嚴(yán)德華 (上海新建設(shè)工程咨詢有限公司,上海 200123)
軟土地區(qū)由于土質(zhì)差、水土壓力大,深基坑開(kāi)挖多采用板式支護(hù)搭配內(nèi)支撐的支護(hù)形式[1],內(nèi)拋式鋼管錨樁支護(hù)形式作為軟土地區(qū)一種新型支護(hù)施工工藝,該工藝使用鋼構(gòu)件代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋混凝土支撐,鋼管注漿樁作為壓桿提供支撐反力,可實(shí)現(xiàn)直立式開(kāi)挖,不需要內(nèi)支撐,挖土方便,施工速度快,且相對(duì)內(nèi)支撐而言成本低[2]。該新型支護(hù)技術(shù)在實(shí)際推廣過(guò)程中,因眾多影響因素可能會(huì)導(dǎo)致基坑出現(xiàn)安全、質(zhì)量問(wèn)題,本文以上海青浦區(qū)芳澤路某住宅小區(qū)基坑工程實(shí)例出發(fā),分析內(nèi)拋式鋼管錨樁在軟土地區(qū)深基坑支護(hù)施工中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題,并提出相應(yīng)的解決措施,對(duì)該技術(shù)的推廣應(yīng)用及今后同類工程提供借鑒意義。
本項(xiàng)目位于上海市青浦區(qū)秀澤路和匯金路交叉口。本工程基坑開(kāi)挖總面積約20400m2,基坑周長(zhǎng)約為640m。其中北側(cè)區(qū)域?yàn)榈叵率覂蓪?,基坑開(kāi)挖面積約10400m2,基坑開(kāi)挖深度9.4~10.1m,基坑安全等級(jí)二級(jí),環(huán)境保護(hù)等級(jí)三級(jí);南側(cè)地下一層區(qū)域,開(kāi)挖面積約10000m2,基坑開(kāi)挖深度5.4m,基坑安全等級(jí)三級(jí),環(huán)境保護(hù)等級(jí)三級(jí)。
本工程基坑周邊環(huán)境較復(fù)雜,南側(cè)清水港最近處距本基坑8.3m;北側(cè)秀澤路Φ600雨污管距基坑約17.4m;東側(cè)匯金路人行道上空有高壓架空電纜,距基坑14.2m有Φ600污水管;西側(cè)為待開(kāi)發(fā)地塊。
本項(xiàng)目位于長(zhǎng)江三角洲入??跂|南前緣,屬長(zhǎng)江三角洲湖沼平原Ⅰ-1區(qū)地貌類型。缺失上海市統(tǒng)編④、⑤層,本項(xiàng)目基坑影響范圍內(nèi)勘察揭露地層自上而下依次為:
第①層填土,一般厚度1.00~2.70m,平均厚度1.93m;
第②層粉質(zhì)粘土,一般厚度0.40~1.90m,平均1.29m;
第③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,低強(qiáng)度、高靈敏性、高壓縮性,在基坑開(kāi)挖時(shí)易產(chǎn)生蠕變,在水動(dòng)力的作用下易產(chǎn)生流沙和管涌,一般厚度3.80~12.50m,平均7.52m;
第⑥1-1層粉質(zhì)粘土,層頂存在較大起伏,層頂標(biāo)高約在-5.58~-13.4m,場(chǎng)地內(nèi)局部孔附近缺失;
第⑥1-2層粉質(zhì)粘土夾砂質(zhì)粉土,在場(chǎng)地內(nèi)局部孔附近缺失;
第⑥2層砂質(zhì)粉土,一般厚度4.00~8.80m,平均6.84m。
基坑坑底坐落于第③層和第⑥1-1層之間。
對(duì)本工程有影響的地下水類型主要為潛水和承壓水。本次勘察期間測(cè)得的地下水穩(wěn)定水位埋深一般為0.60~2.10m。
