杭州臨安某商住樓基坑支護(hù)設(shè)計(jì)分析

火統(tǒng)曜，池海學(xué)，李世奧，陳國棟

（1.國咨（北京）規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，北京 100043；2.防災(zāi)科技學(xué)院，河北 廊坊 065200）

0 引言

基坑支護(hù)工程屬于一個古老不斷而發(fā)展的課題，放坡開挖和建議木樁圍護(hù)可追溯到遠(yuǎn)古時代。隨著人類文明的進(jìn)步，為了改善生存的條件，進(jìn)一步加快了基坑工程的發(fā)展。在上個世紀(jì)的西方世界，Bjerrum l.等[1]就已經(jīng)關(guān)注到基坑工程有關(guān)的問題，并開始進(jìn)行深入研究，發(fā)表了有關(guān)評價、預(yù)估土坡的穩(wěn)定程度以及計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)所受荷載大小的相關(guān)原理著作。之后，隨著認(rèn)識的深入、相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展以及對相應(yīng)對策的研究，基坑支護(hù)技術(shù)也逐步得到發(fā)展和完善。

1970 年代以后，許多國家紛紛開始制定關(guān)于基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、挖掘、施工的一系列法規(guī)，規(guī)范和引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展，帶來了更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。深基坑理論及技術(shù)在國外經(jīng)過多年的發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)的積累已經(jīng)日趨成熟，越來越多的建筑采用深基坑工程。我國深基坑工程是20世紀(jì)90年代后發(fā)展起來的，高層建筑迅猛發(fā)展，同時大量的地下市政設(shè)施、地下商業(yè)廣場、地鐵車站、海底隧道等開始興建，基坑深度超過10m 的比比皆是。同時隨著建筑高度的不斷增加，為了滿足高層建筑的構(gòu)造及使用要求，基礎(chǔ)埋深必定越來越深，深基坑工程越來越多。同時因?yàn)榻ㄖ锏脑龆?、基坑形式?fù)雜，也造成了基坑開挖時條件越來越復(fù)雜。

目前，國外在基坑開挖、基坑支護(hù)、基坑監(jiān)測等方面已經(jīng)有一套成熟的理論與技術(shù)?；庸こ淘谖覈l(fā)展起步較晚[2]，1978 年即改革開放后，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市化進(jìn)程也越來越快，大量建筑特別是高層建筑及市政工程開始涌現(xiàn)出來，以上海、廣州等為代表的大城市相繼建成了一些高層建筑。我國通過借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)及在建設(shè)過程中積累的經(jīng)驗(yàn)快速發(fā)展，城市高層建筑開始大量修建。在地下工程的修建中，尤其地面以下的鐵路工程規(guī)模越來越大，使得基坑開挖的深度最大已經(jīng)超過了20m。隨著時間的推移，對基坑建設(shè)的深度極限已經(jīng)達(dá)到30～40m。與此同時，我國的基坑支護(hù)工程的相關(guān)技術(shù)水平，也正在逐步地提高和完善[3]。

1 工程概況

工程位于臨安市人民廣場東側(cè)，該工程擬建兩座高層住宅樓、設(shè)二層地下室。工程場地自然地面高程為43.00m，地下室底板底普遍標(biāo)高為33.50m，大面積基坑開挖深度為9.50m，基坑西側(cè)和南側(cè)均為已建成道路，東側(cè)和北側(cè)均為建筑物，無放坡開挖空間，本工程南面和西面采用土釘墻支護(hù)形式進(jìn)行施工，東側(cè)和北側(cè)需進(jìn)行設(shè)計(jì)及計(jì)算，基坑總平面圖見圖1。

