砂卵石地層深基坑支護的施工應(yīng)用

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(陜西建工機械施工集團有限公司，陜西 西安 710032)

0 引言

城市的發(fā)展，使得土地高效利用，土地用寸土寸金形容最恰當(dāng)不過，合理的基坑支護方案可以使得土地利用做到最高。沿河區(qū)域的砂卵石層在基坑開挖中不穩(wěn)定，極易坍塌，加之其地下水基本上都受河流補給，為動水，越發(fā)給基坑開挖帶來很大的安全隱患。采用大方坡開挖固然安全，但其很大的放坡坡率也占用了很大的土地，增加了土方開挖回填工程量，造成了很大的資源浪費。西安浐灞商務(wù)中心三期配套車庫基坑開挖中，合理的采用了鋼管土釘墻、護坡樁加預(yù)應(yīng)力鋼管錨桿支護方式，保證了基坑用地、確保了基坑安全，降低了施工費用。

1 工程概況

西安浐灞商務(wù)中心三期配套車庫工程位于西安市浐灞生態(tài)區(qū)灞柳西路與東三環(huán)交匯處西北角，距離灞河直線距離約80余米，東側(cè)臨近西安地鐵3號線，基坑周邊有一期、二期的重要管線、地溝等。工程±0.000 m相當(dāng)于絕對高程390.800 m，基坑開挖底標(biāo)高為-10.26 m，基坑開挖深度約10.50 m。該工程分為主樓部分及通往一期、二期兩個車道，主樓車庫部分基坑開挖開口線長約79 m、寬約55 m、面積約3 934.5 m2。通往一期的車道(2號車道)長約60 m，基坑開挖深度約7.2 m；通往二期的車道(1號車道)長約20 m，基坑開挖深度約10.5 m。

2 工程地質(zhì)概況

參考《巖土工程勘察報告》(詳勘)及該地區(qū)區(qū)域地質(zhì)資料，擬建場地地質(zhì)條件大致如下。

2.1 地層

根據(jù)鉆孔揭露，擬建工程場地在勘探深度25.0 m范圍內(nèi)地層主要為第四系堆積物，即由全新世人工填土、中粗砂、卵石及晚更新世沖積粉質(zhì)粘土夾薄層狀中砂組成。從上到下劃分4個工程地層，其組合關(guān)系見工程地質(zhì)剖面圖，地層描述如表1所示。

2.2 地基土主要工程性質(zhì)歸納

②中粗砂，中密，標(biāo)準(zhǔn)貫入實測值N=24擊；

③卵石，密實，重型動力觸探試驗修正后平均錘擊數(shù)N63.5=26擊；

④粉質(zhì)粘土，壓縮系數(shù)平均值a1-2=0.23 MPa-1，屬中壓縮性土；天然孔隙比e=0.649；天然含水量w=22.9%；飽和度Sr=95%；液性指數(shù)IL=0.38；

④1中砂，密實，標(biāo)準(zhǔn)貫入實測值N=34擊。

2.3 地下水

根據(jù)勘察資料顯示，穩(wěn)定地下水水位埋深為2.2 m～9.5 m，相對高程382.79 m～383.88 m，屬年平均水期水位。場地地下水屬潛水類型，據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，水位年變幅2.0 m左右。擬建場地抗浮設(shè)計水位建議按386.00 m考慮。

表1 地層描述綜合表

2.4 基坑支護及降水計算參數(shù)

基坑支護及降水計算參數(shù)見表2。

表2 基坑支護及降水計算參數(shù)

基坑降水：其綜合滲透系數(shù)建議選用35 m/d～40 m/d。

基坑開挖中，地質(zhì)情況與地勘報告揭示相符，基坑底部均位于③層卵石層。

3 基坑支護方案

3.1 基坑支護方案的選型

從技術(shù)、安全考慮，基坑側(cè)壁安全等級為一級。

3.1.1主樓基坑支護選型

主樓基坑開挖約10.5 m深，基坑開挖側(cè)壁均處于砂卵石層，周邊受地鐵3號線及周邊博物館、管線、道路等限制，不具備放坡條件，此部分全部采用護坡樁加預(yù)應(yīng)力錨桿支護方式。該地層上部均有12 m～15 m厚的砂卵石層，且地面見砂層，護坡樁采用沖擊錐成孔鋼筋混凝土灌注樁，預(yù)應(yīng)力錨桿采用擊入式鋼管作為錨桿，樁頂設(shè)置連續(xù)鋼筋混凝土冠梁，坡面采用噴射混凝土防護。

3.1.2兩個車道基坑支護選型

1號、2號車道開挖深度約7.0 m～10.5 m深，基坑開挖側(cè)壁均處于砂卵石層，周邊受施工場地影響，可接受的放坡距離也不大，此部分全部采用鋼管土釘墻支護方式。鋼管土釘均采用擊入式鋼管(花管)土釘，坡面采用噴射混凝土防護。

