復(fù)雜環(huán)境條件下深大基坑支護(hù)與降水技術(shù)

鄭棟材 夏飛雪 井小琴

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展城市土地資源的緊缺，城市核心地帶建筑往往呈現(xiàn)出樓層高、基坑深、周邊環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，而樁錨支護(hù)體系作為一種超靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境條件下的深基坑支護(hù)具有較強(qiáng)的適用性。本文項(xiàng)目位于鄭州火車(chē)站核心地帶，地上46層，地下3層，周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑采用樁錨支護(hù)體系，中部砂層坑壁輔以土釘墻構(gòu)造補(bǔ)強(qiáng)的支護(hù)措施，取得了良好的支護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜環(huán)境；深大基坑；支護(hù)設(shè)計(jì)

1.工程概況

1.1基坑工程概況

擬建商都電子商貿(mào)城，位于鄭州市火車(chē)站附近，正興街和福壽街交叉口西北角，二馬路以東，解放路以南?？偨ㄖ娣e約13.7×104m2，地下三層，上部主樓分為南北兩個(gè)塔樓（南塔樓地上38F，北塔樓地上46F）及裙房（五棟5F商業(yè)用房）。本基坑開(kāi)挖深度為15.0m，局部16.0m。基坑邊坡側(cè)壁安全重要性等級(jí)為一級(jí)[1]，安全重要性系數(shù)取1.10。

1.2基坑周邊情況

擬建工程地下室輪廓線距離東邊福壽街路牙石約9.5m，東北距離福壽街路牙石19.0m。福壽街目前存在污水、雨水、電力及通訊管線，其中污水管線距離基坑6.0m，管頂埋深約3.5m，電力及通訊管線距離地下室輪廓線分別為8.0m和10.5m；福壽街北半部路中心現(xiàn)存高架橋一座，車(chē)流量較大；南邊距離正興街路牙石9.5m，距離正興街北地下道約15.0m，該輔道目前存在污水、雨水及電力管線，其中電力管線距離基坑6.5m，污水及雨水管線距離地下室輪廓線分別為12.5m和10.0m；西邊距離二馬路路牙石14.0m，二馬路西側(cè)，從南向北方向，依次有4棟已有建筑，分別為6F、6F、28F和4F。二馬路目前存在給水、雨水、通訊及電力管線。其中電力管線距離基坑6.5m；給水、雨水及通訊管線距離地下室輪廓線分別為11.5m、9.2m和7.0m；北側(cè)距離解放路路牙石5.0m，解放路為東西向馬路，路中心有高架橋一座，車(chē)流量較大，高架橋橋墩距離基坑地下室輪廓線最近處約19.0m。在3倍基坑深度范圍內(nèi)的環(huán)境條件情況較復(fù)雜，基坑周邊地下給排水管道、地下燃?xì)夂蜔崃芫€、地下通訊光纜、地上高壓線路、通信線路、高架橋等分布密集并且距離基坑較近，并且1倍基坑深度范圍內(nèi)便是車(chē)水馬龍、人流密集[2-5]。周邊環(huán)境見(jiàn)圖1。

1.3工程水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地貌單元屬黃河沖積傾斜平原與緩傾斜平原的交接部位，地層較復(fù)雜，基坑開(kāi)挖影響深度范圍內(nèi)地層分布如下：

第①層雜填土，稍濕，稍密，層底深度0.3m～1.6m，平均厚度0.78m；第②層粉土，稍濕，稍密，層底深度1.2m～4.2m，平均厚度2.14m；第③層粉土，稍濕，稍密，層底深度3.7m～ 7.1m，平均厚度2.49m；第④層粉土，稍濕，稍密，層底標(biāo)高89.8m～93.9m，平均厚度2.84m。第⑤層粉土，濕，稍密，層底深度8.3m～15.3m，平均厚度2.70m。第⑥層粉砂，飽和，中密，該層主要分布在場(chǎng)地中部，層底部含有較多小礫石及原生鈣質(zhì)結(jié)核，層底深度9.5m～20.8m，平均厚度4.05m。第⑦層粉土，稍濕，中密，層底深度17.0m～26.5m，平均厚度5.18m。涉及基坑支護(hù)與降水的土性物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表1。

地下水類(lèi)型為潛水，潛水含水層巖性主要為粉土和粉砂，其補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水，排泄方式主要為人工開(kāi)采和地下徑流，施工期間地下水位埋深11.1m～12.1m，水位年變幅按2m～3m，近3年～5年內(nèi)最高水位按埋深10m，歷史最高水位埋深按8.0m考慮，抗浮設(shè)防水位埋深也按8m設(shè)計(jì)?；娱_(kāi)挖深度為15m，局部16m，超出地下水位5m，需要采取降水措施使地下水位降低至基底設(shè)計(jì)標(biāo)高以下1m。

