砂卵石地層深基坑支護(hù)的施工應(yīng)用

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(陜西建工機(jī)械施工集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710032)

0 引言

城市的發(fā)展，使得土地高效利用，土地用寸土寸金形容最恰當(dāng)不過(guò)，合理的基坑支護(hù)方案可以使得土地利用做到最高。沿河區(qū)域的砂卵石層在基坑開(kāi)挖中不穩(wěn)定，極易坍塌，加之其地下水基本上都受河流補(bǔ)給，為動(dòng)水，越發(fā)給基坑開(kāi)挖帶來(lái)很大的安全隱患。采用大方坡開(kāi)挖固然安全，但其很大的放坡坡率也占用了很大的土地，增加了土方開(kāi)挖回填工程量，造成了很大的資源浪費(fèi)。西安浐灞商務(wù)中心三期配套車(chē)庫(kù)基坑開(kāi)挖中，合理的采用了鋼管土釘墻、護(hù)坡樁加預(yù)應(yīng)力鋼管錨桿支護(hù)方式，保證了基坑用地、確保了基坑安全，降低了施工費(fèi)用。

1 工程概況

西安浐灞商務(wù)中心三期配套車(chē)庫(kù)工程位于西安市浐灞生態(tài)區(qū)灞柳西路與東三環(huán)交匯處西北角，距離灞河直線(xiàn)距離約80余米，東側(cè)臨近西安地鐵3號(hào)線(xiàn)，基坑周邊有一期、二期的重要管線(xiàn)、地溝等。工程±0.000 m相當(dāng)于絕對(duì)高程390.800 m，基坑開(kāi)挖底標(biāo)高為-10.26 m，基坑開(kāi)挖深度約10.50 m。該工程分為主樓部分及通往一期、二期兩個(gè)車(chē)道，主樓車(chē)庫(kù)部分基坑開(kāi)挖開(kāi)口線(xiàn)長(zhǎng)約79 m、寬約55 m、面積約3 934.5 m2。通往一期的車(chē)道(2號(hào)車(chē)道)長(zhǎng)約60 m，基坑開(kāi)挖深度約7.2 m；通往二期的車(chē)道(1號(hào)車(chē)道)長(zhǎng)約20 m，基坑開(kāi)挖深度約10.5 m。

2 工程地質(zhì)概況

參考《巖土工程勘察報(bào)告》(詳勘)及該地區(qū)區(qū)域地質(zhì)資料，擬建場(chǎng)地地質(zhì)條件大致如下。

2.1 地層

根據(jù)鉆孔揭露，擬建工程場(chǎng)地在勘探深度25.0 m范圍內(nèi)地層主要為第四系堆積物，即由全新世人工填土、中粗砂、卵石及晚更新世沖積粉質(zhì)粘土夾薄層狀中砂組成。從上到下劃分4個(gè)工程地層，其組合關(guān)系見(jiàn)工程地質(zhì)剖面圖，地層描述如表1所示。

2.2 地基土主要工程性質(zhì)歸納

②中粗砂，中密，標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)測(cè)值N=24擊；

③卵石，密實(shí)，重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正后平均錘擊數(shù)N63.5=26擊；

④粉質(zhì)粘土，壓縮系數(shù)平均值a1-2=0.23 MPa-1，屬中壓縮性土；天然孔隙比e=0.649；天然含水量w=22.9%；飽和度Sr=95%；液性指數(shù)IL=0.38；

④1中砂，密實(shí)，標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)測(cè)值N=34擊。

2.3 地下水

根據(jù)勘察資料顯示，穩(wěn)定地下水水位埋深為2.2 m～9.5 m，相對(duì)高程382.79 m～383.88 m，屬年平均水期水位。場(chǎng)地地下水屬潛水類(lèi)型，據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，水位年變幅2.0 m左右。擬建場(chǎng)地抗浮設(shè)計(jì)水位建議按386.00 m考慮。

表1 地層描述綜合表

2.4 基坑支護(hù)及降水計(jì)算參數(shù)

基坑支護(hù)及降水計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 基坑支護(hù)及降水計(jì)算參數(shù)

