對(duì)某工程深基坑支護(hù)技術(shù)分析

本文結(jié)合本市某工程實(shí)例，針對(duì)實(shí)例中的深基坑支護(hù)技術(shù)作出了相關(guān)的分析，旨在提供一個(gè)在復(fù)雜環(huán)境及不良工程地質(zhì)條件下進(jìn)行基坑開(kāi)挖支護(hù)的可供借鑒的實(shí)例。

工程概況

新鄭市某工程采用框架結(jié)構(gòu)，地下一層，基坑開(kāi)挖深度4.4m，基坑面積5480m2。該工程北側(cè)鄰近繁忙街道，其余三側(cè)緊鄰民居，特別是北側(cè)和南側(cè)西段距多層民居僅1～3m，距民居稍遠(yuǎn)的南側(cè)中部以東地段還要留作上部主體施工場(chǎng)地，基坑支護(hù)可利用空間非常狹小，基坑四周只能直立開(kāi)挖。這些民居已有30年以上的歷史，均系磚房，而且多采用簡(jiǎn)單的磚石條基，埋深甚至不到1m，有的房子已年久失修，其本身抗變形的能力已非常低，給基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)增加了難度。另一方面，由于基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)涉及的主要是軟土，這也極大地限制了支護(hù)形式及支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇。但是經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位及業(yè)主等各盡所能、通力合作，仍然取得了非常理想的支護(hù)效果及經(jīng)濟(jì)效益。

場(chǎng)地工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

1.工程地質(zhì)條件

根據(jù)該場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告，影響基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)的主要地層自上而下為：

（l）人工填土：以素填土為主，主要成分為粘性土，夾少量磚頭、碎石、砂礫等建筑垃圾，局部為雜填土，由粘性土、磚頭、碎石、砂礫等建筑垃圾組成。層厚0.80～3.00m。（2）沖積層淤泥：深灰、灰黑色，飽和，流塑，含有機(jī)質(zhì)、粉細(xì)砂和少量貝殼碎片。層厚0.90～9.40m。內(nèi)摩擦角平均值φ=3.6o，粘聚力平均值C=4.2Kpa。（3）沖積層細(xì)砂、中砂：以灰、灰黃、灰白色為主，飽和，松散，以中砂為主，分選性較好，含少量粗砂、礫石和粘性土，磨圓度一般，局部夾少量淤泥質(zhì)，局部夾個(gè)別碎石。層厚0.40～8.00m。修正后標(biāo)貫擊數(shù)為7～9擊，平均8擊。（4）沖積層粉質(zhì)粘土：局部為粘土，灰黃、黃紅間灰白等色，可塑，很濕，含少量中細(xì)砂，粘性較好，基本連續(xù)，局部呈夾層分布。層厚0.80～7.20m。修正擊數(shù)為5～6擊，平均5擊。內(nèi)摩擦角平均值φ=6.2o，粘聚力平均值C=25Kpa。（5）沖積層淤泥質(zhì)土：深灰、灰黑色，飽和，流塑，含有機(jī)質(zhì)、粉細(xì)砂和少量腐木碎片，局部為軟塑粘土。層厚0.70～2.40m。（6）殘積層粘性土及下部基巖。

2.水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告，該場(chǎng)地地下水主要為第四紀(jì)松散覆蓋層中的孔隙潛水，地下水主要受大氣降水和周邊居民生活用水滲漏補(bǔ)給。下部分布的中砂、細(xì)砂屬?gòu)?qiáng)透水層，滲透系數(shù)k=2.4x10-2cm/s。鉆探結(jié)束后，測(cè)得孔中水位埋深在0.30～1.20m之間。

基坑工程設(shè)計(jì)

1.邊坡支護(hù)型式及支護(hù)結(jié)構(gòu)

由于該區(qū)段淤泥層較薄，與鄰近建筑有一定距離，采用較經(jīng)濟(jì)的復(fù)合土釘墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行坑壁支護(hù)，并設(shè)置水泥攪拌樁止水帷幕，兼作超前支護(hù)結(jié)構(gòu)。由于有足夠的嵌固深度，水泥攪拌樁止水帷幕同時(shí)還相當(dāng)于一道低強(qiáng)度薄壁連續(xù)墻，實(shí)際上極大地提高了土釘墻的水平抗滑能力。

該區(qū)段除了具有同樣的周邊環(huán)境條件外，它的顯著特點(diǎn)是淤泥層厚度較大，達(dá)到了4m，支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平抗滑穩(wěn)定問(wèn)題非常突出，經(jīng)計(jì)算比較后決定采用復(fù)合加強(qiáng)型土釘墻支護(hù)方案，支護(hù)結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)等級(jí)定為二級(jí)。

