天水市某深基坑支護設(shè)計與監(jiān)測分析

張 宇

(建材天水地質(zhì)工程勘察院有限公司，甘肅 天水 741000)

0 引言

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，地下空間的開發(fā)利用也不斷向深部發(fā)展，相應(yīng)的基坑開挖的規(guī)模與深度愈來愈大，復(fù)雜程度不斷增加，基坑工程的安全事故也時有發(fā)生[1-3]。依據(jù)具體的基坑支護條件選擇合理的基坑支護方案有利于降低基坑開挖的風(fēng)險，對保證基坑工程的安全尤為重要[4-5]。為確保在基坑開挖與地下結(jié)構(gòu)施工過程中基坑及周邊環(huán)境的安全，加強基坑工程的現(xiàn)場監(jiān)測是重要的保障措施[6-7]。同時，通過對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時分析，反饋基坑設(shè)計與施工狀況，有利于基坑信息化施工的實現(xiàn)[8]。本文以天水市某深基坑為例，根據(jù)基坑工程的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及周邊環(huán)境等條件選擇合適的基坑支護方案，并在基坑開挖過程中對該基坑實施現(xiàn)場監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時分析，反饋基坑開挖過程的設(shè)計與施工情況，以確?；娱_挖與地下工程施工的安全，對天水地區(qū)類似的基坑工程設(shè)計與監(jiān)測具有一定的參考價值。

1 工程概況

擬建工程項目深基坑位于天水市秦州區(qū)，基坑呈矩形布置，長約40 m，寬約30 m，地上20層，地下2層?；娱_挖深度最深約13.7 m，基坑坑壁的安全等級為一級。

1.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)該項目的巖土工程詳勘報告，基坑工程場地在勘察深度范圍內(nèi)的地層自上而下依次為以下5層。

雜填土：濕潤，松散不均勻，以粉質(zhì)黏土為主且分布整個場地，含磚、石瓦塊、碳渣及舊建筑物基礎(chǔ)等，屬于近期人工填土。層底標高一般為1 146.02～1 147.24 m，厚度5.00～6.00 m。

粉質(zhì)黏土：可塑，切面較光滑且稍微有光澤，黃褐—黑褐色，不均勻且偶有碳渣，局部粉土顆粒含量高。層底標高一般為1 140.63～1 144.17 m，該層厚2.50～5.90 m，層底埋深8.50～11.40 m。

粉土：濕潤，中等密實但干強度低，切面平整且無光澤，暗黃色，局部含有黏粒與細砂。該層厚1.60～3.60 m，層底埋深11.00～13.00 m，層底標高一般為1 139.03～1 142.32 m。

圓礫：中等密實，骨架的主要顆粒成分為變質(zhì)巖碎屑與石英石，骨架間以密實砂土充填，雜色，分選差但級配較好。層厚1.50～3.50 m，層底埋深14.10～14.60 m，層底標高一般為1 137.48～1 138.27 m。

泥巖：第三系陸源碎屑沉積且裂隙發(fā)育，紅褐色?？刂坪穸?.80～11.20 m。

前述各地層巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 巖土體物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表

1.2 水文地質(zhì)條件

場地內(nèi)的地下水為潛水，圓礫層為潛水含水層，靜止水位埋深12.30～12.80 m。地下水補給來源分別為藉河的河水與大氣的降水，流向自西向東，水位常年變化幅度大約為1.5 m。

2 基坑支護方案

2.1 支護方案的選擇

基坑工程的特點非常復(fù)雜。

1)基坑離周邊建(構(gòu))筑物距離很近。西段：24F華府豪庭公館，距離基坑約10 m，1層地下室；北段：岷山路，距離開挖紅線約3.5 m；南段：6F工行家屬樓，距離基坑約14 m；院內(nèi)鋪設(shè)自來水管線及下水管道；東段：23F華宸大酒店，距離基坑約10 m，1層地下室。

2)基坑開挖深度較深，最深約13.7 m，且開挖深度范圍內(nèi)雜填土厚度5.00～6.00 m，厚度較大。

3)地下水雖然埋深較深，但補給來源于藉河，所以地下水補給豐富，且基坑坑底離圓礫層的距離小，其滲透系數(shù)大。

可以看出，基坑開挖深度范圍內(nèi)雜填土厚度很厚，達到5.00～6.00 m，且周邊建(構(gòu))筑物距離基坑很近，環(huán)境復(fù)雜，為確?；蛹爸苓吔ㄖ锏陌踩?，基坑擬采用排樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護。由于地下水補給豐富且圓礫層滲透系數(shù)大，若采用降水處理，不但難以實施，而且會導(dǎo)致地下水的浪費，故選擇高壓旋噴樁咬合支護樁止水。

