樁錨支護(hù)在匯通國際基坑中的應(yīng)用

孫 廣 燦

(北京華宇工程有限公司，北京 100120)

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樁錨支護(hù)在匯通國際基坑中的應(yīng)用

孫 廣 燦

(北京華宇工程有限公司，北京 100120)

結(jié)合葉縣匯通國際工程實(shí)例，分析了該工程的周邊環(huán)境與水文地質(zhì)條件，確定了排樁支護(hù)方案和地下水治理措施，探討了支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算方法，旨在保證基坑工程的安全穩(wěn)定性。

基坑，支護(hù)結(jié)構(gòu)，排樁，地下水

1 工程概況

葉縣匯通國際商住區(qū)總占地約16.5畝，由住宅樓及其裙房、地下車庫組成，2層地下車庫?；娱L140 m，寬70 m，支護(hù)面積5 500 m2，開挖深度13 m，屬一級(jí)基坑。

該基坑位于葉縣商業(yè)地帶，周邊臨近樓房、道路。北靠縣委招待所，南鄰糧食局，昆陽大道及新建路位于場地東西兩側(cè)，周邊南側(cè)較多2層民房，周邊環(huán)境復(fù)雜。

2 工程及水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告資料，場地地貌單元屬河流相沖積平原地貌單元，地層主要由雜填土、粉質(zhì)粘土、粉砂、細(xì)砂、卵石、粘土等組成，較穩(wěn)定。

2.1 地層介紹

①層雜填土：黃褐色為主。上部主要為建筑垃圾，下部主要為粘性土，見少量植物根系，稍濕。結(jié)構(gòu)松散。厚度1.26 m。

②層粉質(zhì)粘土：褐黃色。見鐵錳銹斑點(diǎn)及少量鈣質(zhì)結(jié)核。稍有光澤，韌性中等，干強(qiáng)度中等，無搖震反應(yīng)。硬可塑。厚度2.72 m。

③層粉質(zhì)粘土：褐黃色。含少量鈣質(zhì)結(jié)核。稍有光澤，韌性中等，干強(qiáng)度中等，無搖震反應(yīng)?？伤堋浰?。厚度3.48 m。

④層鈣質(zhì)結(jié)核：灰黃色～灰白色，鈣質(zhì)結(jié)核含量50%～70%，粒徑一般1.0 cm～5.0 cm，最大超過10 cm，充填硬可塑粉質(zhì)粘土。該層分布普遍，層位穩(wěn)定。飽和，中密。平均厚度0.99 m。

⑤層粘土：灰黃色～棕黃色。含較多鐵錳質(zhì)銹黃斑及結(jié)核，夾少量灰綠色粘土團(tuán)塊及條帶。有光澤，干強(qiáng)度高，韌性大。分布普遍。稍濕，可塑～硬塑。厚度1.52 m。

⑥層粉砂：灰黃色～灰白色。砂粒主要礦物成分為石英、長石，含粉質(zhì)粘土團(tuán)塊，局部相變?yōu)橛菜軤罘圪|(zhì)粘土薄夾層。飽和，中密。厚度1.79 m。

⑦層細(xì)砂：灰黃色～灰白色。主要礦物成分為石英、長石，局部含少量硬塑狀粘性土及中密粉砂團(tuán)塊，局部相變?yōu)橛菜軤罘圪|(zhì)粘土薄層。飽和，中密～密實(shí)。厚度4.36 m。

⑧層卵(礫)石：黃褐色。主要顆粒為石英砂巖、灰?guī)r，粒徑多小于5 cm，亞圓形，顆粒不均勻，級(jí)配較好。充填物10%～20%硬塑粘土。飽和，密實(shí)。厚度1.93 m。

⑨層粘土：灰綠色～棕黃色，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，鈣核含量由上向下漸少至無，具灰綠色粘土條帶，有光澤、韌性高，干強(qiáng)度高、無搖震反應(yīng)。硬塑～堅(jiān)硬。

