復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護(hù)方法研究

趙曉光

(三亞崖州灣科技城開發(fā)建設(shè)有限公司， 海南 ?？?572000)

0 引 言

深基坑支護(hù)體系作為一種在巖土工程深基坑工作中起到支撐作用的臨時(shí)結(jié)構(gòu),是保障巖土工程能夠順利完成的有效方式,由于深基坑支護(hù)施工過程會(huì)受到地質(zhì)巖土條件、氣象條件以及水文地質(zhì)條件等環(huán)境因素的影響,導(dǎo)致深基坑支護(hù)難度較大,危險(xiǎn)性較高,且綜合性和復(fù)雜性較強(qiáng),一直以來深基坑多層支護(hù)都是土木工程、巖土工程等領(lǐng)域科學(xué)研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)[1]。但是相對于建筑業(yè)的發(fā)展迅速,深基坑多層支護(hù)理論和相應(yīng)的建筑規(guī)范還不夠完善,尤其是在一些復(fù)雜地質(zhì)條件下,深基坑多層支護(hù)實(shí)際施工過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生工程事故[2]。有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示,復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑工程事故發(fā)生的概率占深基坑工程事故總量的58.64%,一旦在施工過程中出現(xiàn)工程事故,不僅會(huì)影響到深基坑工程進(jìn)度,而且還會(huì)造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,進(jìn)而提高深基坑工程造價(jià),因此在施工過程中必須采用有效的深基坑多層支護(hù)方法[3]。用于深基坑多層支護(hù)的方法主要有注漿法、錨固法、支護(hù)法、腰梁法等。這些傳統(tǒng)方法雖然能夠滿足大部分深基坑多層支護(hù)需求,但是在復(fù)雜地質(zhì)條件下,傳統(tǒng)方法在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)周圍土體的下沉量較大、支護(hù)質(zhì)量較差的問題,導(dǎo)致傳統(tǒng)方法并不適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下的深基坑工程,因此提出復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護(hù)方法研究,為復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護(hù)研究提供理論依據(jù)。

1 放坡開挖

此次結(jié)合復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑項(xiàng)目施工需求,設(shè)計(jì)一種多層支護(hù)方法,采用樁頂放坡+樁錨支護(hù)體系的支護(hù)形式,共經(jīng)歷放坡開挖、支護(hù)樁施工、預(yù)應(yīng)力錨索施工三個(gè)流程,以下將分別對該三個(gè)施工階段進(jìn)行細(xì)致分析。根據(jù)本工程的特點(diǎn)、場地地質(zhì)條件及基坑周邊建(構(gòu))筑物、管線分布情況,經(jīng)過調(diào)查了解與該地區(qū)的工程類比,基坑支護(hù)采用樁錨結(jié)構(gòu)+樁間掛網(wǎng)噴射混凝土復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)形式,有箱涵段設(shè)置雙排支護(hù)樁,外排采φ1 000人工挖孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)方式,內(nèi)排采用φ600鉆孔灌注樁+鋼筋錨桿支護(hù)方式。截水措施采用樁間高壓噴樁止水措施。

放坡開挖是深基坑多層支護(hù)體系的基礎(chǔ)部分,開挖前首先要考慮深基坑周邊環(huán)境以及地質(zhì)特征確定放坡形式,其包括不分級(jí)放坡和分級(jí)放坡兩種形式,如圖1所示。

圖1 放坡開挖結(jié)構(gòu)形式

在深基坑地面比較平緩的地區(qū)選用不分級(jí)放坡形式,在深基坑地面坡度比較大的區(qū)域選用分級(jí)放坡形式,以此保證放坡開挖質(zhì)量[4]。由于放坡開挖會(huì)引起深基坑周圍土體應(yīng)力重新分布,從而產(chǎn)生位移,因此在開挖過程中要根據(jù)開挖荷載來確定放坡開挖深度和寬度,其計(jì)算公式如下:

F=∑[δ]·γ·n·m

(1)

式中:F為放坡開挖荷載;[δ]為深基坑周圍土體自重應(yīng)變矩陣;γ為開挖產(chǎn)生的應(yīng)力矢量;n為放坡開挖深度;m為放坡開挖寬度。為了保證開挖的安全,在開挖過程中需要嚴(yán)格堅(jiān)持對稱、平衡的原則,并且采用“橫向分段、豎向分層”的開挖方法。由于放坡開挖會(huì)破壞深基坑周圍淺層地下水結(jié)構(gòu),隨著開挖深度的加深,深基坑內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)積水現(xiàn)象,這樣會(huì)影響后期支護(hù)樁與錨索支護(hù)施工質(zhì)量,因此在放坡開挖過程中需要做好深基坑排水措施。每個(gè)開挖段中進(jìn)行分層開挖,并且需要確定合理的開挖深度和開挖坡度,以使挖完后的深基坑周圍土體能夠依靠自身的強(qiáng)度讓深基坑保持穩(wěn)定的狀態(tài),每次開挖深度不得超過3.5 m。在開挖縱向放坡時(shí),坡度需要控制在1∶2∶5,這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)開挖縱向坡度,還可以根據(jù)實(shí)際工程需求對其進(jìn)行調(diào)整[5]。為了保證放坡開挖施工效率,對基坑中間預(yù)留部分土方可以利用挖機(jī)進(jìn)行開挖,深基坑其他部位放坡開挖采用人工開挖方式,這樣可以更好地控制開挖精度。挖機(jī)開挖高度不得大于5 m,并且在開挖深基坑中間段土方時(shí)要與周圍土方保持不大于1∶3的坡度。每層完成后需要立即進(jìn)行土釘墻邊坡防護(hù),兩項(xiàng)工作需要進(jìn)行交叉作業(yè),以此完成放坡開挖施工。