圖1 基坑總平面圖

根據(jù)本工程勘察報(bào)告，基坑支護(hù)影響范圍內(nèi)各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)為①雜填土，雜色，松散，稍濕，由生活垃圾、建筑垃圾、碎石、粘土、砂等組成，局部含少量耕土；②粉質(zhì)粘土，灰黃色，松散，可塑～硬塑，含大量的鐵錳質(zhì)礦物結(jié)核及青灰色條帶，局部分布；③卵石，雜色，濕，中密～密實(shí)，很濕～飽和，卵石含量約50%～65%，粒徑2～15cm，漂石含量約20%～30%，母巖為熔結(jié)凝灰?guī)r、花崗巖、粉砂巖，全場分布；④全風(fēng)化凝灰?guī)r，青灰色、灰續(xù)色、灰紅色，組織結(jié)構(gòu)基本破壞，巖石風(fēng)化是粘性土狀，全場分布；⑤強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，青灰色、灰級色、灰紅色，組織結(jié)構(gòu)較清晰，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖芯呈碎石狀、短柱狀，用手捏易碎，全場分布；⑥中風(fēng)化凝灰?guī)r，青灰色、灰綠色、灰紅色，組織結(jié)構(gòu)清晰，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，風(fēng)化裂隙較發(fā)育，巖芯呈短柱狀、柱狀，局部膨潤土化，全場分布。各土層參數(shù)見表1。

表1 各土層參數(shù)表

2 基坑支護(hù)方案及計(jì)算

2.1 基坑支護(hù)方案確定

綜合分析本基坑地質(zhì)條件、基坑開挖深度、周圍環(huán)境條件以及本工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)需要，本基坑支護(hù)工程的基坑?xùn)|側(cè)8m 為一層臨時住房，北側(cè)約9m 左右為三層建筑物，基坑普遍開挖深度為9.5m，電梯井挖深達(dá)12.5m，開挖深度較大，是臨安地區(qū)的超深基坑之一，并且基坑周邊環(huán)境條件復(fù)雜，進(jìn)行支護(hù)方案設(shè)計(jì)及計(jì)算的基坑?xùn)|側(cè)和北側(cè)均為建筑物，無放坡開挖空間?；佑绊懛秶鷥?nèi)上部為卵石層、下部為基巖，卵石層和基巖層中需選擇合理、高效的成樁工藝，以及合理確定樁長且卵石層力學(xué)性質(zhì)好、滲透性能較好、地下水處理難度較大，經(jīng)綜合考慮，本工程采用灌注樁結(jié)合錨桿的支護(hù)形式。

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)是在抗滑樁與錨桿支護(hù)共同作用下新發(fā)展起來的結(jié)構(gòu)型式[4]，能夠?qū)㈠^桿的錨固力作用與抗滑樁的阻滑力充分發(fā)揮出來。對比其他支護(hù)結(jié)構(gòu)，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)具有低勞動強(qiáng)度、高機(jī)械化程度以及工程開挖量較小等特點(diǎn)。

2.2 基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)前面的分析，決定北面和東面采用樁錨支護(hù)形式進(jìn)行施工，根據(jù)土層參數(shù)以及設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算，得出相關(guān)的計(jì)算成果。樁錨支護(hù)的排樁、錨桿的剖面布置圖如圖2 所示，表2 和表3 分別為樁錨支護(hù)設(shè)計(jì)基本參數(shù)和支錨信息參數(shù)。

表2 設(shè)計(jì)基本參數(shù)表（單位：m）

表3 支錨信息參數(shù)表

圖2 北面和東面樁錨支護(hù)剖面布置圖

圖3 為基坑支護(hù)工程內(nèi)力位移包絡(luò)圖，由圖3 可知，本工程最大位移為9.28mm。圖4是地表沉降圖，三角形法最大沉降量為23mm，拋物線法最大沉降量為35mm，指數(shù)法最大沉降量為18mm，結(jié)果均符合要求。綜合分析本基坑地質(zhì)條件、基坑開挖深度和周圍環(huán)境條件，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012）[5]判定，基坑?xùn)|面和北面安全等級為一級，安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為1.35，經(jīng)驗(yàn)算后得出的整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.934，滿足要求。

圖3 內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖4 地表沉降圖

3 地下水的控制及施工工藝

3.1 工程場區(qū)水文地質(zhì)條件

根據(jù)本工程勘察報(bào)告，場地地下水主要為孔隙性潛水。勘探深度內(nèi)地下水較發(fā)育，上部兩層土為弱透水層，3 層土為透水層，地下水主要賦存于3 層卵石層中，地下水位主要受大氣降水及地表水影響，隨季節(jié)變化和氣候變化而升降。地下水穩(wěn)定水位埋深0.10～1.30m。