2.2 支護方案設(shè)計

對基坑各支護面設(shè)計了具體的支護方案。

1)基坑北側(cè)(1-1支護面)：北側(cè)開挖深度13.7 m，頂部1 m放坡，采用掛網(wǎng)噴砼支護，下部采用排樁+三道預(yù)應(yīng)力錨索支護，錨索位置分別設(shè)置在地面以下3.5 m、6 m、8.5 m，支護樁樁徑900 mm，樁間距1 400 mm，樁長23 m，如圖1所示。

圖1 基坑北側(cè)(1-1支護面)支護剖面圖

2)基坑?xùn)|側(cè)(2-2支護面)：東側(cè)開挖深度13.7 m，頂部1 m放坡，采用掛網(wǎng)噴砼支護，下部采用排樁+三道預(yù)應(yīng)力錨索支護，錨索位置分別設(shè)置在地面以下6 m、8.5 m、11 m，支護樁樁徑900 mm，樁間距1 400 mm，樁長23 m，如圖2所示。

3)基坑南側(cè)(3-3支護面)：南側(cè)開挖深度13.7 m，其支護結(jié)構(gòu)與北側(cè)1-1支護面一致。

4)基坑西側(cè)(3-3支護面)：西側(cè)開挖深度13.7 m，其支護結(jié)構(gòu)與東側(cè)2-2支護面一致。

冠梁的截面尺寸為900 mm×500 mm，混凝土等級為C30，在支護樁的樁頂通長設(shè)置。支護樁之間的樁間土采用掛網(wǎng)噴混凝土處理，鋼筋網(wǎng)的尺寸為φ6.5@250×250。

基坑地下水處理采用坑外止水與坑內(nèi)疏干的方式，坑外采用高壓旋噴樁與支護樁相互咬合形成的止水帷幕止水，旋噴樁的直徑為800 mm，在兩根支護樁之間采用局部旋噴，旋噴深度在基坑下8～15 m范圍內(nèi)，如圖3所示。坑內(nèi)疏干采用井點降水，止水帷幕內(nèi)側(cè)應(yīng)設(shè)置8口降水井，孔口標高1 151.28 m，孔深17.58 m，孔徑600 mm，管井直徑300 mm。沿基坑內(nèi)側(cè)布置?；铀闹芟仁┕づ艠都案邏盒龂姌?，后打設(shè)降水井。

圖2 基坑?xùn)|側(cè)(2-2支護面)支護剖面圖

基坑支護現(xiàn)場照片如圖4所示。

3 監(jiān)測方案

3.1 監(jiān)測目的

通過監(jiān)測基坑圍護體系的變形和受力情況，結(jié)合現(xiàn)場施工情況，總結(jié)其變化規(guī)律，及時掌握圍護墻體與周邊建(構(gòu))筑物的變形情況，并以此分析判斷基坑支護結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，從而保障基坑始終處于安全運行的狀態(tài)。同時通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理、分析，判斷開挖施工是否符合設(shè)計預(yù)期，并實現(xiàn)對下階段施工工藝的選擇和施工進度的控制，為施工信息化提供數(shù)據(jù)支持。

3.2 監(jiān)測范圍與內(nèi)容

依據(jù)建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標準[9]，結(jié)合該基坑及周邊建(構(gòu))筑物分布特征，設(shè)定監(jiān)測內(nèi)容為基坑圍護結(jié)構(gòu)的位移、沉降，以及相對基坑深度3倍范圍內(nèi)的建(構(gòu))筑物、道路、地下管線等的沉降、位移、裂縫。具體監(jiān)測項目見表2?；颖O(jiān)測平面布置如圖5所示。

圖3 基坑?xùn)|側(cè)2-2剖面支護立面圖

圖4 基坑現(xiàn)場開挖照片

表2 基坑監(jiān)測項目與數(shù)量

圖5 基坑監(jiān)測點平面布置圖

3.3 監(jiān)測頻率、精度與預(yù)警值

3.3.1 監(jiān)測頻率

基坑圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)測頻率見表3。

表3 監(jiān)測頻率表

3.3.2 監(jiān)測精度

按表4根據(jù)其水平位移報警值確定基坑圍護墻頂部、鄰近建筑水平位移監(jiān)測精度。

按表5根據(jù)其豎向位移報警值確定圍護墻頂部、基坑周邊地表和鄰近建筑的豎向位移監(jiān)測精度。

3.3.3 監(jiān)測預(yù)警值

對該基坑等級、支護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境條件進行監(jiān)測，該基坑及支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測報警值見表5，周邊環(huán)境監(jiān)測報警值見表6。

