懸臂樁基坑支護工程的設(shè)計及施工要點

李維明 楊 璐

(江西省地質(zhì)工程(集團)公司，江西 南昌 330029)

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進程持續(xù)推進，城市土地資源緊缺，建筑物之間的距離越來越緊密，高層建筑物越來越多，人們對地下空間的需求愈加迫切。保護坑內(nèi)主體施工安全和基坑周邊環(huán)境安全，是基坑支護的基本要求。另外，支護方案必須結(jié)合地質(zhì)條件和周邊環(huán)境，兼顧造價及工期。

由于鉆孔灌注樁成樁工法多樣，施工工藝成熟，地質(zhì)條件適應(yīng)能力強，鉆孔灌注樁在基坑支護中的應(yīng)用仍然十分普遍。內(nèi)支撐支護形式近年在兩層及以上地下室基坑應(yīng)用越來越多，但由于存在基坑土方開挖不易、基坑施工周期長、支撐結(jié)構(gòu)與地下室結(jié)構(gòu)施工干擾等，在兩層地下室基坑支護的方案選擇上，建設(shè)單位首選方案仍為懸臂排樁(或排樁+水平錨拉式)支護方案。

1 工程概況

1.1 場地概況

南昌恒大華府項目位于江西省南昌市朝陽洲。項目用地總面積6.15萬m2，基坑開挖面積2.67萬m2，整體兩層地下室(局部一層)，兩層地下室平面輪廓呈凹字形(見圖1)，基坑長×寬=196 m×266 m，開挖深度8.5 m～9.0 m，基坑支護安全等級二級。

1.2 工程地質(zhì)及水文概況

1.2.1地層分布情況

地層分布情況見表1。

表1 地層分布情況

1.2.2水文條件

巖土工程勘察報告揭示，該項目第四系松散巖類孔隙水豐富，主要賦存于第四系全新統(tǒng)地層細砂、礫砂及圓礫層中，地下水與江西第一大河流贛江地表水體聯(lián)系密切，穩(wěn)定地下水位標高14.82 m(基坑底開挖至標高11.5 m)，年變幅1 m～3 m。

2 基坑支護設(shè)計

2.1 基坑設(shè)計條件

基坑的開挖深度：項目場地標高約20 m～20.5 m，二層地下室開挖至11.5 m標高，開挖深度約8.5 m～9.0 m。

因建設(shè)單位開發(fā)順序需要，建設(shè)用地范圍內(nèi)，第一期施工地北側(cè)4棟住宅樓以及場地中央商業(yè)綜合樓(含園林展示區(qū))，均無地下室；第二期施工地下兩層地下室(見基坑開挖平面圖)，由于二層地下室南側(cè)為施工臨時設(shè)施，加上材料堆場、材料加工區(qū)域都占用了用地紅線范圍內(nèi)場地，導(dǎo)致二層地下室開挖范圍四周均無足夠的放坡空間，必須采用垂直開挖的支護方案。

基于建設(shè)單位對工期的規(guī)劃，內(nèi)支撐的支護方案達不到基坑地下室施工的進度要求，排樁支護的大開挖方案成為了唯一的選擇。

2.2 基坑支護結(jié)構(gòu)選型

在確保安全的前提下，合理選用排樁的支護形式，適應(yīng)相應(yīng)的支護強度。因地下室邊線與用地紅線距離較近，約5 m～6 m，地下室外側(cè)墻澆筑施工面按最小1.5 m考慮，尚有3 m～4 m的樁頂放坡空間，場區(qū)粉質(zhì)粘土厚度5 m～6 m，巖土力學(xué)指標較好。設(shè)計的剖面形式有以下三種，其平面范圍見圖2。

2.2.1設(shè)計的典型的支護形式(Ⅰ型)

無內(nèi)支撐的懸臂排樁基坑支護設(shè)計方案，土方開挖方便簡單速度快、基坑內(nèi)主體工程施工作業(yè)空間寬闊無干擾、工期短。根據(jù)南昌地區(qū)施工經(jīng)驗和相關(guān)試算結(jié)果，在單排排樁懸臂段不超過7 m情況下，支護結(jié)構(gòu)最大水平位移量可控制在規(guī)范允許值內(nèi)。圖3為該工程典型支護形式，采用《理正深基坑7.0PB1深基坑支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計計算軟件》進行驗算，支護結(jié)構(gòu)最大位移量不超過GB 50497—2009建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的上限值。

2.2.2采用兩級垂直支護的形式(Ⅱ型)

二層地下室A區(qū)東側(cè)支護沿線，長度130 m，原始場內(nèi)地形偏低(標高約15.0 m)，與坑外地面(標高19.50 m～20.00 m)形成自然坡度(見圖4)，若采用典型支護形式，鉆孔灌注樁施工機械無法在坡面處施工作業(yè)，需要向場內(nèi)回填土方，將場地標高提升至約20.0 m施工，土方成本增加。為了避免土方回填轉(zhuǎn)運，該支護段先行采用鋼板樁支護，然后將坡面挖除，同時向場內(nèi)地勢低洼區(qū)回填土方，創(chuàng)造支護樁施工平面。由于鋼板樁施工選用打拔機械場地適用性好，能夠在場內(nèi)低洼地勢完成坡頂鋼板樁的施工，因此，選用這種支護形式，既加快了施工進度，又節(jié)省了造價。

2.2.3雙排樁支護形式(Ⅲ型)

