河南信息南廣場基坑支護技術(shù)

何俊照， 李云安， 金玉玲， 宋 黑， 梁 東

(1.中國地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉，湖北 武漢 430074； 2.河南省地礦建設(shè)工程〈集團〉有限公司，河南 鄭州 450007； 3.河南省地質(zhì)環(huán)境勘查院，河南 鄭州 450007； 4.河南省地礦局測繪地理信息院，河南 鄭州 450007)

1 工程概況

1.1 工程基本概況

河南信息南廣場工程位于鄭州市金水路以南英協(xié)路西側(cè),地面以上為地面廣場，地下為2層地下空間工程,北側(cè)緊貼已建成河南信息廣場大樓，與其地下停車場每層均通過預(yù)留洞口相連。該工程長126.9 m，寬99.0 m，框架結(jié)構(gòu)，采用天然地基梁筏基礎(chǔ)，基坑開挖深度11.0 m，基坑支護結(jié)構(gòu)的安全等級為一級，支護結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1。

1.2 基坑周邊環(huán)境條件

本基坑工程東側(cè)北段緊鄰英協(xié)路,基坑底邊線距離外墻2.0 m，墻外2.3 m為國防電纜線，埋深1.0 m；東側(cè)南段為工程項目部辦公用房(1層)距離4.0 m；北側(cè)緊鄰已建成河南信息廣場大樓(高13層,基礎(chǔ)基底標(biāo)高為-8.5 m，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)),部分緊貼大樓地下室邊線，最遠距離3.5 m；西側(cè)為銀基王朝售樓部,基坑底邊線距離外墻22.0 m、距離售樓部36.0 m; 南側(cè)為空地,可放置建筑材料，基坑周邊環(huán)境見圖1。

1.3 場地工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件

工程場地地形平坦，地貌單元為黃河沖積平原，場區(qū)表層為填土，其下為第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)沖洪積地層，與基坑支護降水相關(guān)的地層自上而下為：①填土，稍密；②粉土，稍密-中密；③粉土，中密-密實，局部地段夾薄層粉砂；④粉質(zhì)粘土，軟塑-可塑；⑤粉土，中密-密實，有砂感；⑥粉質(zhì)粘土，軟塑-可塑；⑦粉土，中密-密實，局部夾薄層粉砂；⑧含有機質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰、灰黑色，軟塑-可塑，局部含較多腐殖質(zhì)；⑨中砂，中密-密實；⑩粉質(zhì)粘土，可塑-硬塑；粉土，中密-密實。與基坑支護有關(guān)的各土層物性指標(biāo)及力學(xué)參數(shù)詳見表1。

表1 基坑支護各土層計算參數(shù)取值

工程場地地下水位類型為潛水，補給來源主要為大氣降水，20世紀(jì)90年代以前場區(qū)附近地下水位為0.5～1.0 m，近年由于鄭州東部大規(guī)模建設(shè)開發(fā)降水影響水位大幅下降，施工期間地下水位埋深約9.0 m，年變幅0.5～1.0 m。由于地下水水位埋藏較淺，應(yīng)采取降水措施。

2 基坑支護的關(guān)鍵點及難點

本基坑工程基坑開挖面積較大、開挖深度較深、基坑周邊環(huán)境較復(fù)雜、地下水潛水量較豐富，如何在基坑支護開挖過程中有效控制因基坑開挖等因素引起基坑周邊的位移，盡量減小對基坑周邊建筑的影響，確?；又苓叺耐馏w及建(構(gòu))筑物安全穩(wěn)定，是本次基坑支挖開挖工程的關(guān)鍵點。