3.2 地下水控制方案選擇和井點(diǎn)降水的布置

地下水的控制方法可分為帷幕止水和降排水兩種類型，基坑工程施工設(shè)計(jì)中合理選擇地下水控制方案是非常重要的一個環(huán)節(jié)，需要考慮基坑周圍建筑、基坑總體穩(wěn)定性等一系列因素。如基坑所處地區(qū)的政府政策規(guī)定以及地方技術(shù)規(guī)范，無論選擇何種方案，都應(yīng)符合施工要求，滿足當(dāng)?shù)氐慕邓髽?biāo)準(zhǔn)，并且在經(jīng)濟(jì)投入以及安全性上有一定的合理性，滿足周邊建筑物安全性對基坑降水的要求?？紤]到卵石層雖然含水量豐富且透水性好，但其粘土含量較高，本工程地下水采用管井降水法。

結(jié)合該場地的巖土工程勘察報(bào)告，該場地土類以卵石、凝灰?guī)r以及粉質(zhì)粘土為主，基坑深度在9.5m，采用井點(diǎn)降水法，降水至地下10m，井距取25m，井深取11m，管井的濾管外徑取200mm，降水井距離基坑邊緣3.5m，井點(diǎn)降水布置圖見圖5。

圖5 井點(diǎn)降水簡圖

3.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝

錨桿施工工藝順序一般是鉆孔前的施工準(zhǔn)備工作、鉆孔機(jī)進(jìn)行鉆孔、制作和安裝錨桿、注入水泥漿、錨頭的安裝、安放和固定槽鋼、鋼筋預(yù)應(yīng)力的張拉及鎖定、工程施工質(zhì)量的驗(yàn)收。在鉆孔灌注樁的施工方面，排樁最好采取隔樁施工的方法，并在混凝土灌注的24h 后，進(jìn)行鄰樁成孔的施工。成樁后，采用低應(yīng)變動測法檢測樁身的完好程度。當(dāng)根據(jù)低應(yīng)變動測法判定樁身可能存在的缺陷，影響到樁的整體承載力時，可以進(jìn)行鉆芯檢測。

在進(jìn)行冠梁的施工時，首先要將樁的樁頂部分提前清理干凈，以保證施工的順利進(jìn)行。不同冠梁模版型號的選用以及施工工作時的有關(guān)注意事項(xiàng)應(yīng)按照之前的設(shè)計(jì)規(guī)劃有序進(jìn)行。灌注樁在成樁完成，并且養(yǎng)護(hù)完成后，方可將樁頂?shù)牟糠骤彸?，給后續(xù)的施工做鋪墊。在制作冠梁時，要用到的混凝土必須按照設(shè)計(jì)要求的型號進(jìn)行配兌，澆筑完成后并進(jìn)行振搗，以保證冠梁整體的密實(shí)性。

4 結(jié)語

本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，是從實(shí)際生產(chǎn)的角度出發(fā)，綜合考慮本工程的場地條件及周邊環(huán)境，并嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，最終確定本基坑采用灌注樁加錨桿的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

在卵石層中灌注樁一般采用人工挖孔工藝，采用人工挖孔工藝施工速度慢且易發(fā)生安全事故。本工程灌注樁普遍采用沖擊成孔工藝，加快了施工速度，減少了安全事故發(fā)生的概率?？紤]到基坑?xùn)|北角距離建筑物較近，沖擊成孔時的振動會對建筑物造成影響。故該處灌注樁仍舊采用人工挖孔工藝。灌注樁終孔標(biāo)準(zhǔn)以樁長進(jìn)入坑底不小于0.3 倍基坑深度，以及進(jìn)入中風(fēng)化基巖0.5m 雙控。樁間距突破常規(guī)做法，合理控制了灌注樁的長度及間距，較大幅度地節(jié)省了造價。