某小區(qū)基坑開挖支護(hù)方案設(shè)計(jì)及施工研究

鐘家海（中鐵十五局集團(tuán)第四工程有限公司，河南 鄭州 451100）

基坑是建筑工程施工的基礎(chǔ)，是建筑施工前的土方工程，其是結(jié)合工程施工的地質(zhì)條件、周圍環(huán)境以及工程建設(shè)需求建設(shè)，屬于一種綜合性工程[1]?；釉陂_挖過程中，需充分結(jié)合工程排水、防水等需求，并且參考基礎(chǔ)設(shè)計(jì)位置基底標(biāo)高和基礎(chǔ)平面尺寸，開挖深度主要結(jié)合建筑工程的實(shí)際需求確定[2]。基坑主要分為一級、二級和三級，不同級別的基坑用于滿足不同工程的需求[3]。基坑在施工過程中，為保證地下結(jié)構(gòu)的施工效果以及基坑周圍環(huán)境的安全，均會采用基坑支護(hù)對側(cè)壁和周圍環(huán)境進(jìn)行加固和保護(hù)[4]。常見的支護(hù)形式包括水泥擋土墻支護(hù)、地下連續(xù)墻支護(hù)、排樁支護(hù)等，由于建筑工程自身的差異、施工環(huán)境地質(zhì)條件的差異，均需制定不同的基坑支護(hù)方案進(jìn)行施工[5]。為研究基坑開挖支護(hù)方案的應(yīng)用以及施工效果，以某建筑工程為例，研究基坑開挖支護(hù)方案設(shè)計(jì)以及施工技術(shù)。

1 基坑開挖支護(hù)方案設(shè)計(jì)及施工

1.1 工程概況

1.1.1 建筑概況

該工程整體共包含16 個(gè)單位工程，其中有7 棟二類高層住宅，均為15層，另外7棟為18層，1棟3層的幼兒園，1 棟2 層配套用房和車庫。地上建筑總面積為15.62 萬m2，地下建筑面積為5.51 萬m2。樓層標(biāo)高為2.9m，剪力墻結(jié)構(gòu)，安全等級為二級，抗震設(shè)防為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，抗震等級為四級，防水等級為二級。

1.1.2 地質(zhì)條件

對該地區(qū)的地質(zhì)條件進(jìn)行勘測發(fā)現(xiàn)，該工程地質(zhì)情況分布較為復(fù)雜，并且具有多種地質(zhì)形態(tài)，各個(gè)土層的相關(guān)物理參數(shù)如表1所示。

表1 各個(gè)土層的物理參數(shù)

1.2 支護(hù)方案設(shè)計(jì)與施工工藝

該小區(qū)建筑工程施工環(huán)境周邊沒有其他建筑的存在，可忽略該工程對周邊建筑的影響，施工環(huán)境較好。但是在施工過程中需考慮降雨對工程施工的影響，做好場地排水處理措施[6]。結(jié)合上述情況，本文采用復(fù)合土釘墻作為該基坑的支護(hù)方案，該方案對后續(xù)主體的施工不會造成其他不良影響。

該支護(hù)方案共設(shè)置3道注漿錨管和1排微型鋼管，在施工過程中，為保證土釘墻面層的強(qiáng)度和整體剛度，微型鋼管和土釘錨桿之間采用槽鋼連接，以此有效避免土釘墻面層發(fā)生開裂或者外鼓情況，保證基坑安全[7]。支護(hù)方案采用微型鋼管樁，土釘墻參數(shù)詳情如下所述：

（1）微型樁使用的鋼管直徑220mm，鋼管厚度為10mm，施工時(shí)的成孔直徑不小于300mm，孔深為9m；并且在鋼管內(nèi)投放碎石，碎石粒徑大小在10mm~30mm之間，投放完成后，采用清水對成孔進(jìn)行清洗后注入水泥凈漿；并在樁頂澆筑冠梁，其使用的混凝土等級為C30。

（2）以微型樁高度方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，設(shè)置注漿錨，數(shù)量為3 道；該錨管使用的鋼管規(guī)格為48mm×3mm，長度為6m；錨管之間的橫向間距為15m；并且在各個(gè)錨管上設(shè)置出漿孔，該孔的直徑為6mm。

錨管在施工過程中，主要采用底壓注漿工藝完成水泥凈漿的灌注，該水泥的水灰比為0.5，水泥強(qiáng)度為M20；同時(shí)，鋼管柱的鎖定采用槽鋼腰梁完成。

（3）土釘墻復(fù)合微型鋼管樁墻面掛單層雙向鋼筋網(wǎng)片，其尺寸為Φ6.5mm@25mm×25mm，并且對其進(jìn)行噴射處理，噴射厚度為80mm的C20混凝土。

土釘墻支護(hù)的主要參數(shù)詳見表2。

表2 土釘墻支護(hù)的主要參數(shù)

1.3 支護(hù)性能

1.3.1 土釘墻拉力和安全系數(shù)計(jì)算

該方案確定后，需對土釘參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，文中采用楔形滑移面法進(jìn)行初步計(jì)算，再利用圓弧滑移面按條分法計(jì)算穩(wěn)定性[8]。每一個(gè)土釘在滑移面上的最大拉力N為：