2.本基坑工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)

如前所述，處于鄭州火車(chē)站這一中心地帶的地理位置，決定了基坑周?chē)厣虾偷叵碌沫h(huán)境條件均非常復(fù)雜，已有建筑、地下管網(wǎng)、地上地下線路等與基坑開(kāi)挖邊線的距離都非常小，變形要求很?chē)?yán)格；基坑開(kāi)挖面積較大，開(kāi)挖深度較深（地下15m深度內(nèi)有三層地下室）；根據(jù)勘察成果，基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)存在兩個(gè)廢棄并局部坍塌的防空洞：其一埋深約5m，在場(chǎng)地中東部向南延伸，另一個(gè)在基坑西北開(kāi)挖邊線附近，與基坑側(cè)壁大致呈55°斜交，埋深約9m；此外，由于需要降低地下水位，基坑降水容易引起基坑周邊地下水位降低、土體壓縮變形從而引起周邊地面下沉，這進(jìn)一步加大了基坑工程施工過(guò)程中，控制基坑周邊土體水平和垂直位移的難度[6-7]。

3.基坑工程支護(hù)與降水方案

3.1基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案選型

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)，應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、基坑開(kāi)挖深度、基坑周邊環(huán)境條件與保護(hù)要求、主體工程要求、施工季節(jié)變化、施工能力等因素，合理選型[8]?？紤]到本基坑開(kāi)挖深度大、周邊無(wú)放坡空間，并且地下管網(wǎng)線路較多，周邊已有建（構(gòu)）物也較多、變形要求嚴(yán)格的特點(diǎn)，適合的支護(hù)方案有樁錨、內(nèi)支撐、斜支撐、樁錨與內(nèi)支撐聯(lián)合支護(hù)等多種形式。從安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)約工期、當(dāng)?shù)爻墒斓氖┕そ?jīng)驗(yàn)等方面考慮，樁錨支護(hù)方案是適宜的，相比較其他可選的方案而言，費(fèi)用少、工期短、方便下步工序施工且在當(dāng)?shù)厥┕ぜ夹g(shù)成熟。具體支護(hù)形式為：鋼筋混凝土排樁、預(yù)應(yīng)力錨索、土釘墻相結(jié)合的組合方案[9-10]。根據(jù)場(chǎng)地地層條件，基坑?xùn)|西兩側(cè)開(kāi)挖深度內(nèi)粉砂層厚度較?。?m～1.2m），考慮采用樁錨支護(hù)結(jié)合短構(gòu)筑土釘?shù)闹ёo(hù)方案（1—1支護(hù)剖面），詳見(jiàn)基坑支護(hù)平面示意圖bc段和da段；基坑中部南北兩側(cè)在地面以下12.5m～17.8m深度處分布較厚的粉砂層（厚度3m～8m），所以在采用樁錨支護(hù)的基礎(chǔ)上，將位于坑壁砂層部位采用相對(duì)較長(zhǎng)的密集土釘來(lái)補(bǔ)強(qiáng)加固（2—2支護(hù)剖面），詳見(jiàn)基坑支護(hù)平面示意圖ab段和cd段；基坑?xùn)|部弧形頂部售樓部位置由于項(xiàng)目商業(yè)宣傳和使用要求原因，需要先期開(kāi)挖，先期澆筑底板和完成裙樓主體施工，所以便形成了東西兩側(cè)坑中坑（注：基坑設(shè)計(jì)時(shí)，業(yè)主方已將基坑整體下挖至自然地面以下1.5m深度，此后施工順序?yàn)闁|側(cè)弧頂售樓部所在裙樓位置先期開(kāi)挖和完成基礎(chǔ)及主體施工，迅速投入使用，此時(shí)再施工其余部位基礎(chǔ)和主體。）對(duì)于因施工順序造成坑中坑的臨時(shí)邊坡，采用天然放坡的支護(hù)方案（3—3支護(hù)剖面）。各支護(hù)剖面位置詳見(jiàn)圖2。