表4 水平位移監(jiān)測精度要求

表5 豎向位移監(jiān)測精度要求

表6 基坑及支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測報警值

4 監(jiān)測結(jié)果與分析

4.1 圍護結(jié)構(gòu)頂部水平位移及分析

圍護結(jié)構(gòu)頂部各測點的累積水平位移如圖6所示。從圖6中可以看出，圍護結(jié)構(gòu)頂部各觀測點的累積位移均<10 mm，遠小于建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標準要求的絕對值20～30 mm與控制值27.4～41.1 mm((0.2%～0.3%)H)，其中北側(cè)觀測點JC12的累計位移最大，達到9 mm。位移變形速率最大為1 mm/d，小于標準要求的預(yù)警值2～3 mm/d。從變形趨勢來看，基坑開挖到底一段時間后，其變形基本趨于穩(wěn)定。

4.2 圍護結(jié)構(gòu)頂部豎向位移及分析

圍護結(jié)構(gòu)頂部各測點的累積豎向位移如圖7所示。從圖7中可以看出，圍護結(jié)構(gòu)頂部各觀測點的累積位移均<2 mm，遠小于建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標準要求的絕對值10～20 mm與控制值13.7～27.4 mm((0.1%～0.2%)H)，其中北側(cè)觀測點JC11與JC12的累計位移最大，分別達到1.9 mm與1.8 mm。位移變形速率最大為0.1 mm/d，遠小于標準要求的預(yù)警值2～3 mm/d。

圖6 基坑圍護結(jié)構(gòu)頂部各測點的累積水平位移

圖7 基坑圍護結(jié)構(gòu)頂部各測點的豎向位移

4.3 深層水平位移及分析

北側(cè)1-1剖面的圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移如圖8所示。從圖8中可以看出，深層水平位移最大的位置在樁頂，實測位移值為9.2 mm，遠小于建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標準要求的絕對值30～50 mm與控制值41.1～54.8 mm((0.3%～0.4%)H)，而模擬值最大值為24.93 mm，位于樁頂位置，比實測值大，但變化趨勢一致。監(jiān)測過程中位移變形速率最大為0.2 mm/d，小于標準要求的預(yù)警值2～3 mm/d。其他剖面的位移變化趨勢與北側(cè)基本一致，且變形也在標準允許的范圍內(nèi)。

4.4 周邊建筑物沉降及分析

周邊建筑物各測點沉降如圖9所示。從圖9中可以看出，周邊建筑物各觀測點的累積位移均<2 mm，遠小于建筑物地基變形允許值，其中西側(cè)建筑物觀測點JC7～JC10的累計沉降較大，最大沉降1.8 mm在觀測點JC8。位移變形速率最大為0.1 mm/d，遠小于標準要求的預(yù)警值2～3 mm/d。

綜合前述結(jié)構(gòu)自身與周邊建筑物監(jiān)測結(jié)果進行分析，基坑開挖與地下工程施工期間，圍護結(jié)構(gòu)自身的位移、周邊建筑物的沉降及變形速率均在標準允許的控制范圍內(nèi)，說明基坑所采取的排樁+錨索支護設(shè)計方案及高壓旋噴樁與支護樁相互咬合的止水方案合理可行，支護結(jié)構(gòu)確保了基坑及其周邊建(構(gòu))筑物的安全與穩(wěn)定。

(a)實測值(CX-1測點)

(b)模擬值

圖9 周邊建筑物各測點沉降

5 結(jié)語

1)考慮基坑周邊的復(fù)雜環(huán)境，結(jié)合基坑開挖深度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，基坑采取排樁+3道預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計方案及高壓旋噴樁與支護樁相互咬合的止水方案。

2)通過對圍護結(jié)構(gòu)頂部水平位移、豎向位移與深層水平位移，以及周邊建筑物的沉降進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示圍護結(jié)構(gòu)自身的位移、周邊建筑物的沉降及變形速率均在標準允許的控制范圍內(nèi)，證明基坑工程所采取的支護設(shè)計方案合理可行，支護結(jié)構(gòu)確保了基坑及其周邊建(構(gòu))筑物的安全與穩(wěn)定。