南京某基坑支護設計與施工分析

余 平 吳 燕

(江西省地質工程(集團)公司，江蘇 南京 210029)

南京某基坑支護設計與施工分析

余 平 吳 燕

(江西省地質工程(集團)公司，江蘇 南京 210029)

以南京某基坑工程為例，采用鉆孔灌注樁加三軸水泥土攪拌樁隔水加兩層鋼筋混凝土支撐的方案對基坑進行了設計施工，并對比分析了設計計算結果與實際監測數據結果，證明了所采取的支護形式的有效性，為以后類似工程提供借鑒。

深基坑支護，鉆孔灌注樁，三軸水泥土攪拌樁，混凝土內支撐，承壓水

0 引言

目前江蘇地區的建筑工程深基坑支護設計和施工還存在著很多不夠完善的地方[1，2]。建筑工程深基坑支護設計和施工中存在的諸多問題，在設計上對基坑支護設計單位、設計方案的提交、坡頂堆載、結構施工臨建的布置等的要求進行了明確說明，在施工上對施工方案編制與下發、施工過程控制、地下水控制等進行了詳細闡述。

1 工程概況

1.1 建筑工程概況

根據建設單位提供的該工程總平面圖、樁基平面布置圖、周邊管線圖等，該工程的概況如下：主體結構±0.000相當于吳淞高程+8.360；擬建建筑物由2棟高層科研樓組成，其中科研樓A，B均高23層，局部高4層～15層，主建筑高度99.85 m，框剪結構；全場區設2層滿堂地下車庫，框架結構；基坑開挖面積約為13 800 m2，支護周長約為500 m；根據周邊地形及基礎埋深，場地整平標高約-0.800 m，挖深見表1。

表1 基坑開挖深度表 m

場地北側地下室外墻與規三路最近距離約7 m；場地東側為青山路，地下室外墻與青山路最近距離約3 m；場地西側為香山路，地下室外墻與香山路最近距離約20 m；場地南側為空地。

1.2 水文地質與工程地質

擬建場地原為老居民區和菜田，局部分布溝塘，已拆遷并推填整平，現為預留建設用地。地表局部磚瓦碎石堆積較多，地形平坦。地面吳淞高程6.60 m～8.48 m，最大高差為1.88 m。場地整平標高約7.50 m，與現地表大致持平。

①1雜填土：很濕～飽和，結構松散，層厚1.00 m～5.80 m。

①2淤泥質填土：流～軟塑，高壓縮性，層厚0.70 m～1.70 m。

②1淤泥質粉質粘土夾粉土：飽和，流塑，層厚7.60 m～11.90 m。

②2淤泥質粉質粘土夾粉土、粉砂：飽和，流塑，層厚5.00 m～8.80 m。

③1粉砂夾粉土、粉質粘土：飽和，稍～中密，層厚3.50 m～7.10 m。

③2粉細砂：飽和，中密～密實，層厚21.40 m～28.50 m，所采用的土體參數見表2。

表2 基坑支護設計土體性質參數

擬建場地位于長江漫灘，場地地下水分為兩類：上部為孔隙潛水，主要賦存于①層雜填土及新近沉積的②層淤泥質粉質粘土中，為統一含水層。勘察期間為雨季，實測地下水初見水位埋深為1.10 m～1.40 m，穩定水位埋深1.40 m～1.80 m，該含水層①透水性較強，②透水性較弱，富水性較差，主要受大氣降水影響，水位呈季節性變化，年升降變化幅度約1.00 m。場地下部為弱承壓水，主要賦存于③1粉砂夾粉土、粉質粘土和③2粉細砂中，該含水層富水性好，水量較豐富，透水性較強。據調查近3年～5年場地最高地下水位埋深約1.00 m～1.30 m。

2 深基坑支護設計情況

本次設計采取的形式總體為：鉆孔灌注樁結合外側φ850@1 200三軸水泥土攪拌樁止水，豎向設置2層鋼筋混凝土內支撐,詳見圖1。

2.1 支護樁選用分析

鉆孔灌注樁結合止水帷幕作為一種成熟的支護形式，其施工工藝簡單、質量易控制，施工時對周邊環境影響小，在長三角地區應用十分廣泛，尤其適用于順作法基坑工程[3，4]。其止水帷幕可根據工程的土層情況、周邊環境特點、基坑開挖深度以及經濟性等要求的綜合因素選用合適的工藝。灌注排樁支護結構施工便捷，造價經濟。

