興化牌樓圖書館地下人防基坑支護設計施工

張金蘭

1 工程概況

興化市牌樓圖書館地下人防總建筑面積5 064.2 m2，框架結構，地下1層，地上4層。甲類核常6級物資庫，平時為車庫。平面外輪廓類似“刀把形”，緊靠基坑西南角是13層的高層建筑，裙樓5層;北邊是20世紀70年代建的磚混住宅，距基坑邊約為31.5 m，其間空地堆放施工材料;南邊緊鄰市區牌樓路;東邊是牌樓北路和鄭板橋紀念館。基坑土質主要為易坍塌的雜填土、淤泥質土，多含有機物、建筑垃圾。施工期間為保護周邊道路和建筑物安全，我院于2010年5月進行了基坑支護設計。本工程±0.00相對黃海高程為4.50，室外主干道路面4.20，地下室開挖深度約為5.75 m。

2 基坑支護方案

KC09038勘察報告顯示:場地平坦，地下水位在室外地坪下，主要為潛水層，無承壓水。土層信息見4.2，其中第②層粉質粘土很薄，大部分缺失。第④層淤泥質粉土，僅沿牌樓北路基坑邊有，第⑤層有5A粉質粘土、5B粘土夾粉質粘土、5C粉土3層，5A土較薄，大部分缺失。根據地質資料和地下室施工圖紙，設計人對周邊現場進行勘察調研，吸取了附近某一基坑圍護工程坍塌失敗的經驗教訓，決定采用雙軸水泥深層攪拌樁止水帷幕與鉆孔灌注樁支擋相結合的圍護方案。基坑等級為二級，側壁重要性系數取1.0。

3 止水帷幕水泥攪拌樁

1)止水帷幕A—B—C～K—L—M—N段設計為φ700三排雙軸水泥深層攪拌樁，其余為雙排。樁頂標高－2.000，樁長11 m。相鄰樁間搭接為200 mm，采用普通硅酸鹽水泥32.5攪拌，水泥摻量不得小于13%。樁嵌固深度為6.5 m。止水帷幕的滲透系數宜小于1.0 ×10－6cm/s。

2)抗滲透穩定條件驗算:hd=6.5 m≥1.2 ×1.1 ×3.5=4.62 m，滿足要求。

3)根據場地土質差和地下水位較高的特點，為了達到止水效果，在灌注樁與攪拌樁之間(200凈距)土采用壓密注漿，注漿深度與攪拌樁止水帷幕深度相同。注漿液采用32.5普通硅酸鹽水泥漿，漿液配比:水泥∶水玻璃 =1∶0.01，水灰比 0.5，每立方米土體水泥用量不少于180 kg。

4)水泥攪拌樁質量檢測。施工后一周內開挖檢查或采用鉆孔取芯等手段檢查成樁質量，若不符合設計要求應及時調整施工工藝。設計開挖齡期內采用鉆芯法檢查樁身完整性，鉆芯數量不宜少于總樁數的2%，且不應少于5根。

4 基坑支護排樁設計

支擋鉆孔灌注樁φ700，間隔1 m設一樁，水下C25，樁頂標高為－2.000，上部冠梁500×800。基坑東側排樁長為15 m，其余樁長為13 m，灌注樁底主要在第⑤土層上。計算時考慮排樁側土水壓力和坑邊建筑物的重量及施工期間堆載引起的附加“超載值”。為了降低排樁樁長、配筋和樁頂水平位移，減少冠梁長度和增加剛度，沿基坑排樁邊每隔5根樁緊貼排樁外側另增一根樁;在陽角處增設水平支撐梁，水平向主筋應與冠梁可靠錨固。排樁按基坑支護技術規程選用增量法，利用理正深基坑支護軟件計算。例取坑邊K—L—M—N段排樁計算(見圖1)。