而基坑北側(cè)緊貼已建成河南信息廣場大樓，在其基底以下(-8.5 m)尚需再開挖2.5 m，雖然其基底以下采用了鉆孔灌注樁樁基礎(chǔ)方案，還需考慮南側(cè)面臨界面開挖11 m引起的側(cè)向失穩(wěn)問題，及下部開挖引起的樁間土擾動影響樁基整體穩(wěn)定性和承載力，如何確保已建成大樓安全是該基坑工程的難點之一；施工過程中發(fā)現(xiàn)基坑?xùn)|側(cè)污水管道及場地內(nèi)自備化糞池存在較嚴重的漏水情況，在基坑開挖過程中發(fā)現(xiàn)該部位支護結(jié)構(gòu)頂部發(fā)生較大位移，如何確保該部位支護結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，預(yù)防并控制該部位基坑?xùn)|側(cè)英協(xié)路路面的不均勻沉降，確保支護結(jié)構(gòu)及道路管線的安全，也是該基坑支護工程的難點。

3 基坑支護方案

3.1 基坑支護方案選擇

基坑支護應(yīng)滿足保證基坑周邊建(構(gòu))筑物、地下管線、道路的安全和正常使用，保證主體地下結(jié)構(gòu)的施工空間[1]。堅持安全第一，確?；娱_挖及地下室施工全過程基坑邊坡及周邊環(huán)境的安全穩(wěn)定的前提下，盡可能降低工程造價的設(shè)計原則。按照設(shè)計原則及關(guān)鍵點和難點，考慮本工程現(xiàn)狀及需要著重解決的問題，根據(jù)本工程基坑的具體情況，綜合考慮施工的可能性和場地的工程地質(zhì)條件、施工期間可能的氣候條件，安全、經(jīng)濟、工效幾方面，針對不同條件分別采用不同的支護方案[2-6]：基坑工程東側(cè)(CD段)北段由于有人防工程，距離東邊道路(英協(xié)路)較近，無放坡空間，確定基坑?xùn)|側(cè)北段(人防部分)采用樁錨聯(lián)合支護方案(1-1′剖面)；基坑南側(cè)(EA段)為空地，西側(cè)(AB段)距離已建建筑物較遠，東側(cè)(DE段)距離1層建筑物(建設(shè)臨時用房)僅4.0 m，但跟建設(shè)方溝通后，1層建筑物要拆掉近4 m寬，因此有放坡位置，且1層建筑物為臨時用房，因此該3部位均采用微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護方案(2-2′剖面)；基坑北側(cè)(BC段)為已建成河南信息廣場大樓，上部8.5 m為地下室邊墻，下部為地基土，基礎(chǔ)型式為鉆孔灌注樁樁基礎(chǔ)，擬采用微型樁復(fù)合土釘墻支護方案(3-3′剖面)，為防止建筑物發(fā)生不均勻沉降，在建筑物垂直于基坑方向布置垂直觀測點并加強觀測頻率?；又ёo方案布置參見圖1。

3.2 基坑支護體系設(shè)計施工

3.2.1 樁錨支護方案(1-1′剖面)[7-10]

CD段采用樁錨支護方案，鉆孔灌注支護樁自地表下開始施工，樁徑800 mm，樁間距1.5 m，樁長21 m，沿基坑開挖邊線布置；?800 mm灌注樁主筋采用18?22，均勻配筋，主筋上部預(yù)留700 mm伸入冠梁；加強筋采用?16@2000；箍筋采用?8.0@200。澆注砼的標(biāo)號為C30。支護樁頂部采用冠梁連結(jié)，冠梁截面積800 mm×900 mm，配筋16?16，箍筋采用?8.0@200。澆注砼C30。共設(shè)3排預(yù)應(yīng)力錨索，分別位于-3.5、-6.0、-8.0 m處，錨索孔徑150 mm，水平間距1.5 m，傾角15°。錨索采用3-7?15.2型有粘結(jié)鋼絞線。各剖面單根預(yù)應(yīng)力錨索施加預(yù)應(yīng)力均為100 kN，并在基坑監(jiān)測中根據(jù)結(jié)果確定是否需要提高施加預(yù)應(yīng)力。并在錨索上下部及之間設(shè)置4排摩擦土釘或構(gòu)造土釘，以增加土體的總體抗剪強度，并增加對面層噴射砼鋼筋網(wǎng)的整體連結(jié)穩(wěn)定性。詳見圖2。

圖2 樁錨支護剖面圖

3.2.2 微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻設(shè)計方案(2-2′剖面)[11-13]

