復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護方法研究

趙曉光

(三亞崖州灣科技城開發(fā)建設(shè)有限公司， 海南 海口 572000)

0 引 言

深基坑支護體系作為一種在巖土工程深基坑工作中起到支撐作用的臨時結(jié)構(gòu),是保障巖土工程能夠順利完成的有效方式,由于深基坑支護施工過程會受到地質(zhì)巖土條件、氣象條件以及水文地質(zhì)條件等環(huán)境因素的影響,導(dǎo)致深基坑支護難度較大,危險性較高,且綜合性和復(fù)雜性較強,一直以來深基坑多層支護都是土木工程、巖土工程等領(lǐng)域科學(xué)研究的難點和熱點[1]。但是相對于建筑業(yè)的發(fā)展迅速,深基坑多層支護理論和相應(yīng)的建筑規(guī)范還不夠完善,尤其是在一些復(fù)雜地質(zhì)條件下,深基坑多層支護實際施工過程中經(jīng)常會發(fā)生工程事故[2]。有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示,復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑工程事故發(fā)生的概率占深基坑工程事故總量的58.64%,一旦在施工過程中出現(xiàn)工程事故,不僅會影響到深基坑工程進度,而且還會造成人員傷亡和經(jīng)濟損失,進而提高深基坑工程造價,因此在施工過程中必須采用有效的深基坑多層支護方法[3]。用于深基坑多層支護的方法主要有注漿法、錨固法、支護法、腰梁法等。這些傳統(tǒng)方法雖然能夠滿足大部分深基坑多層支護需求,但是在復(fù)雜地質(zhì)條件下,傳統(tǒng)方法在實際應(yīng)用中會出現(xiàn)周圍土體的下沉量較大、支護質(zhì)量較差的問題,導(dǎo)致傳統(tǒng)方法并不適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下的深基坑工程,因此提出復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護方法研究,為復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護研究提供理論依據(jù)。

1 放坡開挖

此次結(jié)合復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑項目施工需求,設(shè)計一種多層支護方法,采用樁頂放坡+樁錨支護體系的支護形式,共經(jīng)歷放坡開挖、支護樁施工、預(yù)應(yīng)力錨索施工三個流程,以下將分別對該三個施工階段進行細致分析。根據(jù)本工程的特點、場地地質(zhì)條件及基坑周邊建(構(gòu))筑物、管線分布情況,經(jīng)過調(diào)查了解與該地區(qū)的工程類比,基坑支護采用樁錨結(jié)構(gòu)+樁間掛網(wǎng)噴射混凝土復(fù)合支護結(jié)構(gòu)形式,有箱涵段設(shè)置雙排支護樁,外排采φ1 000人工挖孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護方式,內(nèi)排采用φ600鉆孔灌注樁+鋼筋錨桿支護方式。截水措施采用樁間高壓噴樁止水措施。

放坡開挖是深基坑多層支護體系的基礎(chǔ)部分,開挖前首先要考慮深基坑周邊環(huán)境以及地質(zhì)特征確定放坡形式,其包括不分級放坡和分級放坡兩種形式,如圖1所示。

圖1 放坡開挖結(jié)構(gòu)形式

在深基坑地面比較平緩的地區(qū)選用不分級放坡形式,在深基坑地面坡度比較大的區(qū)域選用分級放坡形式,以此保證放坡開挖質(zhì)量[4]。由于放坡開挖會引起深基坑周圍土體應(yīng)力重新分布,從而產(chǎn)生位移,因此在開挖過程中要根據(jù)開挖荷載來確定放坡開挖深度和寬度,其計算公式如下:

F=∑[δ]·γ·n·m

(1)