SMW工法樁即在連續套接的三軸水泥土攪拌樁內插入型鋼形成的復合擋土止水結構[5]。現階段可供選擇的SMW工法樁抗側剛度較為有限，在開挖深度超過13.0 m的深基坑工程中，采用工法樁基坑開挖階段的變形較難控制。由于其自身工藝特點，對基坑變形較敏感，變形超過一定范圍SMW工法水泥土攪拌樁易產生開裂，從而帶來嚴重影響基坑安全的滲漏水問題，變形增大，對周邊環境影響相對較大等。

地下連續墻，其既擋土又止水，且具有剛度大，變形小，安全可靠等優點。在超大規模的基坑中應用較多，但其具有造價高，槽段接口處易漏，前期設計需主體設計單位配合，設計周期長，施工不當容易對主體結構產生不利影響的特點。

綜上分析，結合本基坑開挖深度、場地土質條件、周邊環境保護要求，工期及造價等經濟性因素考慮，本工程支護樁采用鉆孔灌注樁，其尺寸詳見表3。

表3 鉆孔灌注支護樁

2.2 止水樁選用分析

根據水文地質資料，本工程場地范圍內具有淺層潛水和深層承壓水，具體分析如下：

承壓水水頭埋深為3 m～4 m，按3 m進行基坑的抗突涌穩定性計算，其中按較淺部分計算如下[6]：

(1)

(2)

基坑的抗突涌穩定性計算，其中按較深部分計算如下：

(3)

其中，γm為坑底以下至承壓水含水層以上的土層加權平均重度；t，Δt分別為止水樁嵌固深度和止水樁底以下各層土的厚度和。

由以上計算可知，基坑開挖至淺部基底時，基坑開挖面以下至承壓水層頂間覆蓋土的自重壓力大于承壓水水頭壓力；開挖至深部坑底時，承壓水水頭壓力大于上覆土重力，因此，對止水、降水要求較高。

目前雙軸水泥土攪拌樁施工機械最大施工深度約16.0 m～17.0 m，且對于中密的砂性土體施工困難，若本工程采用雙軸水泥土攪拌樁止水效果很難保證；三軸水泥土攪拌樁的施工深度約為28.0 m～33.0 m，攪拌樁機械切土能力比雙軸攪拌樁能力強。三軸攪拌機械施工效率高，相對單軸或雙軸攪拌機械施工工期大大縮短，對于施工工期要求緊的工程，此法施工較有效。

采用三軸攪拌機施工，兩軸同向旋轉噴漿與土拌和，中軸逆向高壓噴氣在孔內與水泥土充分翻攪拌和，且由于中軸高壓噴出的氣體在土中逆向翻轉，使原來已拌和的土體更加均勻，成樁直徑更加有效，加固效果更優。

綜合分析本工程的特點，若采用雙軸水泥土攪拌樁進行止水效果不好；采用高壓旋噴樁造價太昂貴；因此，本工程采用套接一孔法φ850@1200三軸水泥土攪拌樁止水。

2.3 基坑支護施工工況

場地平整，施工硬化地坪后進行支護體的施工，包括鋼立柱及立柱樁、工程樁的施工。并在坑內采用輕型井點預降水；卸土開槽至圈梁及第一層支撐底，并及時的澆筑圈梁及第一層支撐；待一層支撐體系強度達到設計強度的80%后，向下分層分區對稱開挖至二層支撐底；澆筑圍檁及第二層支撐；待二層支撐體系強度達到設計強度的80%后，向下分層分區對稱開挖至基坑底部；混凝土墊層應隨挖隨澆，即墊層必須在見底后24 h以內澆筑完成，且必須延伸至支護樁邊與支護樁緊密澆筑；澆筑混凝土底板且延伸至支護樁邊；待底板達到強度要求后向上施工-2層主體結構，并拆除第二層支撐；澆筑主體結構及樓板換撐塊；主體結構及換撐塊達到強度要求后拆除第一層支撐；施工地下主體結構，回填土并夯實。

2.4 鋼筋混凝土水平支撐

鋼筋混凝土支撐在開挖深度較深，形狀不規則的基坑中使用最為廣泛[7]。鋼筋混凝土支撐能加強整個平面結構體系的整體剛度，能有效地減少支護體頂部位移，有利于對周邊環境的保護。同時，鋼筋混凝土支撐相比鋼支撐布置更為靈活，不受基坑形狀的限制，便于基坑工程的分塊施工。利用鋼筋混凝土支撐能夠預留較大的出土空間，方便土方的開挖，減少地下結構的施工工期。