基坑降水：其綜合滲透系數(shù)建議選用35 m/d～40 m/d。

基坑開(kāi)挖中，地質(zhì)情況與地勘報(bào)告揭示相符，基坑底部均位于③層卵石層。

3 基坑支護(hù)方案

3.1 基坑支護(hù)方案的選型

從技術(shù)、安全考慮，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)。

3.1.1主樓基坑支護(hù)選型

主樓基坑開(kāi)挖約10.5 m深，基坑開(kāi)挖側(cè)壁均處于砂卵石層，周邊受地鐵3號(hào)線(xiàn)及周邊博物館、管線(xiàn)、道路等限制，不具備放坡條件，此部分全部采用護(hù)坡樁加預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)方式。該地層上部均有12 m～15 m厚的砂卵石層，且地面見(jiàn)砂層，護(hù)坡樁采用沖擊錐成孔鋼筋混凝土灌注樁，預(yù)應(yīng)力錨桿采用擊入式鋼管作為錨桿，樁頂設(shè)置連續(xù)鋼筋混凝土冠梁，坡面采用噴射混凝土防護(hù)。

3.1.2兩個(gè)車(chē)道基坑支護(hù)選型

1號(hào)、2號(hào)車(chē)道開(kāi)挖深度約7.0 m～10.5 m深，基坑開(kāi)挖側(cè)壁均處于砂卵石層，周邊受施工場(chǎng)地影響，可接受的放坡距離也不大，此部分全部采用鋼管土釘墻支護(hù)方式。鋼管土釘均采用擊入式鋼管(花管)土釘，坡面采用噴射混凝土防護(hù)。

3.1.3基坑降水選型

根據(jù)地勘報(bào)告揭示，地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高為-7.0 m，屬年平水期，受灞河補(bǔ)給密切，據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，年水位變幅2.0 m左右，擬建場(chǎng)地抗浮設(shè)計(jì)水位為-4.8 m。基坑降水得降至約-11.0 m，降水降深約4.0 m，降水采用大口徑管井降水，并輔以坑內(nèi)明渠排水相結(jié)合的降水方案。

3.1.4主要施工工藝選擇

護(hù)坡樁采用沖擊錐成孔，土釘及預(yù)應(yīng)力錨桿采用擊入式鋼管，擊入設(shè)備采用錨桿鉆機(jī)攜帶風(fēng)鉆擊入鋼管。

3.2 主樓基坑四周(支護(hù)樁加預(yù)應(yīng)力錨桿)支護(hù)方案

此部分基坑開(kāi)挖深度約10.5 m深，采用鋼筋混凝土灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨桿，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)16 m，樁徑800 mm，樁間距1 600 mm，樁頂標(biāo)高為-2.10 m，根數(shù)172根，其中坡道內(nèi)側(cè)最西段3根樁樁長(zhǎng)為10.0 m。護(hù)坡排樁主筋為18φ22，加強(qiáng)筋φ14@2000，螺旋箍筋φ8@100 mm，鋼筋籠長(zhǎng)度為18.6 m，主筋保護(hù)層厚度為50 mm。樁頂部設(shè)置冠梁，尺寸為800 mm×600 mm，冠梁頂標(biāo)高均為-1.5 m，冠梁長(zhǎng)約278.4 m；冠梁主筋12φ16，箍筋φ8@200 mm。鋼筋保護(hù)層厚度均為50 mm。支護(hù)樁和冠梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C35。

AB段北側(cè)緊鄰基坑有一座高4.5 m的小山丘，先對(duì)小山丘進(jìn)行開(kāi)挖至大面標(biāo)高(約+0.300 m)處，開(kāi)挖范圍為基坑上口線(xiàn)外擴(kuò)2 m(此區(qū)域施工支護(hù)樁及降水井作業(yè)面)，然后對(duì)小山丘進(jìn)行1∶0.75的放坡，坡底距基坑上口線(xiàn)2 m,小山丘基坑支護(hù)采用鋼管土釘墻支護(hù)，面層采用80 mm厚C20噴射混凝土，鋼筋網(wǎng)片采用φ6.5@200×200 mm，鋼筋網(wǎng)片外沿土釘設(shè)φ14水平拉筋及斜拉筋，并設(shè)置3層鋼管土釘，土釘水平及豎向間距均為1.5 m，土釘長(zhǎng)度均為6 m，土釘采用擊入式鋼管土釘(1φ48壁厚3 mm無(wú)縫鋼管)，傾角15°，基坑頂翻沿寬度1 m，地錨鋼筋1φ14@1 500 mm，L=1 000 mm。

