馬房隧道淤泥段基坑支護(hù)分析

祝 鑫

(廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司,廣東 廣州 510507)

0 引言

項目起點位于國道321線四會馬房與三水交界處，沿國道321走向，跨北江，采用下沉式隧道穿過迎賓大道，路線往西南方向偏離國道321線，終于國道321線新區(qū)富廊至端州前村段城市化改造工程，并設(shè)一座明挖下沉隧道，即馬房隧道。隧道位于肇慶市國道321線和迎賓大道交叉口，下穿迎賓大道。

隧道基坑平面上呈曲線長條形，基坑側(cè)壁長度為680 m，基坑開挖有效寬度(底寬)32.2 m～32.6 m，雨水泵房開挖寬度18.8 m。隧道開挖深度0.3 m～10.6 m，局部雨水泵房處開挖深度約15.4 m。

隧道為下穿銀湖大道的隧道，兩側(cè)存在多座磚混建筑物，魚塘及河道，基坑邊緣距三茂鐵路最小處距離約36 m，磚混建筑物對基坑安全存在較大影響。根據(jù)地勘報告，在隧道出口處K48+808～K49+038里程范圍基坑坑底有淤泥質(zhì)土分布，這一段的基坑變形對周圍建筑物影響較大，對基坑的變形和位移控制要求較高[1]，故須對此段基坑支護(hù)進(jìn)行重點分析。

1 淤泥段地質(zhì)條件

馬房隧道出口段K48+808～K49+038里程開挖范圍內(nèi)土質(zhì)，除地表為素填土外，下部依次為粉質(zhì)粘土、細(xì)砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土?；娱_挖高度范圍內(nèi)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的厚度為1.5 m～4.2 m，基坑底部的厚度為0 m～7.1 m。淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土具有高空隙比、天然含水量大、壓縮性較高、強(qiáng)度低、易壓縮變形和失穩(wěn)，下沉隧道基坑開挖排水易產(chǎn)生地面沉降和引起地面建筑物變形，隧道基坑開挖施工中，應(yīng)防止排水導(dǎo)致軟土壓縮變形，引起地面沉降，同時基坑側(cè)巖土層易沿軟土層處滑移，引起側(cè)壁垮塌。

2 淤泥段地基加固處理

根據(jù)馬房隧道主體結(jié)構(gòu)的尺寸和建筑材料，隧道封閉段要求地基承載力容許值不小于160 kPa，敞開段要求地基承載力容許值不小于100 kPa。

為解決基坑底部的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地基發(fā)生不均勻沉降和承載力不足的問題，須對基坑以下地基進(jìn)行加固處理。設(shè)計采用深層水泥土攪拌樁[2,3]處理，隧道里程K48+808～K48+898主體結(jié)構(gòu)為封閉段，地基承載力要求較高，所以采用裙邊滿堂+中部格柵型布置的形式，加固深度進(jìn)入基底淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土以下不小于1 m，以滿足承載力和施工后沉降的要求。隧道里程K48+898～K49+038主體結(jié)構(gòu)為敞開段，地基承載力要求較低，故采用裙邊滿堂+中部梅花形布置的形式，加固深度進(jìn)入基底5 m，以滿足基坑被動區(qū)強(qiáng)度的要求。地層加固采用單軸φ600 mm@400 mm水泥土攪拌咬合樁，具體布置見圖1,圖2，水泥土攪拌加固體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu28達(dá)到0.8 MPa；抗?jié)B系數(shù)小于10-7cm/s。

基坑底部地基加固之后，粘聚力、內(nèi)摩擦角均增大，其被動土壓力的抗剪強(qiáng)度也增大，滿足地基承載力所需值。

3 淤泥段降排水

基坑在開挖期間，地下水的降排非常重要，尤其是處于淤泥段的基坑，因為一旦降排水沒有做好，不僅會造成基坑的位移和變形，甚至?xí)斐苫咏Y(jié)構(gòu)性的破壞，直接坍塌。所以一般開挖情況下，要求地下水位至少比坑底低1 m?；拥慕蹬潘€包括基坑外的截水措施，設(shè)計過程中，通常會沿著基坑外側(cè)至坡頂大約100 cm處布置條形水溝，以達(dá)到減少水流進(jìn)入基坑的目的。在基坑底部，離基坑側(cè)壁邊線大約30 cm處再布置水溝，并且每隔40 m設(shè)置一個集水井。

基坑擋土側(cè)還需要設(shè)置止水帷幕進(jìn)行止水，一般止水帷幕可根據(jù)地質(zhì)條件和地下水分布情況選取水泥土攪拌樁或高壓旋噴樁。高壓旋噴樁具有單價高、機(jī)械操作高度小、止水效果好等特點。任一止水帷幕形式皆應(yīng)符合規(guī)范要求，并且達(dá)到基坑止水的效果。

所有的降排水措施實施后，仍需對基坑內(nèi)外的水位進(jìn)行監(jiān)測，防止水位變化導(dǎo)致地面的沉降。

4 淤泥段基坑支護(hù)分析

4.1 基坑設(shè)計原則

1)基坑設(shè)計使用年限：1年；

2)基坑設(shè)計必須與相應(yīng)的節(jié)點交通疏散方案相協(xié)調(diào)，盡量減少對節(jié)點交通的影響；

3)根據(jù)本基坑的規(guī)模和周邊構(gòu)筑物的情況，側(cè)壁安全等級為一級～二級，除基坑泵房處的安全等級為一級外，其余區(qū)段側(cè)壁安全等級均為二級，相應(yīng)基坑側(cè)壁重要性系數(shù)γ0=1.0；