3.1.3基坑降水選型

根據(jù)地勘報告揭示，地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高為-7.0 m，屬年平水期，受灞河補給密切，據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，年水位變幅2.0 m左右，擬建場地抗浮設(shè)計水位為-4.8 m。基坑降水得降至約-11.0 m，降水降深約4.0 m，降水采用大口徑管井降水，并輔以坑內(nèi)明渠排水相結(jié)合的降水方案。

3.1.4主要施工工藝選擇

護坡樁采用沖擊錐成孔，土釘及預(yù)應(yīng)力錨桿采用擊入式鋼管，擊入設(shè)備采用錨桿鉆機攜帶風(fēng)鉆擊入鋼管。

3.2 主樓基坑四周(支護樁加預(yù)應(yīng)力錨桿)支護方案

此部分基坑開挖深度約10.5 m深，采用鋼筋混凝土灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨桿，設(shè)計樁長16 m，樁徑800 mm，樁間距1 600 mm，樁頂標(biāo)高為-2.10 m，根數(shù)172根，其中坡道內(nèi)側(cè)最西段3根樁樁長為10.0 m。護坡排樁主筋為18φ22，加強筋φ14@2000，螺旋箍筋φ8@100 mm，鋼筋籠長度為18.6 m，主筋保護層厚度為50 mm。樁頂部設(shè)置冠梁，尺寸為800 mm×600 mm，冠梁頂標(biāo)高均為-1.5 m，冠梁長約278.4 m；冠梁主筋12φ16，箍筋φ8@200 mm。鋼筋保護層厚度均為50 mm。支護樁和冠梁混凝土強度等級均為C35。

AB段北側(cè)緊鄰基坑有一座高4.5 m的小山丘，先對小山丘進行開挖至大面標(biāo)高(約+0.300 m)處，開挖范圍為基坑上口線外擴2 m(此區(qū)域施工支護樁及降水井作業(yè)面)，然后對小山丘進行1∶0.75的放坡，坡底距基坑上口線2 m,小山丘基坑支護采用鋼管土釘墻支護，面層采用80 mm厚C20噴射混凝土，鋼筋網(wǎng)片采用φ6.5@200×200 mm，鋼筋網(wǎng)片外沿土釘設(shè)φ14水平拉筋及斜拉筋，并設(shè)置3層鋼管土釘，土釘水平及豎向間距均為1.5 m，土釘長度均為6 m，土釘采用擊入式鋼管土釘(1φ48壁厚3 mm無縫鋼管)，傾角15°，基坑頂翻沿寬度1 m，地錨鋼筋1φ14@1 500 mm，L=1 000 mm。

AB段基坑-3.0 m及-6.0 m處設(shè)置兩道預(yù)應(yīng)力錨桿，其余支護樁段基坑-3.5 m及-6.5 m處設(shè)置兩道預(yù)應(yīng)力錨桿。預(yù)應(yīng)力錨桿采用擊入式鋼管(1φ48壁厚5 mm無縫鋼管)長12 m，自由段5 m，固定段7 m，預(yù)應(yīng)力鎖定值80 kN，傾角15°。

冠梁頂(即-1.5 m以上)至自然地面(約+0.30 m)之間采用1∶0.8放坡掛網(wǎng)素噴支護，支護樁部分基坑支護面層采用80 mm厚C20噴射混凝土，鋼筋網(wǎng)片采用φ6.5@200×200 mm，鋼筋網(wǎng)片外豎向1.5 m間距設(shè)φ14水平拉筋，水平拉筋與支護樁采用φ14膨脹螺栓連接。基坑頂翻沿寬度1 m。

腰梁采用2根18a槽鋼雙拼組合腰梁。鋼管端部焊接400 mm長φ30螺桿，腰梁外設(shè)置200 mm×200 mm×20 mm鋼墊板，螺帽采用2個30螺帽。

3.3 1號車道支護(鋼管土釘墻)方案

此部分基坑開挖深度約10.5 m深，基坑支護采用鋼管土釘墻支護，放坡坡度1∶0.6，在-5.0 m處設(shè)置1.5 m寬的二臺。土釘采用1φ48壁厚3 mm普通焊接鋼管，設(shè)置6層，土釘水平及豎向間距均為1.5 m，長6 m，傾角15°。鋼筋網(wǎng)片采用φ6.5@200×200 mm，鋼筋網(wǎng)片外沿土釘設(shè)φ14水平及斜向拉筋；地錨鋼筋1φ14@1 500 mm，L=1 000 mm，基坑頂翻沿寬度1 m。基坑支護面層采用80 mm厚C20噴射混凝土。