圖1 排樁計算簡圖（單位：m）

表1 各土層相關參數

4.1 基本信息

基坑深度5.5 m，樁嵌固深度11 m，水平側向剛度66.254 MN/m。坑邊超載值30 kPa。

4.2 土層信息

采用經典法土壓力模型，水、主動土、被動土壓力調整系數均為1.0，各土層相關參數見表1。

4.3 計算結果

內力位移包絡圖見圖2。

圖2 包絡圖

地表沉降見圖3。

圖3 地表沉降

4.4 選筋結果

選筋結果見表2。

表2 選筋結果

排樁選筋:12Φ18(HRB400)，箍筋φ8@200，加強箍筋φ14@2 000。

冠梁:左右兩側5Φ18，上下中部2Φ18，箍筋φ8@200。

排樁配筋見圖4。

圖4 基坑排樁配筋圖

4.5 整體穩定驗算

計算方法:瑞典條分法;應力狀態:總應力法;條分法中的土條寬度:1.00 m;滑裂面數據:整體穩定安全系數Ks=1.355，圓弧半徑R=13.604 m，圓心坐標 X= －0.579 m，圓心坐標 Y=2.544 m。

1)抗傾覆穩定性驗算。抗傾覆安全系數:

其中，Mp為被動土壓力及支點力對樁底的彎矩，對于內支撐支點力由內支撐抗壓力決定，對于錨桿或錨索，支點力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值;Ma為主動土壓力對樁底的彎矩。

2)抗隆起驗算。

Prandtl(普朗德爾)公式:

Ks=

1.1。滿足規范要求。

Terzaghi(太沙基)公式(Ks≥1.15 ～1.25)，安全系數取自《建筑基坑工程技術規范》:

Ks=

1.15。滿足規范要求。

隆起量的計算:

其中，δ為基坑底面向上位移，mm;n為從基坑頂面到基坑底面處的土層層數;γi為第i層土的重度，kN/m3，地下水位以上取土的天然重度，地下水位以下取土的飽和重度;hi為第i層土的厚度，m;q為基坑頂面的地面超載，kPa;D為樁(墻)的嵌入長度，m;H為基坑的開挖深度，m;c為樁(墻)底面處土層的粘聚力，kPa;φ為樁(墻)底面處土層的內摩擦角，(°);γ為樁(墻)頂面到底處各土層的加權平均重度，kN/m3。

3)抗管涌驗算。

抗管涌穩定安全系數:

其中，γ0為側壁重要性系數;γ'為土的有效重度，kN/m3;γw為地下水重度，kN/m3;h'為地下水位至基坑底的距離，m;D為樁(墻)入土深度，m;K=4.896≥1.5，滿足規范要求。

4.6 鉆孔灌注樁質量檢測要求

采用低應變動測法檢測樁身完整性，檢測數量不宜小于樁數的10%，且不得少于5根。當檢測的樁身缺陷可能影響樁的水平承載力時，尚應采用鉆芯補充檢測，檢測數量不宜小于總樁數的2%，且不得少于3根。

5 基坑降水影響計算

降水采用輕型井點，沿基坑周邊布設井管。軟件采用潛水完整井和基坑遠離邊界的計算模型。任意點降深計算采用JGJ 120-99規程公式，沉降計算采用巖土工程勘察規范方法，即不考慮應力隨深度衰減的方法。水位降深5.4 m，過濾器半徑0.25 m，水頭高度11.7 m，滲透系數0.798 m/d，單井出水量 3 m3/d，沉降計算經驗系數 1.0，地下水埋深 0.8 m。

計算結果如下:

1)基坑涌水量。

按規程附錄F計算出確定降水影響半徑32.99 m，基坑等效半徑 39.473 m，基坑涌水量 401.368 m3/d。

2)降水井的數量。

按第8.3.3條單井出水量3 m3/d計算，需要降水井的數量134個。

3)各點降深與地表沉降。

按第8.3.7條計算，在指定范圍內最小降深0.0 m，最大降深6.206 m，最小沉降0.0 cm，最大沉降18.4 cm。

4)建筑物各角點降深與沉降計算。

角點 1:降深1.375 m，沉降4.61 cm;角點2:降深0.0 m，沉降0.0 cm;角點3:降深0.0 m，沉降0.0 cm;角點4:降深0.0 m;沉降0.0 cm;各角點:最小降深 0.0 m，最大降深 1.375 m;最小沉降0.0 cm，最大沉降4.6 cm;建筑各角點之間最大傾斜率0.230 5%。

5)觀察剖面上各點降深與沉降計算。

最小降深0.0 m，最大降深 0.993 m;地表最小沉降0.0 cm，最大沉降3.4 cm;建筑物埋深平面最小沉降0.0 cm，最大沉降3.4 cm。

6 施工要求及注意事項

1)步驟:先施工水泥土深層攪拌樁止水帷幕，后灌注樁，其次澆筑冠梁，最后打設井點進行坑內降水，再挖土。

2)灌注樁泥漿比重為1.1～1.15，沉渣不宜超過200 mm;軸線和垂直軸線方向樁位偏差均不宜超過50 mm，垂直度偏差不宜大于0.5%。冠梁施工前，應將支護樁樁頂浮漿鑿除清理干凈，樁頂以上出露的鋼筋長度應達到設計要求。

3)水泥攪拌樁施工時水灰比為0.5～0.77。上半部分土為雜填土，必要時應上下多次復攪，以保證攪拌樁質量。相鄰樁施工間隙不得超過10 h，且噴漿攪拌時鉆頭提升(下降)速度不宜大于0.5 m/min。攪拌樁要求連續施工，如因故停工24 h以上，在停工接頭部位應采用注漿止水處理。

4)施工中應嚴格控制基坑邊地面堆載，不得超設計限值。

5)基坑開挖前兩周應進行坑內降水，降水深度控制在最終開挖面以下0.5 m～1 m。坑內外設置水位觀測井。挖土后在坑內設明溝或盲溝集水井明排水，局部加深部分應采取相應的降水措施。基坑周邊可采用井點、砂井、砂溝等回灌水措施。

7 基坑支護監測控制

1)為了保證施工安全，做到信息化管理，應委托有資質的專業單位進行監測，并提供監測專項方案。

監測內容有鉆孔灌注樁頂冠梁和攪拌樁頂的豎向和水平位移、鉆孔灌注樁擋墻水平變位和測斜、基坑內外地下水位觀測、臨近建筑物及地下管線的變形。施工監測應保持連續性，開挖階段所有測點每天至少一次，底板澆筑成后可三天一次，進入關鍵施工工序時應加強監測密度。

2)建議監測報警值。

水平位移:允許值50 mm，變形速率報警值不小于3 mm/d，累計變形報警值75%允許值。地面最大沉降:允許值50 mm，變形速率報警值不小于3 mm/d，累計變形報警值75%允許值。水位觀測井:變形速率報警值不小于1 000 mm/d。

8 結語

地下室施工完成且坑內土回填至室外地坪，灌注樁和水泥攪拌樁經檢測均符合設計要求。

經過213 d的現場監測表明:基坑結構安全可靠，最大土體側移6 mm，對周圍環境影響較小，未發現附近地面下沉，坑內也未發現有滲漏水現象，布置在坑邊建筑物和道路的各實測點變形量、最大差異變形值均未超出規范。

由此表明，本工程基坑支護設計合理，施工得當，監控到位，未發生任何險情，已達到了預期目的，為今后類似工程提供可借鑒的經驗。

［1］ JGJ 120-99，建筑基坑支護技術規程［S］.

［2］ JGJ 94-94，建筑樁基技術規范［S］.

［3］ GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范［S］.

［4］ JGJ 106-2003，J 256-2003，建筑基樁檢測技術規范［S］.

［5］ 黃訓平.復雜地質條件下深基坑支護技術與監測分析［J］.山西建筑，2010，36(12):106-107.