基坑?xùn)|側(cè)南段DE段、南側(cè)EA段及西側(cè)AB段采用微型樁預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護方案[2]。采用二級放坡并在中間設(shè)一平臺，平臺標(biāo)高-4 m,臺寬1.5 m,平臺上部及下部放坡比例均為1∶0.3。在二級平臺上施工微型樁，樁頂標(biāo)高-4.0 m，間距為1.0 m，樁徑150 mm，樁長為10.0 m，下入DN100×3 mm的鋼管，注漿壓力≮0.5 MPa，水灰比控制在0.45～0.50之間，每米水泥用量≮50 kg，微型樁內(nèi)填0.5～1.0 cm碎石，水泥結(jié)合體強度為C20。

共設(shè)7層土釘(錨桿)，垂直間距1.4～1.5 m，水平間距1.5 m，傾角為15°，使用洛陽鏟成孔，成孔直徑100 mm。其中第3排和第5排為預(yù)應(yīng)力錨桿，采用Φ25 mm螺紋鋼，長度15 m，腰梁采用16號槽鋼；土釘采用Φ20 mm螺紋鋼，長度7～12 m。坡面掛網(wǎng)的分布網(wǎng)片筋采用?6.5@250 mm×250 mm格式布置，加強筋采用Φ16@1500 mm×1500 mm縱橫布置。噴射砼采用PC 32.5級復(fù)合硅酸鹽水泥，砂子采用中砂，且砂的含水率控制在5%～7%，石子用堅硬、耐久、雜質(zhì)少的碎石，且最大粒徑一般不應(yīng)大于10 mm。噴射砼的面層強度為C20，配合比一般采用水泥∶砂∶碎石質(zhì)量比為1∶2∶2，水灰比為0.4～0.5。詳見圖3。

圖3 微型樁預(yù)應(yīng)力錨索復(fù)合土釘墻支護剖面圖

3.2.3 微型樁復(fù)合土釘墻支護方案(3-3′剖面)

經(jīng)過計算，側(cè)向失穩(wěn)滿足安全要求，但需密切加強觀測。本側(cè)只需考慮樁間土的穩(wěn)定即可，因此本側(cè)采用微型樁加短土釘復(fù)全土釘墻支護方案。共布設(shè)1排微型樁，樁長4.5 m，間距1.0 m；2排土釘，長度均為5 m，縱向間距1.3 m，水平間距1.5 m。其他參數(shù)同2-2′剖面相關(guān)參數(shù)。微型樁及土釘水平間距施工時根據(jù)大樓基礎(chǔ)下的鉆孔灌注樁樁間距進行適當(dāng)調(diào)整。詳見圖4。

圖4 微型樁復(fù)合土釘墻支護剖面圖

4 基坑降水方案

基坑工程施工期間場地地下水位埋深9.0 m，基坑基底深度位于水位以下，因此基坑開挖前需要基坑降水工作。降水方案需快速有效的使地下水位降至基坑底0.5～1.0 m以下，水頭標(biāo)高至少需降至11.5～12.0 m。要有效控制降水深度和幅度，在滿足基坑開挖要求前提下，根據(jù)現(xiàn)場情況合理布置降水井點和管井，減少由于水位下降引起的地面沉降等不良地質(zhì)現(xiàn)象；充分考慮場地的水文地質(zhì)條件并準(zhǔn)確計算基坑涌水量，保證基坑降水效果的前提下，盡量降低降水施工費和降水運行成本。

根據(jù)現(xiàn)場條件，綜合采取管井降水局部配合輕型井點降水措施進行基坑降水。根據(jù)周邊已有施工經(jīng)驗，結(jié)合降水分析計算結(jié)果，管井布置考慮到場地類型，且采取控制水位降水以降低對周邊環(huán)境的影響，同時避免未來施工封井問題，故在具體布置時沿基坑周邊及中心布置，按照22.5～30 m間距布設(shè)(見圖5)，在基坑周邊設(shè)置22眼降水井，管井深度25 m，成井時以進入第⑨層中砂層，適當(dāng)加深或減淺，抽水時基坑內(nèi)維持水位11.5～12.0 m。由于施工期間跨越雨季，基坑頂部也要做好截水排水工作，防止雨水倒灌基坑。