本方案的特點(diǎn)是在基坑下部設(shè)計(jì)了較長(zhǎng)的土釘，且在淤泥層底部增設(shè)了一排長(zhǎng)度達(dá)15m、水平間距2.4m的全長(zhǎng)粘結(jié)非預(yù)應(yīng)力錨桿，該排錨桿穿透淤泥深入到下部可提供較大表面摩阻力的砂土內(nèi)部，從而更好地提高了土釘墻的整體抗滑能力。此外本段設(shè)計(jì)的水泥攪拌樁止水帷幕截?cái)嗔松皩又械臐B流，防止了它對(duì)基坑局部深挖樁基承臺(tái)施工的不利影響。

這種支護(hù)新型式，是專門針對(duì)軟弱土地層和強(qiáng)透水地層的特點(diǎn)而從常規(guī)土釘墻發(fā)展起來(lái)的，它除了具有常規(guī)土釘墻分層分段快速支護(hù)、工期短、造價(jià)便宜等優(yōu)點(diǎn)外，它還具有截水、超前支護(hù)、有效控制整體位移等功能，正是這些輔助功能，解決了常規(guī)土釘墻技術(shù)無(wú)法應(yīng)用于軟弱地層和強(qiáng)透水地層直立邊坡支護(hù)工程的難題。

為保證地下室底板的防水效果，水平支撐的立柱在地下室底板底以上部分采用鋼結(jié)構(gòu)柱，底板以下部分為鉆孔混凝土樁，鋼柱與樁鋼筋籠焊接插入混凝土樁的長(zhǎng)度為2m；為有效發(fā)揮水平支撐的擋土效果，冠梁頂面位于現(xiàn)有地面下0.5m處，以上部分砌磚擋土；水平支撐和支撐立柱的布置考慮了避開(kāi)地下室的梁、柱和承臺(tái)的問(wèn)題。

經(jīng)計(jì)算，該區(qū)段基坑邊坡支護(hù)剖面對(duì)應(yīng)基坑開(kāi)挖到底工況的整體抗滑穩(wěn)定、抗隆起、抗管涌、抗傾覆的安全系數(shù)分別為1.55、1.96、2.65和1.81，樁頂最大水平位移計(jì)算值26mm。

2.地下、地表水控制方案

本基坑環(huán)周邊設(shè)計(jì)了一道截水帷幕，具體為：土釘支護(hù)段采用單排水泥攪拌樁帷幕止水，“擋土樁+內(nèi)支撐”支護(hù)段采用樁間水泥攪拌樁止水，與樁間旋噴樁止水方案相比，樁間攪拌樁止水方案經(jīng)濟(jì)得多。盡管設(shè)計(jì)了截水帷幕，但由于坑內(nèi)土層中仍有一定的靜貯水，且在施工中還會(huì)受降雨影響，故在坑底設(shè)計(jì)了一道300×300磚砌排水溝，在基坑轉(zhuǎn)角處設(shè)計(jì)了若干個(gè)磚砌集水井，用以排泄基坑滲水及雨天積水；為避免地表水軟化坡肩，有效排泄邊坡滲水，在坡頂設(shè)計(jì)了一道300×300磚砌排水溝截?cái)嗟乇硭诨娱_(kāi)挖前，要求疏干地表已有積水，并采取有效措施保證地表水能順暢排泄。

基坑工程施工

1.土方開(kāi)挖

（1）土釘支護(hù)段：在平面中將基坑分為中心區(qū)和周邊區(qū)，在距邊坡8m以內(nèi)的基坑周邊區(qū)地帶分層、分段開(kāi)挖，每層的厚度等于兩層土釘之間的垂直距離，分段長(zhǎng)度一般取20m，但在淤泥層分段長(zhǎng)度則不大于15m，嚴(yán)禁超挖。（2）“護(hù)坡樁+內(nèi)支撐”支護(hù)段：土方要在擋土樁和支撐的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后方才開(kāi)挖。為使得該段的支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的受力狀態(tài)不發(fā)生異常突變，土方分層、對(duì)稱開(kāi)挖，分層厚度小于2.0m，施工時(shí)是平行于內(nèi)支撐由北往南退挖的。（3）基坑周邊承臺(tái)部位：承臺(tái)基坑的土方采用人工開(kāi)挖，以確保盡可能不消弱被動(dòng)區(qū)支撐土體。對(duì)于凈間距小于4m的承臺(tái)必進(jìn)行跳挖施工，在一承臺(tái)墊層澆筑完畢后，再開(kāi)挖相鄰承臺(tái)。

2.土釘及非預(yù)應(yīng)力錨桿施工

為了解決在淤泥和砂層中難以成孔的問(wèn)題，本工程土釘或非預(yù)應(yīng)力錨桿的鋼材全部采用鋼花管制作，土釘鋼花管表面每隔一定距離設(shè)置一對(duì)角鋼制作的倒刺，其作用有多方面，但主要起定位架、防堵塞的作用，保證鋼花管始終能居于已成孔的中部，從而使其外周有足夠的水泥漿保護(hù)層。

