整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=2.326＞1.1;抗傾覆安全系數(shù)Ks=4.930≥1.2;各項均滿足規(guī)范要求。

3 監(jiān)測結果分析

本工程基坑支護分為A、B 兩個區(qū)域。擬采用如下的施工順序:在平面上先開挖B 區(qū)、B 區(qū)回填后再開挖A 區(qū)。A 區(qū)開挖的土方不外運，將此部分土方回填至B 處地下室(A、B 兩個區(qū)域的鉆孔灌注樁和冠梁可同時施工);在立面上先施工超前支護的深層攪拌樁止水帷幕和壓密注漿、次施工冠梁以上部分的土釘墻、再施工鉆孔灌注樁及冠梁、最后施工預應力錨桿;基坑開挖完畢后，應迅速進行土方回填，并且做好支護樁與地下室結構之間的土方夯實工作，同時應重視該階段的土體深層位移監(jiān)測，避免土體產(chǎn)生過量位移。

通過對各剖面圍護樁在不同工況下側向位移的長期監(jiān)測，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析篩選，繪制出了各剖面圍護樁的典型側向位移圖。位移情況如圖6所示。

從圖6a 可以看出，由于對錨錨桿N1 雙向施加預應力，對樁頂起到了加固作用，所以樁頂位移出現(xiàn)較小的正值，基底有微小位移，工況1 至工況2位移穩(wěn)步微量增加，工況3 在基底附近出現(xiàn)了較大位移，可能原因有兩個:①預應力錨桿距坑底距離較大，對基坑壁的支撐作用到坑底時已較弱;②遇到軟弱土層。針對這一情況，施工時在坑底位置處設坡比1∶0.6 高約3.5 m 的土臺，進行了加固。

從圖6b 與圖6c 可以看出，各工況的位移趨勢基本一致，時空效應明顯。從工況1 至工況3，圍護樁側向變形隨基坑開挖深度的增大而逐步增大。從工況4 開始，由于底板的澆筑基本完成，各道錨桿與圍護樁已形成整體，開始發(fā)揮作用，工況3 至工況4 的側向位移已趨于穩(wěn)定。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總分析，坡頂水平位移最大值為10.3 mm，樁頂水平位移最大值為2.5 mm，各剖面的水平位移情況均在可控制范圍內(nèi)。地面及基底豎向位移均在10 mm 以內(nèi)，基坑整體變形較小。施工期間，周邊建構筑物的不均勻沉降較小，經(jīng)現(xiàn)場觀察，也未出現(xiàn)明顯裂縫，基坑開挖并未影響到周邊建構筑物的正常使用。

4 結語

深基坑開挖過程中，基坑側壁土體位移、支護結構受力變形、地下水位變化等與基坑支護結構形式、基坑開挖施工過程密切相關。

1)鉆孔灌注樁結合雙軸水泥土攪拌樁形成的圍護體系，側向剛度大，對基坑壁的側向位移起到了一定的控制作用，較好的保護了周邊環(huán)境，且安全經(jīng)濟便于施工。

2)大坡率放坡與錨管護坡形成的土釘墻體系與對錨樁錨體系、雙排樁樁錨體系等支護體系有效結合，結構受力合理，支護效果顯著。對錨的設計，同時控制了商業(yè)A 和商業(yè)B 兩處地下室外墻的側向位移，較好地保護了穿越場地的箱涵;雙排樁強化支護與壓密注漿加固回填土相結合的設計對坑邊保留建筑的保護取得了很好的效果;抬高樁頂標高同時增加雙排樁的設計，有效解決了支護線長、抗變形能力弱的問題，對沿高架的高壓入地檢查井起到了較好的保護作用。該工程為蕪湖地區(qū)同類工程積累了經(jīng)驗，具有一定的參考價值。

［1］楊生彬，王曉義，朱艷艷.北京市某深基坑支護工程實錄［J］.巖石力學與工程學報，2007，26(S2):4 471－4 476.

［2］濮仕坤，楊慶恒，潘駿.蕪湖市水文地質劃分及勘察實踐［J］.江蘇建筑，2012(3):19－23.

［3］姜晨光，基坑工程理論與實踐［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2009:175－178.

［4］李寶平，張玉，李軍.樁錨式支護結構的變形特性研究［J］.地下空間與工程學報，2007(3):1 291－1 294.

［5］中華人民共和國行業(yè)標準編寫組.JGJ 120－2012 建筑基坑支護技術規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［6］衛(wèi)建軍，孫利亞.雙排樁支護結構的應用研究［J］.中國安全生產(chǎn)科學技術，2011(7):155－158.