2.2 場地水文資料

根據(jù)勘察報(bào)告及施工時(shí)的實(shí)測資料，場地地下水初見水位約在地面下6.5 m左右，穩(wěn)定水位埋深在自然地面下約6.00 m(施工時(shí)實(shí)測)。場地地下水類型為潛水，該潛水略具承壓性。主要賦存于④層粉質(zhì)粘土、⑤層鈣質(zhì)結(jié)核、⑥層粉砂、⑦層細(xì)砂及⑧層卵石中，其下部粘土為弱透水層，主要接受大氣降水及地表水滲流補(bǔ)給，以人工取水、蒸發(fā)及徑流等方式排泄。

3 基坑支護(hù)方案分析

方案設(shè)計(jì)初期，考慮了兩種支護(hù)形式，一種是高壓旋噴樁插型鋼方案，另一種是排樁方案。高壓旋噴樁插型鋼方案相對(duì)較為經(jīng)濟(jì)，但根據(jù)場地水文、地質(zhì)條件，細(xì)砂及卵石層較厚，地下水較豐富，考慮到高壓旋噴樁插入型鋼較困難，成樁可靠性較差，故將其排除，采用排樁方案。

3.1 排樁支護(hù)方案

排樁預(yù)應(yīng)力錨桿適用于開挖深度較大、變形控制較嚴(yán)格的基坑工程[1]。通過對(duì)本基坑工程的特點(diǎn)、地質(zhì)條件和周邊環(huán)境的分析，綜合考慮支護(hù)造價(jià)、施工工期和坑內(nèi)環(huán)境等因素，并結(jié)合平頂山地區(qū)的基坑支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，選用如下方案：北側(cè)及西側(cè)采用上部2.5 m左右自然放坡，下部樁錨支護(hù)；南側(cè)東部上部5 m采用復(fù)合土釘墻，下部采用樁錨支護(hù)；南側(cè)西部及西側(cè)采用上部6 m左右土釘墻，下部采用樁錨支護(hù)，其中支護(hù)樁采用鉆孔灌注樁，上部錨索采用鉆孔錨索，下部2排～3排采用旋噴錨索。這種綜合支護(hù)技術(shù)既兼顧了錨噴支護(hù)和樁錨支護(hù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也避免了各自的缺點(diǎn)，顯然該方案既安全又經(jīng)濟(jì)。在樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)中，灌注樁及鉆孔錨索的施工工藝在平頂山地區(qū)已經(jīng)非常成熟，而在地下水位以下的粉、細(xì)砂層鉆孔錨索成孔難且費(fèi)用大，而旋噴錨索解決了這些問題，不但施工工藝簡單、經(jīng)濟(jì)而且錨索承載力高。但旋噴錨索施工工藝在平頂山地區(qū)的使用卻不多見，通過本工程中的試驗(yàn)及使用，克服了錨索在地下水位以下砂層中成孔難的技術(shù)難題，錨索承載力也超過了預(yù)期效果。

3.2 地下水治理

1)基坑側(cè)壁止水。根據(jù)本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，基坑降水較深會(huì)引起地面沉降，從而可能造成建筑物的開裂，影響其正常使用，故本次采用高壓旋噴樁(三管法)進(jìn)行止水，但基坑外側(cè)水位較高會(huì)對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施加較大的側(cè)向水壓力，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的增加，使支護(hù)成本增大，所以對(duì)基坑外側(cè)也進(jìn)行少量降水，外側(cè)將水位降至地面下8.5 m，內(nèi)側(cè)降至基底下1 m。止水帷幕頂標(biāo)高為-8.7 m，底標(biāo)高至⑨層粘土。高壓旋噴樁直徑不小于1 m，與灌注樁咬合。

2)基坑降水。因基坑開挖面積較大，決定采用井點(diǎn)降水的形式[2]?；咏邓捎霉芫邓?，基坑外降水井間距約15 m，基坑內(nèi)降水井間距為25 m，井深20 m，井徑0.3 m。

根據(jù)JGJ 120—2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程7.3[3]計(jì)算，基坑外降水井間距約15 m，基坑內(nèi)降水井間距為25 m，井深20 m，井徑300 m，并設(shè)4口觀察井。

