環境及地質條件復雜的深基坑支護設計實例

肖道平, 魏永升

(湖北省城市地質工程院,湖北 武漢 430072)

圖1 基坑周邊環境圖Fig.1 Surrounding environment map of foundation pit

本項目地處長江Ⅰ級階地,周邊民房密集,由上而下分布雜填土、粉質粘土、淤泥質粉質粘土、粉質粘土夾粉砂、粉砂夾粉質粘土、細砂等,基坑支護控制不當,易于產生流土流砂,危害周邊民房,基坑工程風險性較高。

1 工程概況

本項目由兩棟32層高層住宅樓及一個兩層整體地下室組成,總建筑面積約44 632 m2,地下車庫建筑面積11 117 m2,主樓及地下室基礎采用鉆孔灌注樁,主樓為樁筏基礎,地下室部分為樁承臺基礎。

地下室平面整體呈不規則“7”字形,東西寬約50.80～73.80 m,南北長約102.50 m,基坑周長約348 m,地下室開挖面積約6 181 m2。

地面一層地坪標高為24.20 m,場地已整平,場地整平標高按22.20 m(-2.00 m)考慮。兩層地下室,平面上1#樓和2#樓均在基坑中部,周邊地下室挖深按外墻下地梁挖深計算,地下室外墻基礎為暗梁,與底板同厚,為700 mm,1#樓和2#樓均為筏板,板厚1 500 mm,設150 mm墊層,按坑中坑考慮?；又苓呴_挖深度為9.05 m。基坑中下部及基底均為淤泥質粘土、粉土粉砂等地層,對穩定不利。

本基坑周邊情況較為復雜,周邊環境如圖1所示,具體如下。

北邊:基坑內邊線距紅線6.70 m,紅線外為規劃道路,現狀為水泥簡易路,路外分布民房若干,基坑內邊線距民房最近29.38 m。

東邊:東北邊主體基坑內邊線距紅線最近10.57 m,外邊有車道,車道基坑內邊線距紅線最近3.35 m,紅線外為一層磚混房;東南邊基坑內邊線距紅線最近4.23 m,紅線外為新墻材公司用地,現狀為空地。

南邊:有一層車道,主體基坑內邊線距紅線7.50 m,車道基坑邊線距紅線3.0 m,紅線外為和平村1～3層民房。

西邊:基坑內邊線距紅線2.71～6.06 m,紅線外為武豐路,屬簡易水泥小路,路外分布長條形3層建筑,為集貿市場。

總體而言,基坑周邊保護對象有道路,房屋等,環境條件較敏感。綜合開挖深度、環境條件、工程地質和水文地質條件,本基坑工程重要性等級為一級。

2 場地巖土工程條件

各土層設計參數見表1。典型的地層剖面見圖2。

表1 基坑設計參數取值表Table 1 Parameter value table of foundation pit design

3 支護方案

3.1 總體支護方案

采用鉆孔樁+一層鋼筋混凝土支撐支護,設三軸攪拌樁止水,采用中深井降水方案[1]。平面布置見圖1,典型剖面設計見圖2。

3.2 樁撐支護

根據場地條件,本工程樁撐段均設置樁頂放坡,放坡高度為1.8 m。坡比按1∶1進行。坡面采用噴錨網護坡,掛厚2 mm鋼板網,噴砼C20,厚60～80 mm。

支護樁采用鉆孔灌注樁,樁徑φ1 000 mm,樁間距1 400 mm,樁深根據計算確定。按等值梁法計算樁撐,通過彈性抗力法和桿件有限法計算確定排樁的內力、位移,彎矩取彈性抗力法設計值。

支撐采用鋼筋混凝土結構,沿基坑邊支撐間距一般不超過9.0 m,主撐截面800 mm×800 mm(寬×高),次撐截面600 mm×800 mm,聯系撐截面600 mm×600 mm。支撐梁采用C30混凝土,配筋考慮自重、附加荷載、溫度應力、安裝偏差及桿件細長比的折減系數等影響。支撐交點下方設井字形鋼架,平面420 mm×420 mm,主支采用L125×12角鋼,截面125 mm×12 mm。綴板厚10 mm,寬200 mm。