鋼筋混凝土對撐、角撐結合邊桁架支撐體系具有受力十分明確的特點，且各塊支撐受力相對獨立，因此，該支撐可實現支撐的分塊施工和土方的分塊開挖的流水線施工，一定程度上可縮短支撐施工的絕對工期。

根據本工程基坑邊長較長的特點，且需設置施工棧橋，因而應采用對撐結合角撐鋼筋混凝土支撐系統，方便施工，降低施工技術措施費，節省造價，其現場效果詳見圖2。

設計內支撐混凝土強度等級C35，鋼筋混凝土支撐及壓頂圈梁鋼筋保護層厚度30 mm，內支撐截面尺寸詳見表4。

表4 鋼筋混凝土支撐尺寸

3 計算結果分析

3.1 計算條件

基坑支護體的設計計算采用規范推薦的豎向彈性地基梁法，土的c,φ值均采用固結快剪指標。

計算中普遍區域地面施工超載都取25 kPa，在基坑周邊附近沒有可以對基坑產生影響的建、構筑物，所以沒有考慮建筑物超載。在支撐體系的計算中，將支撐與圍檁作為整體，按平面桿系進行內力、變形分析，內力與變形計算結果詳見表5。

表5 內力與變形計算結果表

3.2 實施的結果分析

深基坑設計中計算及驗算的主要內容包括支護結構的變形、坑底隆起、基坑傾覆和深基坑周圍地層沉降。深基坑施工過程應對與基坑安全相關的各個方面進行監測，在基坑監測中應根據基坑的實際情況多方面考慮后選取合適的監測項目及監測報警臨界值，確保施工過程中基坑安全。

現場實測基坑最大位移見圖3，圖3表明在基坑挖深較深部位土體的最大變形約25.20 mm；挖深較淺部位土體最大水平位移約21.14 mm，總體形成“紡錘”狀，變形主要發生在二道支撐底部至坑底。最大位移不超過30.0 mm，滿足周邊環境的保護要求。

4 結語

由于地下工程的復雜性與不可預見性，應做到信息化施工，在施工過程中，根據實測數據綜合分析，及時調整與優化施工。

從基坑開挖過程的監測數據可以看出，本深基坑工程采用鉆孔灌注樁加三軸深水泥土攪拌樁隔水以及兩道鋼筋混凝土內支撐進行支護，設計施工方案合理，施工控制到位，取得了令人滿意的效果。確保了基坑與周邊環境的安全,周邊環境變形在整個施工過程中均得到有效控制。基坑的成功實施為以后類似工程提供了工程實例,具有較好的參考價值。

[1] 袁登科，劉國彬.南京地區深基坑測斜警戒值的探討[J].合肥工業大學學報(自然科學版),2009,32(10):1566-1570.

[2] 劉國斌，王衛東.基坑工程手冊[M].第2版.北京:建筑工業出版社,2009:21-25.

[3] 姚 萍，趙升峰，章 新.灌注樁結合三軸止水及內支撐的基坑支護設計[J].巖土工程技術,2012,26(4):173-176.

[4] 謝石連，丁其峰，盧玉南.鉆孔灌注樁在軟土地區深大基坑圍護工程中的應用[J].探礦工程,2010,37(5):59-64.

[5] 丁振明，王秀麗，劉 軍.SMW工法在富水非軟土基坑支護工程中的應用[J].建筑技術,2010,41(4):462-464.

[6] 張鋼琴，楊林德，方恩權.某軟土深基坑承壓水研究及實現[J].地下空間與工程學報,2009,5(2):320-324.

[7] 戴 民，魏云峰，陳玄斌.基于內支撐深基坑實測深層水平位移的反演分析[J].中國水運,2012,12(7):246-247.

Analysis on the foundation support design and construction in Nanjing

YU Ping WU Yan

(JiangxiGeologyEngineering(Group)Co.,Ltd,Nanjing210029,China)

Taking the foundation engineering of Nanjing city as an example, according to the engineering conditions, the paper carries out the foundation design construction with bored pile adding three-axis cement-soil mixing pile waterproofing adding two-layer steel reinforced concrete support scheme, compares design calculation results to actual monitoring data, and finally proves the effectiveness of the support form adopted, which has provided some guidance for similar engineering in future.

deep foundation support, bored pile, three-axis cement-soil mixing pile, internal concrete support, confined water

2014-07-15

余 平(1959- )，男，高級工程師； 吳 燕(1984- )，女，助理工程師

1009-6825(2014)27-0062-03

TU472

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