本工程土釘主要是按“擊入法”進(jìn)行施工的，施工機(jī)械包括6～12m3/min的空壓機(jī)、φ90～φ110mm潛孔沖擊錘（包括焊接固定在錘底中心的φ20mm鋼筋定位器）、導(dǎo)軌及托架等，施工時(shí)在土釘頭部套入中間隔斷、長(zhǎng)約200mm的D70mm管靴，然后將導(dǎo)軌及托架按照土釘?shù)脑O(shè)計(jì)水平傾角調(diào)整好，沖擊錘定位器對(duì)準(zhǔn)土釘管靴，最后開(kāi)動(dòng)空壓機(jī)，用人工或機(jī)械向前推移啟動(dòng)沖擊器，在高頻沖擊力作用下，鋼管被慢慢擊致設(shè)置的深度；非預(yù)應(yīng)力錨桿的施工除少部分采用了上述工藝外，主要是按照“自鉆式錨桿”工藝進(jìn)行施工的，即鉆孔前先將鋼管截?cái)啵瞥砷L(zhǎng)度2m的短管，表面倒刺換作套于管壁外側(cè)的圓環(huán)狀鋼管定位架，兩端以螺口連接，然后直接利用這些短錨管作為鉆桿，配置滿足設(shè)計(jì)孔徑要求的簡(jiǎn)易的三頁(yè)鉆頭后用“泥漿循環(huán)護(hù)壁法”或“水泥漿循環(huán)護(hù)壁法”直接鉆進(jìn)，到達(dá)設(shè)計(jì)深度后直接按“頂漿法”由底往上灌注水泥漿。

3.護(hù)坡樁及樁間攪拌樁施工

以往排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)采用攪拌樁進(jìn)行樁間止水的實(shí)例很少，本工程樁間攪拌樁是先于鉆孔樁施工時(shí)，施工過(guò)程比較順利。實(shí)際上若先施工鉆孔樁，樁間攪拌樁根本無(wú)法緊貼鉆孔樁攪拌，這將導(dǎo)致攪拌樁與護(hù)坡樁之間形成漏水縫隙，達(dá)不到應(yīng)有的止水效果，而且這樣做還極易折斷攪拌頭。

4.內(nèi)支撐拆除

內(nèi)支撐拆除是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)大、需要認(rèn)真對(duì)待、仔細(xì)對(duì)待的工作，選擇合適的拆撐的時(shí)機(jī)也是至關(guān)重要的。本工程內(nèi)支撐拆除安排在樁地下室底板完成且養(yǎng)護(hù)5天（應(yīng)根據(jù)季節(jié)天氣情況決定）以上、地下室周邊具備換撐的空間和施工條件之后。在底板與擋土樁之間的空隙處采用塊石混凝土密實(shí)填筑，使得下道支撐點(diǎn)提高到底板處，有的區(qū)段還沿基坑周邊設(shè)置了鋼管桁架臨時(shí)斜撐，其底端撐于底板外側(cè)邊，上端撐于樁頂冠梁底面；內(nèi)支撐的底面設(shè)置了豎向鋼管桁架等臨時(shí)替換支撐。拆撐時(shí)先拆八角撐及角撐，最后再拆除主撐。

5.環(huán)境保護(hù)及位移沉降觀測(cè)

對(duì)基坑周邊環(huán)境條件的保護(hù)是基坑工程設(shè)計(jì)施工的一個(gè)主要內(nèi)容，本工程除在設(shè)計(jì)上采取了止水帷幕、控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形值等預(yù)防措施外，認(rèn)真貫徹信息化施工的原則，在基坑周邊每隔20-25m設(shè)計(jì)了一個(gè)位移沉降觀測(cè)點(diǎn)、土層深層測(cè)斜點(diǎn)、內(nèi)支撐軸力監(jiān)控和周邊地下水位變化等，施工期間定期進(jìn)行觀測(cè)，充分運(yùn)用了這些觀測(cè)信息指導(dǎo)支護(hù)工程的施工，使環(huán)境保護(hù)問(wèn)題得到了進(jìn)一步的具體落實(shí)。

結(jié)束語(yǔ)

本基坑支護(hù)工程雖然不深，但周邊環(huán)境條件復(fù)雜、地質(zhì)條件較差，且當(dāng)前復(fù)合型土釘墻仍然處于摸索階段，這些都給基坑工程的設(shè)計(jì)施工帶來(lái)了一定的難度和挑戰(zhàn)性。設(shè)計(jì)通過(guò)技術(shù)處理，運(yùn)用多種不同支護(hù)方式；施工方經(jīng)過(guò)技術(shù)分析判斷、科學(xué)精心施工、經(jīng)驗(yàn)合理運(yùn)用，獲得圓滿成功。

（作者單位：新鄭市工程質(zhì)量監(jiān)督站）