大基坑支護實例

曹志海

1 工程概況及特點

中國人民解放軍空軍某部隊經濟適用房三期工程，位于佛山市南海區羅村鎮。該建筑為15層框剪結構，人工挖孔樁基礎，總建筑面積96 000 m2。設計有1層地下室，地下室長96 m，寬92 m。地下室底建筑設計標高為-3.600 m，板厚400 mm。地下室用途為地下車庫，設計停車位300個。

本建筑物地下室基坑大，達到1萬m2以上，而施工場地狹小，建筑物東面是部隊油庫，距建筑物墻邊只有3.8 m。西面是市政道路北湖一路，距道路只有8 m。基坑這一側在接近建筑位置有天然氣管道，最近距離只有1.7 m，與建筑物稍遠一點還有高壓電纜溝。南面為已有多層住宅，距離建筑物只有15.5 m。北面場地情況稍好，距市政道路有11 m左右。

本工程地質條件較為復雜，通過地質勘探，發現地下情況多變。場地西南角為回填土，深度達到4 m以上。南、西、北部分為黏土，東邊部分土質條件較好，為中風化巖層。唯一有利的是本工程地下水位較為理想，在墊層底標高面-4.100以下，為本工程地下室施工提供了便利的條件。

由于場地狹小，地質情況又復雜，為了既能滿足施工要求，有足夠的作業面進行施工作業，又要保證施工時基坑的穩定與安全，保證基坑四周的已有房屋、道路、油庫不受基坑開挖影響，還要考慮到方案的經濟性及可實施性。針對基坑四周的不同情況進行了不同的邊坡支護處理。

2 支護方法

2.1 西南邊坡支護方法

最困難的地方為基坑的西邊南面部分，此處為4 m多深的回填土，且處于平面布置方案的進場處，并且由于有燃氣管，場地不能進行放坡處理，并且不允許較大變形。處理時，在此部分采用單排攪拌樁加土釘錨固的復合土釘方案。攪拌樁直徑采用350 mm，內配鋼筋籠，樁心間距500 mm。要求攪拌樁打入黏土層中，深度達到7 m左右。超過基坑開挖深度3 m，既達到承載力持力層，又保證了埋深錨固的要求。攪拌樁沿著基坑西邊，從南起向北延伸35 m，超出回填土范圍后停止。

然后在攪拌樁范圍內設計土釘。參考本開挖深度，共設計3排土釘，土釘的縱橫向間距都為1.5 m。土釘采用110直徑圓孔，內配二級20鋼筋，打入土層中6 m，此處錨桿取傾斜角15°。在其表面連接二級 14壓筋，然后設φ 6鋼筋網，間距縱橫向200，再采用噴射混凝土噴面，將土釘連成一個整體。錨桿及攪拌樁設計如圖1所示。

攪拌樁在此起到的作用是隔水、避免坑底隆起，并可解決坑底土承載力不足。在進行承載力復核時，先按無水泥攪拌樁，即直立土壁用基坑設計軟件進行計算，算至坑底。安全系數取1.3，然后再向下計算，找出基坑下某深度安全系數的拐點，然后找出滑動圓心，再按此最不利滑動面，加入考慮攪拌樁的抗剪作用進行計算。對比算出的安全系數與取值。若大于，則符合要求。

本方案中，水泥攪拌樁中水泥摻入量為17%，無側限抗壓強度應大于1 MPa，分母值計算為255.87 kN/m。

算出得K′=1.432＞1.3，說明所設計的方案是安全的。

2.2 西北邊坡支護方法

基坑西邊北部分為黏土層，土質較好，采用小放坡的形式。采用1∶10放坡。再進行土釘布置，面上照設壓筋與拉結鋼筋，并采用C20噴射混凝土護面。土釘、噴射混凝土面的設置方法與前面設置方法相同。在坡面上設置的與土釘在一起的鋼筋網噴射混凝土面板可限制坡面膨脹變形，起加強邊界約束的作用。

由于這一段只采用土釘和混凝土護面，需進行計算土釘的抗拉承載力和土釘墻的整體穩定性。

土釘的抗拔承載力計算，是計算在面層土壓力作用下，土釘內部潛在滑裂面的有效錨固段應具有足夠的界面摩阻力而不被拔出。采用公式:F/E≥K。

將各值代入公式后算出，F=3.14×50×0.11×6=103.62 kN，E=1×1.2×15×1.8×1.5×1.5=72.9，F/E=103.62/72.9=1.42＞1.3，合格。