AB段基坑-3.0 m及-6.0 m處設(shè)置兩道預(yù)應(yīng)力錨桿，其余支護(hù)樁段基坑-3.5 m及-6.5 m處設(shè)置兩道預(yù)應(yīng)力錨桿。預(yù)應(yīng)力錨桿采用擊入式鋼管(1φ48壁厚5 mm無(wú)縫鋼管)長(zhǎng)12 m，自由段5 m，固定段7 m，預(yù)應(yīng)力鎖定值80 kN，傾角15°。

冠梁頂(即-1.5 m以上)至自然地面(約+0.30 m)之間采用1∶0.8放坡掛網(wǎng)素噴支護(hù)，支護(hù)樁部分基坑支護(hù)面層采用80 mm厚C20噴射混凝土，鋼筋網(wǎng)片采用φ6.5@200×200 mm，鋼筋網(wǎng)片外豎向1.5 m間距設(shè)φ14水平拉筋，水平拉筋與支護(hù)樁采用φ14膨脹螺栓連接?；禹敺貙挾? m。

腰梁采用2根18a槽鋼雙拼組合腰梁。鋼管端部焊接400 mm長(zhǎng)φ30螺桿，腰梁外設(shè)置200 mm×200 mm×20 mm鋼墊板，螺帽采用2個(gè)30螺帽。

3.3 1號(hào)車(chē)道支護(hù)(鋼管土釘墻)方案

此部分基坑開(kāi)挖深度約10.5 m深，基坑支護(hù)采用鋼管土釘墻支護(hù)，放坡坡度1∶0.6，在-5.0 m處設(shè)置1.5 m寬的二臺(tái)。土釘采用1φ48壁厚3 mm普通焊接鋼管，設(shè)置6層，土釘水平及豎向間距均為1.5 m，長(zhǎng)6 m，傾角15°。鋼筋網(wǎng)片采用φ6.5@200×200 mm，鋼筋網(wǎng)片外沿土釘設(shè)φ14水平及斜向拉筋；地錨鋼筋1φ14@1 500 mm，L=1 000 mm，基坑頂翻沿寬度1 m。基坑支護(hù)面層采用80 mm厚C20噴射混凝土。

3.4 1號(hào)車(chē)道支護(hù)(鋼管土釘墻)方案

此部分基坑開(kāi)挖深度約7.0 m深，基坑支護(hù)采用鋼管土釘墻支護(hù)，放坡坡度1∶0.5。土釘采用1φ48壁厚3 mm普通焊接鋼管，設(shè)置4層，土釘水平及豎向間距均為1.5 m，長(zhǎng)6 m，傾角15°。鋼筋網(wǎng)片采用φ6.5@200×200 mm，鋼筋網(wǎng)片外沿土釘設(shè)φ14水平及斜向拉筋；地錨鋼筋1φ14@1 500 mm，L=1 000 mm，基坑頂翻沿寬度1 m?；又ёo(hù)面層采用80 mm厚C20噴射混凝土。

