重力壩及復合式重力壩在軟土地區(qū)基坑中的應(yīng)用

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長沙鴻榮源房地產(chǎn)開發(fā)有限公司（上置集團） 湖南 長沙 410000

引言

重力壩是指以水泥系材料為固化劑，通過攪拌機械采用噴漿施工將固化劑和地基土強行攪拌，形成連續(xù)搭接的水泥土重力式圍護墻。重力壩是無支撐自立式擋土墻，依靠墻體自重、墻底摩阻力和墻前基坑開挖面以下土體的被動土壓力穩(wěn)定墻體，以滿足圍護墻的整體穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定和控制墻體變形的要求，適用于加固淤泥質(zhì)土、含水量較高而地基承載力＜120kPa的黏土、粉土、砂土等軟土地基[1-2]。這種支護方式兼具支護和止水作用，在上海、杭州等軟土地區(qū)中得到了廣泛應(yīng)用。

與其他支護方式相比，重力壩支護形式具有許多優(yōu)點，如施工無振動、噪聲小、無泥漿廢水污染，施工操作簡便、成樁工期較短，造價較低；基坑內(nèi)空間寬敞，方便土方開挖和后期結(jié)構(gòu)施工等具有較好的經(jīng)濟和環(huán)境效益，但該種方法與有支撐支護結(jié)構(gòu)相比控制變形能力較弱[3-4]。因此有學者[5]提出了復合式重力壩的支護形式，即在重力壩內(nèi)排或者內(nèi)外排內(nèi)插一定間距的型鋼，以此增加壩體剛度，提高壩體對變形的控制能力，目前這種方法已經(jīng)成為軟土地區(qū)重力壩支護方式的一種補充支護手段[6]。當基坑因周邊荷載、貼邊深坑或者開挖邊線距離紅線距離較小時，可以考慮這種支護方式。

本文以杭州某淺基坑工程為例，介紹了重力壩及復合式重力壩在軟土地區(qū)的應(yīng)用，為后續(xù)類似工程提供經(jīng)驗參考。

1 工程概況

該工程位于杭州市，包括22～27層住宅、1～2層商業(yè)及管理用房及電站等配套設(shè)施，1層地下車庫，基坑開挖總面積約59500m2，周長約1000m，基坑普遍區(qū)域開挖深度為5.20m，局部坑邊集水坑落深0.77m，開挖深度為5.97m。

基坑內(nèi)部為拆遷廠房，場地地勢整體較為平坦；基坑西側(cè)和北側(cè)目前均為空地；基坑東側(cè)為一在建工地，該工地用地紅線距離本地塊用地紅線最近約18m，該項目目前未開挖，正在進行樁基施工；基坑南側(cè)為一道路，距離用地紅線約15m?；游鞅苯呛臀髂辖窃O(shè)置配電室，基坑邊緣距離配電室約4.5m。本基坑設(shè)計等級為二級。

2 地質(zhì)條件

擬建場地地貌類型為沖積湖平原地貌形態(tài)單一，場地地勢整體較為平坦，對基坑有影響的地下水主要是淺部的潛水，勘察報告提供的潛水水位埋深一般在1.30～2.30m，設(shè)計地下潛水位按1.3m考慮。擬建場地屬典型的軟土地區(qū)，廣泛分布厚層狀軟土，其具壓縮性高，強度低，靈敏度高，透水性低等特點。擬建場地軟土層為④1層淤泥質(zhì)黏土。基坑圍護設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 基坑圍護設(shè)計參數(shù)表1

3 圍護方案

3.1 基坑特點及難點

3.1.1 本工程地處杭州地區(qū)軟土地區(qū)，基坑面積較大，不可避免要分區(qū)分塊開挖施工，基坑敞開時間較長對位移控制不利。

3.1.2 基坑影響范圍內(nèi)有厚層淤泥質(zhì)土。本基坑開挖范圍內(nèi)分布有④1層淤泥質(zhì)土，具有孔隙比大、含水量高、靈敏度高、強度低、壓縮性高等不良特性，同時具有蠕變性和流變性特點，基坑開挖揭露時，易發(fā)生坍塌，較大的回彈變形，對基坑穩(wěn)定不利。需確保止水帷幕的止水效果，同時要做好降水、隔水和排水工作。

3.1.3 基坑總體環(huán)境較寬松，西北側(cè)設(shè)置配電室，配電室距離基坑邊緣約4.5m，距離較近，需注意對配電室進行保護，支護空間較小。

3.2 圍護結(jié)構(gòu)

根據(jù)基坑開挖深度、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及杭州地區(qū)類似工程經(jīng)驗等分析，基坑總體采用重力壩及復合重力壩進行圍護。