本工程擬建場(chǎng)地內(nèi)涉及的承壓含水層主要為第Ⅰ承壓含水層,工程地質(zhì)分層為⑥2層砂質(zhì)粉土。根據(jù)實(shí)際觀測(cè)的承壓水水頭,承壓水水位埋深約為3.89m。擬建場(chǎng)地⑥2層層面埋深在15.3~20.1m,本工程基坑開(kāi)挖深度6.0~10.0m,按最不利承壓水頭埋深3.0m、最小層頂埋深15.3m進(jìn)行計(jì)算,對(duì)于開(kāi)挖深度6.0m范圍基坑抗承壓水的穩(wěn)定性安全系數(shù)Ky=Pcz/Pw>1.05,故承壓水本工程一層地下室基坑區(qū)域無(wú)突涌可能性。但對(duì)于開(kāi)挖深度10.0m范圍基坑抗承壓水的穩(wěn)定性安全系數(shù)Ky=Pcz/Pw=0.776<1.05,對(duì)本工程二層地下室基坑區(qū)域可能產(chǎn)生突涌現(xiàn)象。
圖1 基坑挖土分區(qū)圖
圖2 9#樓位置支護(hù)剖面圖
本工程地下一層區(qū)域圍護(hù)采用水泥攪拌樁重力壩,重力壩壩寬4.2~6.2m,攪拌樁樁長(zhǎng)11~16m,水泥摻量13%,內(nèi)外排攪拌樁內(nèi)插鋼管(Φ48×3.0@1000/1500,長(zhǎng) 6m)及型鋼(H500×300@1000/1500,長(zhǎng)15m)。
本工程地下二層圍護(hù)采用SMW工法門架式結(jié)構(gòu)+雙排內(nèi)拋式注漿鋼管工藝:支護(hù)樁采用前后排樁形成的門架式結(jié)構(gòu),前后兩排樁均采用Φ850@1200三軸水泥攪拌樁,前排有效樁長(zhǎng)20m,后排有效樁長(zhǎng)為14.2~15.2m,內(nèi)插700×300型鋼,型鋼長(zhǎng)15~16m,前排H型鋼隔一插二,后排H型鋼隔一插一。前后排樁間距為4.0m,前排注漿鋼管采用Φ377×10@4800,水平傾角50°,樁長(zhǎng)15~18m,單根水泥用量不小于5.0t;后排注漿鋼管采用Φ277×10@4800,水平傾角60°,樁長(zhǎng)15~18m,單根水泥用量不小于2.5t。
本工程施工順序:攪拌樁、內(nèi)插型鋼、注漿鋼管→降水→土方開(kāi)挖。
基坑開(kāi)挖順序:先開(kāi)挖施工地下二層,待地下二層區(qū)域施工至±0.00后再開(kāi)挖施工地下一層區(qū)域。其中土方開(kāi)挖采取分區(qū)開(kāi)挖,開(kāi)挖順序依次為:①→②→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧→⑨→⑩→?→?→?→?→?→?。
本工程的基坑降水:地下一層采用輕型井點(diǎn)降水,地下二層采用深井降水。
雙軸和三軸水泥攪拌樁(SMW工法)基本同時(shí)進(jìn)行施工。整個(gè)施工過(guò)程嚴(yán)格按現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。注漿鋼管均采用Q345,20號(hào)無(wú)縫鋼管,鋼管注漿樁分3次注漿,每間隔1.5h~2.0h注漿1次,第一次注漿量為設(shè)計(jì)注漿量的60%,第二次、第三次注漿量為設(shè)計(jì)注漿量的20%,注漿流量控制在20-30L/min,注漿最終完成的標(biāo)準(zhǔn)以單根樁水泥用量和最終注漿壓力控制。
在9#樓位置(見(jiàn)圖1、2)基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中,東側(cè)壩體局部區(qū)域挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高,尚未完成有配筋墊層的混凝土施工時(shí),在匯金路上出現(xiàn)了約40m長(zhǎng)、寬度達(dá)40~60mm的裂縫,圍護(hù)體向坑內(nèi)傾斜,最大處位移為143.59mm,超出設(shè)計(jì)累計(jì)45mm的報(bào)警值。該位置基坑安全處于不可控狀態(tài),經(jīng)分析出現(xiàn)這些問(wèn)題的主要原因如下。
①本項(xiàng)目注漿鋼管靜荷載試驗(yàn)合格率在60%左右,在對(duì)9#樓東側(cè)Φ377進(jìn)行注漿鋼管樁靜荷載試驗(yàn)中,檢測(cè)結(jié)果最小的靜荷載極限值僅有200kN,達(dá)不到設(shè)計(jì)靜荷載極限值700kN的要求。造成注漿鋼管樁承載力不足的原因是由于持力層第⑥1-1層起伏變化較大,注漿鋼管樁未進(jìn)入第⑥1-1層或插入深度不足2.5m。