3.2基坑設(shè)計(jì)與施工

3.2.1樁錨支護(hù)體系（1—1支護(hù)剖面）

支護(hù)形式為鋼筋混凝土排樁+預(yù)應(yīng)力錨索+短土釘掛網(wǎng)噴面。自然地表下-1.5m處為一放坡平臺(tái)，按照1∶0.2放坡，平臺(tái)寬為1.0m；在平臺(tái)上施工鋼筋混凝土排樁，混凝土排樁為一排，樁徑0.8m，樁間距1.5m，樁長(zhǎng)27m，配筋16φ20，加強(qiáng)筋φ16@2000，箍筋φ8@200，樁縱筋采用HRB335，螺旋箍筋HRB235；冠梁截面尺寸900mm×500mm，主筋采用HRB335、箍筋HRB235。預(yù)應(yīng)力錨索從上到下分別采用2束～4束15.2有黏結(jié)型鋼絞線，錨索長(zhǎng)度23m～27m，孔徑為200mm，成孔傾斜角度為20°，錨索水平間距1.50m，垂直間距3.0m；在預(yù)應(yīng)力錨索中間打入土釘，長(zhǎng)度2.0m，橫向和縱向間距均為1.0m，配筋φ20，傾角20°；土釘孔內(nèi)注入水灰比0.5的純水泥漿，水泥強(qiáng)度P.C32.5級(jí)；在錨索端部焊接φ12加強(qiáng)筋；樁間土掛上φ8@250鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土厚度40mm，強(qiáng)度C20。支護(hù)剖面詳見(jiàn)圖3。

3.2.2樁錨結(jié)合土釘支護(hù)體系（2—2支護(hù)剖面）

本段支護(hù)形式與1—1支護(hù)剖面的形式相似，但由于在基坑中部地段（ab段和cd段）；地面以下12.5m～17.8m深度處分布有厚度3m～8m的粉砂，所以在采用樁錨支護(hù)的基礎(chǔ)上，在位于坑壁砂層部位（12m～16m深度）采用密集構(gòu)造土釘墻來(lái)補(bǔ)強(qiáng)加固，土釘長(zhǎng)度6m～9m，水平間距1.5m，垂直間距1.5m，配筋φ20，傾角20°；土釘孔內(nèi)注入水灰比0.5的純水泥漿，水泥強(qiáng)度P.C32.5級(jí)。在錨索端部焊接φ12加強(qiáng)筋；樁間土掛上φ8@250鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土厚度40mm，強(qiáng)度C20。支護(hù)剖面詳見(jiàn)圖4。

3.2.3放坡支護(hù)體系（3—3支護(hù)剖面）

該地段邊坡為施工順序形成的坑中坑（階段性成因邊坡），側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)。采用放坡支護(hù)結(jié)合素噴的方式支護(hù)。按1∶1放坡，自然地表下-4.0m處留二層平臺(tái)，平臺(tái)寬1.0m。坡面采用混凝土素噴，噴射厚度40mm，強(qiáng)度C20，該剖面垂直高度為13.5m。支護(hù)剖面詳見(jiàn)圖5。

3.2.4基坑降水設(shè)計(jì)

場(chǎng)地內(nèi)地下水位埋深為自然地表下11.1m。根據(jù)工程施工要求，降水深度應(yīng)大于基底深度1.0m，因此需采取降水措施。由于場(chǎng)地周邊沒(méi)有開(kāi)挖放坡的場(chǎng)地，無(wú)法施工降水井，所以，根據(jù)場(chǎng)地含水層特征、周邊環(huán)境條件結(jié)合鄭州地區(qū)類(lèi)似工程施工經(jīng)驗(yàn)，本基坑選擇管井降水措施。管井布置按照20m～25m間距布置，管井施工按照市政降水工程設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，見(jiàn)圖6。

3.2.5變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，必將引起周?chē)馏w應(yīng)力狀態(tài)的改變，進(jìn)而導(dǎo)致坑壁土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移和變形。這些變形主要包括基坑內(nèi)土體隆起，支護(hù)結(jié)構(gòu)和其后土體的水平位移和垂直位移[11-13]。本基坑施工過(guò)程中，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移、地下水位變化、周?chē)ㄖ锏某两怠⒘芽p、錨索內(nèi)力等進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，坡頂最大水平位移為27.8mm，最大深層水平位移為39.4mm，最大沉降量為22.6mm，其變形量均在基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警值允許的范圍內(nèi)。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，附近建筑物和管線變形監(jiān)測(cè)數(shù)值均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，支護(hù)工程取得圓滿成功。

4.結(jié)語(yǔ)

基坑工程是建筑工程尤其是高層建筑的重要部分[14]，隨著土地資源的緊缺，城市核心地帶建筑往往呈現(xiàn)樓層高、基坑深、地段窄、周邊環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，對(duì)此地段基坑采取樁錨支護(hù)并結(jié)合土釘墻構(gòu)造補(bǔ)強(qiáng)的措施，具有安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約工期、方便施工等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，樁錨支護(hù)體系作為一種超靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境條件下的深基坑具有較強(qiáng)的適用性，并且在各地都有較多成功的應(yīng)用實(shí)例。此外在復(fù)雜環(huán)境條件下深基坑支護(hù)施工中，加強(qiáng)巡視、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)管理、信息化作業(yè)是深基坑支護(hù)成功的重要保障。

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