圖2 典型支護結構剖面圖Fig.2 Profile of typical support structure

支撐樁徑取800 mm,凈長18 m,支撐樁豎向承載力考慮支撐自重、立柱自重、偏心荷載等作用。

3.3 樁間擋土止水設計

由于樁后側壁土層主要為(2)層粘土、(3-1)層淤泥質粉質粘土、(4)層粉質粘土夾粉土等,易于流土析出,需采取可靠工藝形成側壁帷幕。經論證,采用1排樁徑φ850三軸攪拌樁,軸間距600 mm,全圓套打,樁深插入坑底≥4.0 m。

支護樁后雖有三軸攪拌樁形成的側壁止水止土帷幕,但由于三軸攪拌樁與支護樁間仍存在一定的間隙,開挖階段樁立面間隙仍有產生流砂可能,基坑樁間土開挖后應及時采用土釘掛網噴射砼護面,噴砼C20,厚80 mm,掛網采用厚2 cm網格尺寸100 mm×50 mm鋼板網,土釘采用1 mφ16螺紋鋼筋,排距1.5 m。為排除噴砼面后面地下水,在掛網時設坡面泄水孔,多層設置,間距約3 m,根據滲水量情況可適當加密。

4 地下水治理

場地承壓含水層為(4-1)層粉砂夾粉質粘土層(松散)、(4-2)層粉砂夾粉質粘土層(稍密)和(4-3)層細砂層,本基坑基底已穿過(4-1)層粉砂夾粉質粘土層,基坑降水為疏干降水,承壓水頭按20.0 m設防,降水目標水位至基底下1.0 m。經計算降深要求≥8.80 m,主樓區降深要求8.7～11.3 m。

降水設計按天漢降水模塊計算,共設計19口降水井,含4口備用井,備用井結構同降水井,在降水達不到設計要求時啟用,兼作觀測井,為了解場內承壓水水位動態變化情況,在基坑內另布置觀測井2口,要求觀測井能靈敏地反映場內地下水水頭的變化。

5 支護效果監測

基坑監測由獨立的第三方進行監測,共布置支護樁樁頂沉降及位移觀測點14個,坡頂沉降及位移觀測點11個,支護樁樁身測斜點6個,支撐軸力監測點7個,周邊道路建筑物(管線)沉降觀測點40個,立柱沉降及位移監測點5個。監測周期為每2-3天觀測一次,以后基坑運行期每周監測1次,遇雨天加密觀測,監測工程實施較規范,因此其監測數據有一定的參考意義。

監測數據顯示支護樁水平位移為15～30 mm,周邊建筑沉降最大約18 mm,內支撐桿件受力在設計值以內,立柱無明顯沉降,降水工程由于基坑開挖過程中損壞了5口井,曾經出現水位降不下去的情況,后經停挖補井,降低承壓水頭到底板以下,保證了開挖順利進行。總體而言,基坑支護工程是成功的,基坑工程實施沒有對周邊環境造成損壞,基坑支護達到預期效果[2]。

6 結語

采用鉆孔樁+內支撐的支護方式在本工程應用上是成功的,支護效果得到業主肯定。長江Ⅰ級階地軟土、流砂地區兩層地下室進行基坑支護,有以下幾點值得同行借鑒:

(1) 當側壁土層為軟土或周邊用地范圍有限而不能采用樁錨支護時,采用鉆孔樁+支撐的支護形式是恰當的選擇。

(2) 對軟土、粉土等側壁易出現流土流砂的地層,建議采用三軸攪拌樁作為側壁止水止土帷幕,并采用全圓套打施工,具有較好的可靠度。

(3) 對于揭露承壓含水層頂板的基坑,布井數量宜具有一定的儲備。開挖過程中可能有損壞井的情況發生,同時成井出水量不一定均能達到設計出水量,當開挖中途發現地下水降深未達預期時,中途補井對工程進度、施工管理等造成不利影響,將會形成被動局面。