3.4 1號車道支護(鋼管土釘墻)方案

此部分基坑開挖深度約7.0 m深，基坑支護采用鋼管土釘墻支護，放坡坡度1∶0.5。土釘采用1φ48壁厚3 mm普通焊接鋼管，設(shè)置4層，土釘水平及豎向間距均為1.5 m，長6 m，傾角15°。鋼筋網(wǎng)片采用φ6.5@200×200 mm，鋼筋網(wǎng)片外沿土釘設(shè)φ14水平及斜向拉筋；地錨鋼筋1φ14@1 500 mm，L=1 000 mm，基坑頂翻沿寬度1 m。基坑支護面層采用80 mm厚C20噴射混凝土。

3.5 基坑降水方案

基坑降水采用管井降水與坑內(nèi)明渠輔助排水相結(jié)合的降水方案，降水井沿灞河段布置較密，間距約為8 m，其余各段間距8 m～12 m，二期車道口個別井間距20 m，實際施工中根據(jù)現(xiàn)場情況可小距離偏移。降水井沿基坑上口線外翻1 m布置31口井，基坑中部布置2口降水井(兼做觀測井)，共計布置33口降水井。降水井成孔直徑為0.7 m,濾水管外徑500 mm，降水井設(shè)計井底標(biāo)高為-24.0 m，井深約為24.50 m,井管采用無砂混凝土井管，孔隙率不低于15%，接口平整，內(nèi)壁光滑。井管底設(shè)置井托。濾水管填料規(guī)格為3 mm～5 mm的天然圓礫。濾水管采用礫石混凝土濾水管,其孔隙率不小于15%。水泵采用3.0 kW·h潛水泵，沿基坑周邊設(shè)置直徑200 mm壁厚2 mm的鋼制集水管，抽出的水經(jīng)沉淀后排入地下雨水管網(wǎng)。降水井成孔工藝采用沖擊錐泥漿護壁成孔，加大降水井洗凈力度。

4 工程變形監(jiān)測

基坑支護工作于2016年10月開始施工，至2017年2月18日基坑開挖完畢，支護結(jié)構(gòu)成型，2017年5月1日完成所有回填工作。期間建設(shè)單位委托第三方檢測機構(gòu)對基坑變形進行不間斷監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)正常，在規(guī)范允許范圍內(nèi)，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

5 施工中注意事項

根據(jù)工程實踐，施工過程還需要注意以下事項：

1)施工前要詳細(xì)了解基坑周邊環(huán)境及各種地下管線的位置，以確保周邊環(huán)境及各種地下管線的安全。

2)施工順序應(yīng)為：場地標(biāo)牌、苗木移除、管線遷移防護標(biāo)明、地表清理→支護樁施工→降水井施工→冠梁施工→土方開挖及支護穿插施工。一定要先施工支護樁，后施工降水井，以防止支護樁施工中混凝土或水泥漿涌入降水井中。

3)土方開挖嚴(yán)格遵循：開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖的原則。土方開挖采用機械分層分段開挖，分層厚度在砂卵石層不得大于1.5 m，開挖最后一層土方時預(yù)留300 mm人工清底。基坑開挖與支護工作同步穿插進行，放坡按照設(shè)計要求放坡。

4)護坡樁施工要求樁垂直、位置準(zhǔn)確，待混凝土澆筑完成后，在地面支模澆筑鋼筋混凝土冠梁。

5)預(yù)應(yīng)力錨桿的抗拔試驗應(yīng)及時試驗張拉。

6)在支護過程中及支護完成后，應(yīng)隨時做好監(jiān)測工作，直至基坑回填完畢，以便及時發(fā)現(xiàn)情況采取相應(yīng)補救措施。

7)砂卵石層基坑周邊及基坑內(nèi)禁止出現(xiàn)較大的振動源，如支護用的大型空壓機、振動壓路機等。

8)基坑降水工作應(yīng)該提前14 d以上進行封閉降水，基坑發(fā)生明顯變形大都與水有關(guān)系，設(shè)置好基坑周邊地表的排水系統(tǒng)，防止地表水浸入邊坡而影響基坑的穩(wěn)定。

6 結(jié)語

根據(jù)工程實踐，該基坑支護方案在砂卵石層中的應(yīng)用是成功的，有效的保證了基坑用地、確保了基坑安全，降低了施工費用。尤其是擊入式鋼管土釘和擊入式鋼管預(yù)應(yīng)力錨桿，擊入施工速度快，成本低于普通錨索及鋼管法成孔的預(yù)應(yīng)力錨索，鋼管擊入后與砂卵石之間的錨固力相當(dāng)大且基本不存在錨固結(jié)合時間(或存在很短的結(jié)合時間，現(xiàn)場張拉試驗證明，鋼管擊入2 d后可達(dá)到設(shè)計土釘抗拔力值)。該基坑支護方法值得進一步研究及推廣。