土釘墻的整體穩定性驗算，按規范要求，應根據施工期間不同開挖深度及基坑底面以下可能滑動面采用圓弧滑動簡單條分法，進行整體驗算。

可計算出，第一排土釘時，安全系數為2.037＞1.3，合格。第二排土釘時，安全系數為1.59＞1.3，合格。第三排土釘時，安全系數為1.442＞1.3，合格。

同時進行抗滑動及抗傾覆穩定性驗算。抗滑動穩定性驗算時，經計算 KH=f′/Eah=1.36＞1.3，抗滑動滿足要求。抗傾覆穩定性驗算經計算KQ=MG/MQ=3.89＞1.5，能滿足要求。

2.3 南、東、北邊坡支護方法

南面邊坡由于距已有房子較近，需保證在整個施工期間房屋的絕對安全，保證不因基坑開挖和抽取地下水造成房屋下陷和開裂。

由于距離房屋有10多米，而此處又是黏土層，先確定此邊坡方案為放坡。采用1∶1方法進行放坡。然后照前述方法打入錨桿，掛鋼筋網，再噴射混凝土。由于此處坡度比前面設計中的邊坡更緩，所以不再進行土釘的計算和土體的驗算。

地下水位控制方法是，選擇9月秋季進行作業，此時地下水位較低，低于設計標高面。人工挖孔樁基施工時采用倒井法進行施工，在一個樁基作業時，將抽出的地下水倒入另一個沒有施工的樁洞內，保證地下水位不變化，進而保證了已有房屋不因地下水抽取導致地面沉陷而引起開裂。

東面邊坡為風化巖，因為風化巖本身有足夠的穩定性和承載力，只要防止其風化，即可保證其承載能力不變化。所以在此段采用放直坡，在其表面掛鋼絲網，采用60厚C20噴射混凝土護面。加入鋼絲網是保證混凝土不出現干縮裂縫，避免雨水侵入。

北面沒有建筑物，并且離已有市政道路較遠，采用 1∶1放坡，然后在其表面噴射80厚C20混凝土。由于放坡足夠，土質有較好的自穩性，可以不需驗算其整體穩定性。

2.4 輔助措施

采取有利的排水措施，可以保證邊坡的穩定性。因此，除了進行邊坡支護設計外，采取有效措施，有組織排出場地內的雨水。方法是在西、南、北三處邊坡頂上設排水溝。東面由于場地尺寸限制無法設溝，但是東面雨水面積小，不會造成大的影響。基坑內的排水，采用在坑底設置四向閉合排水溝，同時設置適量集水井，將雨水及時排走。

3 施工控制

所有原材料應嚴格把好質量關，三證齊全并進場復驗合格后才能用于施工。定位放線采用專門測量人員負責。機具需運轉合格并由專人操作。

施工時，先進行攪拌樁的施工，然后沿著基坑從東向西取土。北、東、南三邊邊取土邊形成設計的斜坡。待取到西邊部分時，攪拌樁已達到強度，可以進行土釘施工作業。取土時第一次取1 m左右，以方便鉆孔機進行鉆孔作業。為保證進度，南與西面各采用一臺鉆孔機進行鉆孔。鉆完孔后放入鋼筋，并及時進行灌漿。灌漿前，先對孔洞進行沖洗，直到洗出清水為止，灌漿要求飽滿。灌漿水泥使用普通硅酸鹽水泥，不使用高鋁水泥。細骨料采用小于2 mm砂。砂中含泥量不得大于3%，砂中所含云母、有機質、硫化物及硫酸鹽含量不得大于1%。水中不得含有影響水泥正常凝結與硬化的物質，不得使用pH值小于4.0的酸性水和硫酸鹽含量(按SO4計)大于水重1%的水。當上面一層土釘完成后，進行第二層取土施工，并同時進行第二層土釘的施工。在北面留出土道路。在西邊攪拌樁及土釘施工前，我們通過局部開挖方法探出天然氣管道的準確位置，經校對，與攪拌樁及土釘位置不相沖突。

施工時嚴格把關各土釘位置及打入角度，整個土方開挖及基坑支護工程在8月份順利完工，保證了后續各工序的有序進行。通過佛山市金平建筑工程質量檢測有限公司進行變形觀察，邊坡沒有大的變形出現。同時對鄰邊已有建筑及道路進行觀察，沒有發現開裂及地面下陷現象，支護取得良好效果。

4 結語

基坑邊坡支護，一直是施工中的一個重點。本工程中，由于針對不同場地不同土質進行了合理的處理，所以保證了施工安全和工期按時完成，也節省了工程成本，取得了很好的經濟性。

[1] CECS 22∶89，土層錨桿設計與施工規范[S].

[2] JGJ 120-99，建筑基坑與護坡技術規程[S].

[3] 李子軍，徐清文，黃克勝，等.土釘支護及其應用[J].山東冶金，2005(6):10-12.