4)邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)要求不小于1.3；

5)基坑頂?shù)孛娉d計算取值為20 kPa；

6)側(cè)壁安全等級為一級時，施工階段基坑最大變形控制在30 mm以內(nèi)；安全等級為二級時，基坑最大變形控制在50 mm以內(nèi)。

4.2 不同基坑支護(hù)類型比選

關(guān)于淤泥段的基坑支護(hù)，根據(jù)規(guī)范并結(jié)合工程經(jīng)驗初定兩個支護(hù)方案，重力式水泥土墻支護(hù)方案和排樁+支撐式支護(hù)方案。

經(jīng)過計算，重力式水泥土墻若要滿足基坑變形和抗傾覆要求，嵌入深度須達(dá)到10 m并且寬度要達(dá)到4 m以上，無論從造價上還是支護(hù)穩(wěn)定上比較都不能作為一個合適的方案，故采取排樁+支撐式支護(hù)方案。

4.3 支擋式結(jié)構(gòu)分析

淤泥段基坑采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)，鉆孔樁樁徑1.0 m，樁間距1.2 m，基坑頂部3 m范圍內(nèi)嚴(yán)禁堆載，此范圍外地面荷載取20 kPa進(jìn)行計算。擋土側(cè)使用直徑為60 cm間距為120 cm的雙管旋噴樁作為止水帷幕，并且進(jìn)入坑底不小于1.5 m。

結(jié)構(gòu)計算中選取淤泥段基坑最不利斷面K48+998作為分析對象。地基加固之后的粘聚力取值為80 kPa，內(nèi)摩擦角取15°，抗剪強(qiáng)度取值160 kPa。

基坑擋土側(cè)和開挖側(cè)支護(hù)圖見圖3。

1)結(jié)構(gòu)分析方法。

通過理正深基坑設(shè)計軟件(F-SPWV7.0版)選取最不利斷面進(jìn)行計算。計算過程中，主動土壓力采用朗肯土壓力計算，砂層按水土壓力分算考慮，其余土層按水土壓力合算考慮。支護(hù)相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 樁和支撐構(gòu)件的相關(guān)參數(shù)

2)整體穩(wěn)定性驗算。

采用瑞典條分法進(jìn)行計算，并且將土體劃分的條狀寬度取為1 m。

將數(shù)據(jù)代入下式[4]：

∑{cjlj+[(qjbj+ΔGj)cosθj-ujlj]tanφj}

安全系數(shù)為Ks=2.416≥1.300，整體穩(wěn)定性滿足。

3)抗傾覆穩(wěn)定性驗算。

抗傾覆安全系數(shù):

以基坑第二個鋼支撐為原點的抗傾覆穩(wěn)定驗算，如下式[5]:

即被動區(qū)的力矩與主動區(qū)的力矩之比。

最小的安全系數(shù)為Kt=1.772≥1.300,基坑抗傾覆穩(wěn)定性滿足。

4)抗隆起穩(wěn)定性驗算。

a.從基坑支護(hù)最底層開始向上每一層進(jìn)行抗隆起穩(wěn)定性的驗算，計算公式如下[4]：

基坑支護(hù)最底層：

Ks=1.840≥1.600，抗隆起穩(wěn)定性滿足。

深度27.100處，驗算抗隆起：

Ks=18.216≥1.600，抗隆起穩(wěn)定性滿足。

b.坑底抗隆起的計算，依據(jù)兩點，第一以最下層的支點作為轉(zhuǎn)動軸心，第二采用圓弧條分法，計算如下[4]：

Ks=2.150≥1.900，坑底抗隆起穩(wěn)定性滿足。

故K48+998斷面取灌注樁長度L=16 m的基坑，其整體穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和抗隆起穩(wěn)定性三個安全系數(shù)皆符合規(guī)范要求。

5 結(jié)語

基坑在遇到淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地基時，要保證基坑在整個施工完成過程中滿足規(guī)范要求，設(shè)計時必須重點考慮軟土地基的加固，基坑開挖降排水和基坑的支護(hù)形式選擇。從馬房隧道上述淤泥段基坑支護(hù)分析中可知：

1)下沉式隧道基坑底部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，采用深層水泥土攪拌樁處理，其布置形式可根據(jù)地基承載力的要求選擇裙邊滿堂+中部格柵型和裙邊滿堂+中部梅花型的布置形式。

2)若淤泥段基坑附近有建筑物時，不宜選擇重力式水泥土墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，而選擇灌注樁+內(nèi)支撐的方式可較好的控制基坑變形，且灌注樁的長度主要由坑底抗隆起穩(wěn)定性控制。

參考文獻(xiàn):

[1] 秦四清，萬林海，湯天鵬，等.深基坑工程優(yōu)化設(shè)計[M].北京:地震出版社,1998:27-28.

[2] 陳 磊，彭友民，曹新會.深層攪拌法處理地基[J].建井技術(shù),1998,20(4):40-44.

[3] 謝一振.深層攪拌樁進(jìn)行軟基處理的施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2001,21(10):33-34.

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

[5] GB 50007—2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].