2 基坑邊坡支護(hù)樁支護(hù)

完成邊坡開挖后要對邊坡表面進(jìn)行清理,將邊坡表面上的松散土體清理干凈,對其進(jìn)行支護(hù)樁支護(hù)。復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護(hù)方法的可行性與可靠性往往取決于支護(hù)樁的尺寸范圍,通常情況下支護(hù)樁鉆孔的直徑范圍在350～550 mm,因此采用的支護(hù)樁直徑介于330～530 mm。而在復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護(hù)中,支護(hù)樁的軸向張拉荷載不得超過支護(hù)樁預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.89倍,因此在該前提條件下可以計(jì)算出支護(hù)樁的截面面積,其計(jì)算公式如下:

(2)

式中：A為支護(hù)樁截面面積;N為支護(hù)樁設(shè)計(jì)軸向拉應(yīng)力;η為支護(hù)樁的抗力分項(xiàng)系數(shù);f為支護(hù)樁鋼筋與鋼絞線的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。除此之外,還需要計(jì)算出支護(hù)樁的長度,其計(jì)算公式如下:

(3)

式中:L為支護(hù)樁長度;D為土層支護(hù)樁樁體直徑;q為土體與支護(hù)樁之間的黏結(jié)強(qiáng)度。根據(jù)以上支護(hù)樁參數(shù)進(jìn)行支護(hù)樁施工,首先在邊坡及坡頂1.5 m范圍內(nèi)布置一層鋼筋網(wǎng),用于固定支護(hù)樁,鋼筋網(wǎng)安裝時(shí)需要盡量與坡面貼近[6]。然后利用鉆機(jī)在邊坡處鉆孔,鉆孔間距在2.5～4.5 m,可根據(jù)深基坑實(shí)際條件確定鉆孔間距。然后采用徑向注漿方式向鉆孔內(nèi)注漿,注漿材料選用M45的水泥凈漿,從而形成支護(hù)樁,在注漿過程中,必須保證注漿管埋設(shè)位置的牢固性,以便取得良好的止?jié){效果,以此完成基坑邊坡支護(hù)樁支護(hù)施工。

3 預(yù)應(yīng)力錨索施工

支護(hù)樁施工完成后,為了使深基坑更加穩(wěn)定和牢固,還需要再施加一層預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)。其施工過程分為冠梁、排樁、腰梁、錨索四個(gè)階段。首先在支護(hù)樁頂部位置設(shè)置一個(gè)冠梁,采用22號(hào)鋼筋,將所有支護(hù)樁連成一個(gè)整體的鋼筋混凝土梁,增強(qiáng)整個(gè)深基坑支護(hù)體系的整體性;然后沿著深基坑周邊設(shè)置排樁,防止深基坑周邊土體結(jié)構(gòu)下移;在排樁與支護(hù)樁中間腰部用18號(hào)鋼筋連接在一起,形成一個(gè)腰梁,分擔(dān)排樁與支護(hù)樁構(gòu)件上的拉力;最后利用鋼絞線將預(yù)應(yīng)力錨索一端通過錨頭與主受力支護(hù)構(gòu)件連接,預(yù)應(yīng)力錨索另一端固定在深基坑區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定的巖土或巖層中,以此完成預(yù)應(yīng)力錨索施工,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護(hù)。

4 實(shí) 驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)以某深基坑為實(shí)驗(yàn)對象。該深基坑地表高低不平,中間高、四周低,±0.00對應(yīng)絕對高程為586.46 m,且地面標(biāo)高介于486.92～487.56 m。深基坑整體呈梯形,底口線周長為488.69 m,地形條件比較復(fù)雜,且深基坑周圍巖土體穩(wěn)定性較差,需要對其進(jìn)行多層支護(hù)?，F(xiàn)運(yùn)用此次設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法對該深基坑進(jìn)行支護(hù),施工過程中設(shè)置A、B、C、D、E 5道錨索,其中錨索A抵抗力為486.615 kN/m,錨固力為346.48 kN/m;錨索B抵抗力為459.485 kN/m,錨固力為468.15 kN/m;錨索C抵抗力為593.445 kN/m,錨固力為593.85 kN/m;錨索D抵抗力為693.481 kN/m,錨固力為593.48 kN/m;錨索E抵抗力為646.481kN/m,錨固力為762.62 kN/m。實(shí)驗(yàn)記錄兩種方法施工完成后沿平行于深基坑邊線路徑的深基坑周圍土體下沉量,將其作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)過程,采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)即兩種方法應(yīng)用下深基坑周圍土體的下沉量,并繪成圖，以更加直觀地表現(xiàn)出兩種支護(hù)方法的差異,如圖2所示。

圖2 兩種方法深基坑周圍土體下沉量

從圖2可以看出,應(yīng)用此次設(shè)計(jì)方法,深基坑周圍土體的下沉量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方法,證明此次設(shè)計(jì)方法適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護(hù)。

5 結(jié)束語

此次結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料,對復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護(hù)方法進(jìn)行了研究,對整個(gè)深基坑工程和多層支護(hù)體系的安全穩(wěn)定具有重要作用,可以有效提高深基坑工程安全性和穩(wěn)定性,有助于復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑工程能夠按期完成,對巖土工程實(shí)際施工中類似復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護(hù)施工具有重要參考和借鑒意義。由于此次研究時(shí)間有限,雖然在該方面取得了一定的研究成果,但還存在一些問題有待進(jìn)一步探索,今后將從深基坑多層支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面進(jìn)行深入研究。