圖5 降水平面布置圖

5 基坑工程現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果及局部變形異常應(yīng)急處理

根據(jù)基坑安全等級及周邊環(huán)境條件，共布設(shè)16個基坑監(jiān)測點，分別對北部已建成大樓及基坑支護結(jié)構(gòu)坡頂進行水平位移及豎向位移觀測，并對基坑深層土體及錨索內(nèi)力進行監(jiān)測，對周邊道路、管線及建筑物進行變形觀測[2]。其中坡頂水平位移及豎向位移監(jiān)測結(jié)果詳見表2。

表2 基坑工程監(jiān)測累計最大水平位移及豎向位移值 mm

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，樁錨支護結(jié)構(gòu)及北側(cè)已建大樓邊側(cè)基坑支護開挖期間水平位移及豎向位移值均很小，累計最大變形值均小于10 mm；復(fù)合土釘墻除基坑?xùn)|南角部位外，其他部分累計水平位移均小于35 mm，累計豎向位移均小于40 mm，也滿足變形要求?；?xùn)|南角部分(監(jiān)測點C1-C5)坡頂變形量較大，累計水平位移最大值(C1點)達到153.1 mm，累計豎向位移最大值(C1點)達到161.78 mm，分析其原因是施工期間發(fā)現(xiàn)東南部外側(cè)污水管道及臨時化糞池出現(xiàn)較嚴重漏水導(dǎo)致該部位基坑側(cè)壁第③、④、⑤層粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂層坡面漏水。施工期間該部位工程降水一直未完全達到預(yù)期，基坑開挖至-5 m時，在監(jiān)測值達到報警值并出現(xiàn)基坑坡面?zhèn)缺诼┧?，根?jù)場地實際情況綜合采用基坑外側(cè)施工2排水泥注漿孔注漿堵漏，并局部加插2排輕型井點配合降水。第6、7 排土釘施工期間受影響由于土層含水未能較好成孔，采用花管樁代替土釘施工，為確?；影踩?，又增加1排微型樁，增加3排花管樁，降水及支護施工均取得了比較理想的結(jié)果。后期該部位監(jiān)測結(jié)果趨于穩(wěn)定。應(yīng)急處理支護方案詳見圖6。

圖6 基坑?xùn)|側(cè)應(yīng)急處理支護方案變更圖

6 結(jié)語

(1)隨著地下空間的大幅開發(fā)利用，基坑工程得到了極大發(fā)展，越來越多的基坑支護技術(shù)被采用和完善，針對不同的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境條件及其他因素條件有針對地制定不同的支護方案，能在確?；庸こ贪踩那闆r下有效降低工程成本和工期，實現(xiàn)基坑工程的高效率優(yōu)化設(shè)計和施工。

(2)樁錨支護方案在施工場地不能進行放坡開挖及施工條件受到限制的城市密集區(qū)被經(jīng)常采用。其支護體系主要由一系列排樁和錨桿組成，其中排樁為擋土體系，采用預(yù)應(yīng)力錨桿(索)取代基坑支護內(nèi)支撐為支撐體系，給支護排樁提供錨拉力，以減小支護排樁的位移與內(nèi)力，并將基坑的變形控制在允許的范圍內(nèi)，其安全系數(shù)大、變形小，安全可靠。

(3)在允許適當(dāng)放坡的情況下采用微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻是鄭州同類基坑的首選方案，微型樁進行超前支護可有效減少基坑變形、減小放坡空間，預(yù)應(yīng)力錨桿可控制變形、增加邊坡穩(wěn)定性，復(fù)合土釘墻支護方案在確保基坑安全及變形控制滿足要求的情況下造價較低，更加經(jīng)濟。

(4)基坑支護開挖期間應(yīng)加強監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)變形異常情況應(yīng)立刻暫停施工，綜合采用多種有針對性的處理措施進行應(yīng)急處理。方可確?；又ёo開挖工程安全。