②注漿鋼管的制作和焊接與原始設(shè)計(jì)存在偏差,尤其是管尖段,在施工中無(wú)法形成擴(kuò)大頭,鋼管注漿完成后未填碎石用純水泥漿灌滿,導(dǎo)致樁端承載力難以有效發(fā)揮。
③原設(shè)計(jì)支護(hù)樁采用前后排樁形成的門架式結(jié)構(gòu),前后排樁間距為4.0m,實(shí)際施工為避讓匯金路上空高壓線影響到施工,后排樁向坑內(nèi)方向調(diào)整了1.5m,故門架式結(jié)構(gòu)的整體寬度減小了1.5m,其整體剛度明顯減小,但對(duì)應(yīng)位置圍檁、注漿鋼管等未相應(yīng)加強(qiáng)調(diào)整。
基坑出現(xiàn)上述險(xiǎn)情后,施工單位立即搶做配筋墊層,加強(qiáng)24h監(jiān)測(cè)工作,同時(shí)積極召集設(shè)計(jì)及地基與基礎(chǔ)處理方面的專家進(jìn)行安全評(píng)估和加固方案認(rèn)證,采取了以下措施:
①對(duì)應(yīng)承載力不足的注漿鋼管樁采用再次注漿,對(duì)匯金路上產(chǎn)生的裂縫采取了灌漿封閉;
②出現(xiàn)險(xiǎn)情的9#樓壩體東側(cè)挖去1.5m左右土方進(jìn)行卸載,卸載向北延伸直至售樓處,并在24h內(nèi)完成;
③停止9#樓的配筋墊層混凝土的澆筑工作,在變形較大的位置基坑內(nèi)進(jìn)行寬度大于12m、高度大于2m的土方回填;
④在原有雙排型鋼間補(bǔ)打Φ800,長(zhǎng)20m鉆孔灌注樁,上置1200×800mm壓頂梁,用連系梁與兩側(cè)圍檁連接牢固,在-5.50m處增設(shè)1道1100×700的混凝土圍檁,并采用609鋼管形成對(duì)稱斜角撐與H1400×400,長(zhǎng)15m立柱樁組成新的支撐體系(如圖3所示);
⑤放慢9#樓基坑臨近樓號(hào)的施工節(jié)奏,使其基坑周圍側(cè)向荷載不宜過(guò)大;
⑥繼續(xù)保持有效的降水和基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)反饋;
經(jīng)過(guò)采取一整套的緊急搶險(xiǎn)措施,監(jiān)測(cè)測(cè)得的數(shù)據(jù)變化收斂,有效地防止了基坑坍塌事故的發(fā)生。
圖3 加固位置支撐平面圖及對(duì)應(yīng)剖面圖
根據(jù)上述工程實(shí)例的分析,內(nèi)拋式鋼管錨樁承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)值、支護(hù)樁采用門架式結(jié)構(gòu)寬度不足是導(dǎo)致基坑出現(xiàn)安全位置的關(guān)鍵,其中導(dǎo)致承載力不足的原因是注漿鋼管樁未進(jìn)入持力層或持力層深度不足,注漿鋼管管尖段的制作和焊接存在偏差,在施工中無(wú)法形成擴(kuò)大頭樁端。
針對(duì)上述內(nèi)拋式鋼管錨樁支護(hù)出現(xiàn)的問(wèn)題,在選擇采用內(nèi)拋式鋼管錨樁支護(hù)這種新工藝施工時(shí),應(yīng)對(duì)地質(zhì)條件的詳細(xì)調(diào)查,選擇適當(dāng)?shù)淖{鋼管樁持力層,并確保注漿鋼管樁進(jìn)入持力層不小于2.5m。并應(yīng)加強(qiáng)及改進(jìn)注漿鋼管管尖段的制作工藝,確保樁端形成擴(kuò)大頭,保證樁端承載力的發(fā)揮。另外應(yīng)確保外側(cè)門架式支護(hù)結(jié)構(gòu)的寬度,以保證支護(hù)樁的整體剛度。一旦基坑出現(xiàn)較大變形監(jiān)測(cè)預(yù)警,可采用內(nèi)拋鋼管再注漿、增設(shè)支撐體系、坑內(nèi)土方回填和坑外卸載等應(yīng)急加固措施,可有效地化解險(xiǎn)情。