C區(qū)西側(cè)臨河支護段，地下室側(cè)墻外邊線距離用地紅線僅5.3 m，基坑開挖深度9 m，坑頂需要重要施工通道，空間急促，不能采用典型支護形式，若采用支護樁+水平錨桿的支護形式，錨桿必超出用地紅線，紅線外的地下空間臨時占用協(xié)調(diào)難度大，因此，該處選用雙排樁支護較為合理(見圖5)。

雙排樁支護形式特點：支護結(jié)構(gòu)平面占用面小，支護深度比單排懸臂樁深，支護結(jié)構(gòu)水平位移小。對于該工程，在雙排樁樁頂設(shè)置鋼筋混凝土剛架梁后，上層澆筑鋼筋混凝土面板，利用支護樁高豎向承載力，也可以滿足施工重要通道重車通行的需求。

2.3 基坑地下水控制設(shè)計

該基坑工程地下水系與贛江聯(lián)系緊密，基坑底最深開挖至細砂層，第四系松散巖類孔隙水賦存量大，基坑開挖后，汛期坑內(nèi)外水頭差超過10 m，必須選擇可靠的截水、降水措施。

本基坑的截水設(shè)計采用三軸水泥土攪拌樁，下入強風(fēng)化巖不透水層，形成落底式止水帷幕，二層地下室基坑平面范圍全封閉布置；基坑內(nèi)地下水采用深井潛水泵疏干(兼降水)。

3 基坑施工要點以及突發(fā)情況處理

3.1 施工要點

3.1.1支護樁、三軸水泥土攪拌樁的施工順序安排

由于三軸水泥土攪拌樁具有樁身強度低，抗彎能力不具備獨立承擔基坑側(cè)壁土壓力的特點，在基坑開挖過程中，樁間土不可避免地產(chǎn)生不同程度的流失，若支護樁與三軸攪拌樁間隙過大，會出現(xiàn)三軸攪拌樁獨立承擔基坑側(cè)壁水平土壓力的工況，進而導(dǎo)致三軸攪拌樁樁身產(chǎn)生水平裂縫，止水功能失效。

為了保證三軸攪拌樁與支護樁的貼合緊密程度，先進行三軸攪拌樁施工，后施工支護樁，兩種樁型緊密接觸，基坑外側(cè)水平土壓力可通過三軸攪拌樁均勻傳遞至支護樁，避免止水帷幕局部失效。

3.1.2三軸攪拌樁及基坑降水的施工順序安排

為了趕工期，基坑施工的各工序很可能進行交叉作業(yè)，但應(yīng)注意人為造成的地下水流速過大對三軸攪拌樁施工質(zhì)量的負面影響。前期的土方開挖必然要先進行降水作業(yè)，若降水與三軸攪拌樁施工同步進行，降水井影響半徑范圍內(nèi)的地下水流速將增大，極有可能引起三軸攪拌樁施工時注入土層的水泥漿液流失，從而降低三軸攪拌樁樁身水泥含量，止水帷幕容易出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。

為了保證三軸攪拌樁質(zhì)量，應(yīng)在三軸攪拌樁止水帷幕施工全部完成24 h后，整個基坑形成了地下水封閉狀態(tài)，再進行坑內(nèi)降水作業(yè)。

3.2 基坑開挖過程中突發(fā)情況處理

隨著土方挖深增加，支護結(jié)構(gòu)承受的土體側(cè)壓力加大，支護樁樁身承受的水平彎矩增加，樁頂水平位移數(shù)據(jù)同步增加。

由于工期安排緊，土方單位前期挖土施工按沿支護樁垂直一次性開挖到底，在二層地下室A區(qū)西側(cè)(園林展示區(qū)東側(cè))支護段，坡面?zhèn)缺陲@示存在約3.5厚的淤泥土層(前期巖土勘察中間報告未揭示)，最大樁頂水平位移陡增至90 mm，因坡頂已建3F綜合樓，管樁基礎(chǔ)，情況十分緊急。本次施工采取的主要應(yīng)急措施有：

1)對地下室A區(qū)中部30 m范圍進行土方回填并壓實，阻止支護樁進一步位移，防止基坑側(cè)壁整體失穩(wěn)。

2)將A區(qū)劃分為三個區(qū)域A1區(qū)、A2區(qū)、A3區(qū)(詳見圖6)，對A區(qū)地下室分塊施工，先施工A2區(qū)、A3區(qū)，待地下室頂板澆筑完成，對A2區(qū)、A3區(qū)地下室側(cè)壁回填，再將A1區(qū)回填的土方挖除，施工A1區(qū)直至整體地下室完成。

3)由于園林展示區(qū)地質(zhì)條件與地下室區(qū)域巖土勘察報告不符，展示區(qū)下部存在較厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，為了防止園林展示區(qū)西側(cè)、南側(cè)發(fā)生類似情況，將現(xiàn)有的懸臂樁支護形式變更為樁錨支護形式，有效控制了樁頂水平位移。

4 結(jié)語

對于存在場地狹窄條件和業(yè)主對工期有特殊要求的基坑支護工程，應(yīng)采取靈活有效多樣的支護形式。南昌恒大華府支護工程較好地解決了受限的空間環(huán)境工況下基坑支護目標。另外，采用設(shè)計施工一體化的方法減少了設(shè)計與施工的溝通過程，基坑工程信息化施工，更能把施工過程中遇到的問題和困難及時地反映到設(shè)計的思路當中。

在當前建筑用地規(guī)劃中，地下建筑控制線距離用地紅線都有一定的退距，要充分利用地下室退距空間，使懸臂排樁支護的優(yōu)勢在兩層地下室基坑工程中得到體現(xiàn)。