3.5 基坑降水方案

基坑降水采用管井降水與坑內(nèi)明渠輔助排水相結(jié)合的降水方案，降水井沿灞河段布置較密，間距約為8 m，其余各段間距8 m～12 m，二期車(chē)道口個(gè)別井間距20 m，實(shí)際施工中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可小距離偏移。降水井沿基坑上口線(xiàn)外翻1 m布置31口井，基坑中部布置2口降水井(兼做觀(guān)測(cè)井)，共計(jì)布置33口降水井。降水井成孔直徑為0.7 m,濾水管外徑500 mm，降水井設(shè)計(jì)井底標(biāo)高為-24.0 m，井深約為24.50 m,井管采用無(wú)砂混凝土井管，孔隙率不低于15%，接口平整，內(nèi)壁光滑。井管底設(shè)置井托。濾水管填料規(guī)格為3 mm～5 mm的天然圓礫。濾水管采用礫石混凝土濾水管,其孔隙率不小于15%。水泵采用3.0 kW·h潛水泵，沿基坑周邊設(shè)置直徑200 mm壁厚2 mm的鋼制集水管，抽出的水經(jīng)沉淀后排入地下雨水管網(wǎng)。降水井成孔工藝采用沖擊錐泥漿護(hù)壁成孔，加大降水井洗凈力度。

4 工程變形監(jiān)測(cè)

基坑支護(hù)工作于2016年10月開(kāi)始施工，至2017年2月18日基坑開(kāi)挖完畢，支護(hù)結(jié)構(gòu)成型，2017年5月1日完成所有回填工作。期間建設(shè)單位委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)基坑變形進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常，在規(guī)范允許范圍內(nèi)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5 施工中注意事項(xiàng)

根據(jù)工程實(shí)踐，施工過(guò)程還需要注意以下事項(xiàng)：

1)施工前要詳細(xì)了解基坑周邊環(huán)境及各種地下管線(xiàn)的位置，以確保周邊環(huán)境及各種地下管線(xiàn)的安全。

2)施工順序應(yīng)為：場(chǎng)地標(biāo)牌、苗木移除、管線(xiàn)遷移防護(hù)標(biāo)明、地表清理→支護(hù)樁施工→降水井施工→冠梁施工→土方開(kāi)挖及支護(hù)穿插施工。一定要先施工支護(hù)樁，后施工降水井，以防止支護(hù)樁施工中混凝土或水泥漿涌入降水井中。

3)土方開(kāi)挖嚴(yán)格遵循：開(kāi)槽支撐、先撐后挖、分層開(kāi)挖、嚴(yán)禁超挖的原則。土方開(kāi)挖采用機(jī)械分層分段開(kāi)挖，分層厚度在砂卵石層不得大于1.5 m，開(kāi)挖最后一層土方時(shí)預(yù)留300 mm人工清底?；娱_(kāi)挖與支護(hù)工作同步穿插進(jìn)行，放坡按照設(shè)計(jì)要求放坡。

4)護(hù)坡樁施工要求樁垂直、位置準(zhǔn)確，待混凝土澆筑完成后，在地面支模澆筑鋼筋混凝土冠梁。

5)預(yù)應(yīng)力錨桿的抗拔試驗(yàn)應(yīng)及時(shí)試驗(yàn)張拉。

6)在支護(hù)過(guò)程中及支護(hù)完成后，應(yīng)隨時(shí)做好監(jiān)測(cè)工作，直至基坑回填完畢，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)情況采取相應(yīng)補(bǔ)救措施。

7)砂卵石層基坑周邊及基坑內(nèi)禁止出現(xiàn)較大的振動(dòng)源，如支護(hù)用的大型空壓機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)等。

8)基坑降水工作應(yīng)該提前14 d以上進(jìn)行封閉降水，基坑發(fā)生明顯變形大都與水有關(guān)系，設(shè)置好基坑周邊地表的排水系統(tǒng)，防止地表水浸入邊坡而影響基坑的穩(wěn)定。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)工程實(shí)踐，該基坑支護(hù)方案在砂卵石層中的應(yīng)用是成功的，有效的保證了基坑用地、確保了基坑安全，降低了施工費(fèi)用。尤其是擊入式鋼管土釘和擊入式鋼管預(yù)應(yīng)力錨桿，擊入施工速度快，成本低于普通錨索及鋼管法成孔的預(yù)應(yīng)力錨索，鋼管擊入后與砂卵石之間的錨固力相當(dāng)大且基本不存在錨固結(jié)合時(shí)間(或存在很短的結(jié)合時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)張拉試驗(yàn)證明，鋼管擊入2 d后可達(dá)到設(shè)計(jì)土釘抗拔力值)。該基坑支護(hù)方法值得進(jìn)一步研究及推廣。