3.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的樁錨支護(hù)計(jì)算方法如等值梁法、靜力平衡法等采用大量的假設(shè)條件，計(jì)算方法復(fù)雜，許多工況與實(shí)際情況不太相符，計(jì)算得到的彎矩、剪力、位移的點(diǎn)很少，不利于優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工中的復(fù)合監(jiān)控。本工程采用的是m法，該方法是基于地基系數(shù)的有限差分法來計(jì)算支擋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移，利用計(jì)算程序，極大的簡化了計(jì)算過程。本次計(jì)算采用了彈性土壓力模型和經(jīng)典法土壓力模型，模型設(shè)計(jì)見圖1。經(jīng)典土壓力所計(jì)算的土壓力一般偏大，故得到的最大彎矩偏于安全，然后利用彈性土壓力模型核算樁體最大彎矩、剪力及變形，計(jì)算結(jié)果見圖2。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，基坑側(cè)壁的最大位移為19 mm，滿足周邊建筑物、管線對(duì)變形的控制要求。

支護(hù)樁設(shè)計(jì)按彎矩、剪力最大處配筋，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，支護(hù)樁主筋18φ20，箍筋d8@100。設(shè)計(jì)內(nèi)力見表1。

表1 設(shè)計(jì)內(nèi)力取值表

3.4 錨桿的設(shè)計(jì)

根據(jù)安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便的原則，細(xì)砂層以上的錨桿采用鉆孔注漿型錨桿，細(xì)砂層及其以下難以成孔的地層采用旋噴錨桿。錨桿設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的具體參數(shù)見表2。

表2 錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)

3.4.1 整體穩(wěn)定

計(jì)算方法：瑞典條分法；應(yīng)力狀態(tài)：總應(yīng)力法；條分法中的土條寬度:0.40 m。

滑裂面數(shù)據(jù)：整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=2.060；圓弧半徑R=11.225 m；圓心坐標(biāo)X=-0.233 m，圓心坐標(biāo)Y=4.194 m。

3.4.2 抗傾覆計(jì)算

抗傾覆安全系數(shù):

其中，Mp為被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩,對(duì)于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定;對(duì)于錨桿或錨索，支點(diǎn)力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值；Ma為主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩。注意：錨固力計(jì)算依據(jù)錨桿實(shí)際錨固長度計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算，最小安全系數(shù)Ks=2.193≥1.250,滿足規(guī)范要求[3]。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在該計(jì)算剖面處，水平位移僅7 mm，比計(jì)算的19 mm小的多，樁錨支護(hù)方案在設(shè)計(jì)和施工上是成功的，保證了建筑物地下結(jié)構(gòu)的施工和周邊環(huán)境的安全。

4 結(jié)語

基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該先做好現(xiàn)場原始資料的收集工作，特別是周邊環(huán)境的調(diào)查，一定要反映現(xiàn)場的真實(shí)情況，這樣才能為設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)，做出的設(shè)計(jì)圖紙才能有效的指導(dǎo)施工。

細(xì)節(jié)決定成敗，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的細(xì)部及構(gòu)造在施工圖紙上反映出來，只有設(shè)計(jì)出來的施工圖能夠有效的指導(dǎo)施工，才能保證基坑的安全運(yùn)行。

樁錨支護(hù)方案適用于周邊環(huán)境復(fù)雜、基坑開挖深度大、地質(zhì)條件差的工程，能夠有效的保證周邊環(huán)境的安全，是一種經(jīng)濟(jì)可靠、安全、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的首選方案，但其對(duì)施工技術(shù)要求高，需要在施工開始前制定詳細(xì)的施工方案，在施工中做到監(jiān)測的實(shí)時(shí)性，并及時(shí)將施工中遇到的問題、監(jiān)測的數(shù)據(jù)提供給設(shè)計(jì)，做到信息化施工。

[1] DBJ 41/139—2014,河南省基坑工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 龔曉南.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[3] JGJ 120—2012,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

The pile anchor supporting application in Huitong international foundation pit

Sun Guangcan

(Beijing Huayu Engineering Co., Ltd, Beijing 100120， China)

Combining with Huitong international engineering examples of Yexian County, the paper analyzes the surrounding environment and hydrogeological conditions in the project, identifies the campshed support scheme and underground harness measures, and explores the design and calculation methods for the support structures, so as to ensure the safety and stability of the foundation pit projects.

foundation pit, support structure, campshed, underground water

1009-6825(2017)08-0075-02

2017-01-05

孫廣燦(1983- )，男，工程師

TU463

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