式中γ表示土體平均容重；gc表示土釘?shù)挠?jì)算深度；Q表示地表載荷；Ka表示主動土壓力系數(shù)；Sx和Sy均表示土釘間距，前者對應(yīng)水平方向，后者對應(yīng)垂直方向。

每一個(gè)錨桿能夠提供的實(shí)際最大拉力Nb計(jì)算公式為：

式中N1表示土體能夠提供的每米拉力；Lb表示滑移面之外的錨桿長度；Nb的結(jié)果不低于200kN。

安全系數(shù)ξ的計(jì)算公式為：

ξ值不小于1.5。

1.3.2 抗滑力矩計(jì)算

支護(hù)體系施工完成后，對于支護(hù)邊坡而言，需計(jì)算滑弧切樁和滑弧在樁尖下土體中的基坑穩(wěn)定性，本文結(jié)合《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，采用樁切時(shí)形成的抗滑力矩為衡量標(biāo)準(zhǔn)，其計(jì)算公式為：

式中R表示剛度系數(shù)；θ1表示夾角；Mc表示抗彎彎矩；h表示等效土柱高度；φp、φa均表示壓力系數(shù)，前者對應(yīng)土主體，后者對應(yīng)被動土；d表示樁徑順坡方向的邊長；Δd表示兩樁之間的凈距離。

1.3.3 基坑抗隆起穩(wěn)定性計(jì)算

支護(hù)方案的主要目的是保證基坑的穩(wěn)定性，即為內(nèi)部穩(wěn)定和外部穩(wěn)定，采用地基極限承載力模式完成基坑隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算，其計(jì)算公式為：

式中KD表示抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)，不小于1.6；Nc表示承載力系數(shù)；T0表示總強(qiáng)度；D表示復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的入土深度；H表示開挖深度；q表示地面荷載。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 錨桿最大拉力分析結(jié)果

支護(hù)體系施工完成后，測試3道注漿錨管注漿施工后7d時(shí)，在不同拉力下的安全系數(shù)ξ結(jié)果，如表3所示。

表3 支護(hù)體系在不同拉力下的安全系數(shù)

分析表3 的測試結(jié)果可知：施工完成7d 后，對3 道注漿錨管施加不同大小的拉力后，安全系數(shù)的結(jié)果均在1.5以上，安全系數(shù)的最小值為1.557，最大安全系數(shù)值為1.792。因此，支護(hù)體系施工效果較好，其在不同拉力作用下的安全系數(shù)結(jié)果滿足相關(guān)的施工標(biāo)準(zhǔn)，表示該支護(hù)體系能夠較好地完成基坑支護(hù)。

2.2 抗滑力矩分析

滑動力矩能夠描述支護(hù)體系施工后基坑的穩(wěn)定性，在局部滑動和整體滑動兩種情況下，隨著滑動力矩的逐漸增加，抗滑力矩的計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 抗滑力矩的計(jì)算結(jié)果/kN·m

分析表4測試結(jié)果可知：復(fù)合土釘墻支護(hù)體系施工后，在局部滑動和整體滑動兩種情況下，隨著滑動力矩的逐漸增加，該支護(hù)體系的抗滑動力矩結(jié)果均大于標(biāo)準(zhǔn)的1.2kN·m；局部滑動和整體滑動兩種情況下，抗滑動力矩的最大值分別可達(dá)到1.55kN·m 和1.49kN·m。因此，該支護(hù)體系施工后具有較好的抗滑效果，可以保證基坑的穩(wěn)定性，有效避免基坑施工后在荷載作用下土體發(fā)生滑動后產(chǎn)生裂縫或者土體坍塌情況。

2.3 基坑抗隆起穩(wěn)定性分析

基坑抗隆起穩(wěn)定性能夠衡量支護(hù)體系施工后基坑底部在受到不同大小地面荷載的作用后，抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)的計(jì)算結(jié)果如表5所示，該結(jié)果為隨機(jī)選擇3處基坑底部的結(jié)果。

表5 抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)測試結(jié)果

分析表5 測試結(jié)果可知：支護(hù)體系施工完成后，當(dāng)?shù)孛姘l(fā)生不同大小荷載后，基坑底部在荷載的作用下，抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)的計(jì)算結(jié)果均大于1.6，其中最高值達(dá)到1.92，最小值為1.66。因此，本文研究的小區(qū)基坑支護(hù)方案施工效果較好，能夠有效避免基坑底部發(fā)生隆起情況，保證基坑整體施工的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

建筑工程在施工過程中，施工環(huán)境、施工位置的不同，其地質(zhì)情況也存在一定差異，對于建筑的施工需求和施工質(zhì)量也會造成不同程度的影響。因此，為了保證建筑工程施工的穩(wěn)定性，需采用支護(hù)體系增加其穩(wěn)定性，以此提升建筑整體的穩(wěn)定性。本文以某安置小區(qū)的建筑工程為例，研究基坑開挖支護(hù)體系的設(shè)計(jì)方案和施工工藝，并對施工結(jié)果進(jìn)行相關(guān)測試，分析文中設(shè)計(jì)的支護(hù)方案的應(yīng)用效果，為基坑開挖的穩(wěn)定性研究提供相關(guān)參考。