3.2.1 一般區(qū)域?；油谏?.20m，基坑開挖邊線距離紅線大于5.4m。圍護采用水泥土重力式擋墻?700@1000，寬4.2m，長12.0m，插入深度為6.8m，插入比為1.31。壩體頂部設(shè)置200mm厚C20壓頂砼面板，內(nèi)配?8@200雙向配筋網(wǎng)。壩體內(nèi)側(cè)第一排插一根6.2m長的?48mm×3.5mm鋼管，最外排插一根7.2m長的?48mm×3.0mm鋼管，其余插?14@1000鋼筋，鋼筋長1.5m。典型剖面如圖1所示。

圖1 典型剖面1

3.2.2 坑邊深坑區(qū)域。貼邊落深坑部位挖深5.97m，基坑開挖邊線距離紅線大于5.4m。圍護采用復合式重力壩?700@1000，墻寬4.7m、長13.0m，嵌固深度為7.03m，插入比為1.18。壩體頂部設(shè)置200mm厚C20壓頂砼面板，內(nèi)配?8@200雙向配筋網(wǎng)。同時，在重力壩最內(nèi)排內(nèi)插等長的H500×300型鋼，間距1m，以提高圍護體剛度。壩體最外排插一根8m長的?48mm×3.0mm鋼管，其余插?14@1000鋼筋，鋼筋長1.5m。典型剖面如圖2所示。

圖2 典型剖面2

3.2.3 坑邊配電室區(qū)域?；油谏?.30m，配電室距離開挖邊線最近約4.5m，圍護采用復合式重力壩?700@1000，墻寬4.7m、長16.0m，嵌固深度為8.7m，插入比為1.20。壩體頂部設(shè)置200mm厚C20壓頂砼面板，內(nèi)配?8@200雙向配筋網(wǎng)。在重力壩最內(nèi)排內(nèi)插等長的H500×300型鋼，間距1m，以提高圍護體剛度。壩體最外排插一根9m長的?48mm×3.0mm鋼管，其余插?14@1000鋼筋，鋼筋長1.5m。為有效控制基坑變形，坑內(nèi)進行滿堂加固。典型剖面如圖3所示。

圖3 典型剖面3

4 施工監(jiān)測結(jié)果

基坑開挖監(jiān)測過程中，重點關(guān)注重力壩深層水平位移及坑外地表沉降，同時密切關(guān)注坑外地下水位的變化，保證基坑的安全順利開挖。工程于2021年5月下旬開挖到底，6月底底板澆筑完成，基坑開挖狀況良好（現(xiàn)場開挖情況如圖4所示）。

圖4 現(xiàn)場開挖

重力壩及復合重力壩深層水平位移最大處均出現(xiàn)在壩頂位置。重力壩區(qū)域開挖處水平位移大多在10～15mm之間，內(nèi)插H型鋼復合式重力壩處位移較大，壩頂處水平位移最大值為22mm，且水平位移隨深度近似呈線性變化。在開挖過程中壩體水平位移整體發(fā)展變化較為緩慢，開挖前期變形速率較快，當基坑變形達到一定程度時，變化趨于穩(wěn)定，開挖過程中基坑穩(wěn)定性良好。壩頂水平位移累計變化曲線詳見圖5～圖8。

圖5 重力壩深層水平位移累計曲線CX3

圖6 重力壩深層水平位移累計曲線CX4

圖7 復合重力壩深層水平位移累計曲線CX10

圖8 復合重力壩深層水平位移累計曲線CX11

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，坑外地表沉降最大值約為18mm（如圖9所示），坑外地下水位變化最大值約為1080mm，且兩者變化速率穩(wěn)定。由于本基坑周邊環(huán)境較為寬松，且圍護體變形較小，并未對周邊環(huán)境造成影響[7]。

圖9 地表沉降累計曲線

5 結(jié)束語

在軟土地區(qū)，開挖深度較淺且周邊環(huán)境較寬松的基坑可采用重力壩圍護。內(nèi)插型鋼復合重力壩圍護在局部挖深7～8m深坑處具有可行性，并可達到較好的工程效果。淺基坑支護中對于局部深坑、距離紅線較近的部位可以采用內(nèi)插型鋼的復合式重力壩作為重力壩圍護的補充手段。

基坑監(jiān)測結(jié)果表明，局部深坑處內(nèi)插型鋼的復合式重力壩的位移控制，一方面得益于兩端重力壩的約束，另一方面內(nèi)插型鋼可增加圍護體本身的剛度，抵抗部分土壓力產(chǎn)生的彎矩，一定程度上控制了圍護體的位移，且顯著提高了基坑的整體穩(wěn)定性。

為進一步有效控制局部深坑處內(nèi)插型鋼復合重力壩的變形，可采用坑內(nèi)墩式或滿堂局部加固的方式。

實際工程中，建議對內(nèi)插H型鋼的復合重力壩謹慎選用，首先在周邊環(huán)境保護要求較為寬松的條件下采用，此外局部深坑深度建議在7～8m之間，并且基坑整體開挖深度建議在5～6m之間。