式中:F為放坡開挖荷載;[δ]為深基坑周圍土體自重應(yīng)變矩陣;γ為開挖產(chǎn)生的應(yīng)力矢量;n為放坡開挖深度;m為放坡開挖寬度。為了保證開挖的安全,在開挖過程中需要嚴格堅持對稱、平衡的原則,并且采用“橫向分段、豎向分層”的開挖方法。由于放坡開挖會破壞深基坑周圍淺層地下水結(jié)構(gòu),隨著開挖深度的加深,深基坑內(nèi)可能會出現(xiàn)積水現(xiàn)象,這樣會影響后期支護樁與錨索支護施工質(zhì)量,因此在放坡開挖過程中需要做好深基坑排水措施。每個開挖段中進行分層開挖,并且需要確定合理的開挖深度和開挖坡度,以使挖完后的深基坑周圍土體能夠依靠自身的強度讓深基坑保持穩(wěn)定的狀態(tài),每次開挖深度不得超過3.5 m。在開挖縱向放坡時,坡度需要控制在1∶2∶5,這是一個標(biāo)準(zhǔn)開挖縱向坡度,還可以根據(jù)實際工程需求對其進行調(diào)整[5]。為了保證放坡開挖施工效率,對基坑中間預(yù)留部分土方可以利用挖機進行開挖,深基坑其他部位放坡開挖采用人工開挖方式,這樣可以更好地控制開挖精度。挖機開挖高度不得大于5 m,并且在開挖深基坑中間段土方時要與周圍土方保持不大于1∶3的坡度。每層完成后需要立即進行土釘墻邊坡防護,兩項工作需要進行交叉作業(yè),以此完成放坡開挖施工。

2 基坑邊坡支護樁支護

完成邊坡開挖后要對邊坡表面進行清理,將邊坡表面上的松散土體清理干凈,對其進行支護樁支護。復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護方法的可行性與可靠性往往取決于支護樁的尺寸范圍,通常情況下支護樁鉆孔的直徑范圍在350～550 mm,因此采用的支護樁直徑介于330～530 mm。而在復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護中,支護樁的軸向張拉荷載不得超過支護樁預(yù)應(yīng)力鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)值的0.89倍,因此在該前提條件下可以計算出支護樁的截面面積,其計算公式如下:

(2)

式中：A為支護樁截面面積;N為支護樁設(shè)計軸向拉應(yīng)力;η為支護樁的抗力分項系數(shù);f為支護樁鋼筋與鋼絞線的強度標(biāo)準(zhǔn)值。除此之外,還需要計算出支護樁的長度,其計算公式如下:

(3)

式中:L為支護樁長度;D為土層支護樁樁體直徑;q為土體與支護樁之間的黏結(jié)強度。根據(jù)以上支護樁參數(shù)進行支護樁施工,首先在邊坡及坡頂1.5 m范圍內(nèi)布置一層鋼筋網(wǎng),用于固定支護樁,鋼筋網(wǎng)安裝時需要盡量與坡面貼近[6]。然后利用鉆機在邊坡處鉆孔,鉆孔間距在2.5～4.5 m,可根據(jù)深基坑實際條件確定鉆孔間距。然后采用徑向注漿方式向鉆孔內(nèi)注漿,注漿材料選用M45的水泥凈漿,從而形成支護樁,在注漿過程中,必須保證注漿管埋設(shè)位置的牢固性,以便取得良好的止?jié){效果,以此完成基坑邊坡支護樁支護施工。

3 預(yù)應(yīng)力錨索施工

支護樁施工完成后,為了使深基坑更加穩(wěn)定和牢固,還需要再施加一層預(yù)應(yīng)力錨索支護。其施工過程分為冠梁、排樁、腰梁、錨索四個階段。首先在支護樁頂部位置設(shè)置一個冠梁,采用22號鋼筋,將所有支護樁連成一個整體的鋼筋混凝土梁,增強整個深基坑支護體系的整體性;然后沿著深基坑周邊設(shè)置排樁,防止深基坑周邊土體結(jié)構(gòu)下移;在排樁與支護樁中間腰部用18號鋼筋連接在一起,形成一個腰梁,分擔(dān)排樁與支護樁構(gòu)件上的拉力;最后利用鋼絞線將預(yù)應(yīng)力錨索一端通過錨頭與主受力支護構(gòu)件連接,預(yù)應(yīng)力錨索另一端固定在深基坑區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定的巖土或巖層中,以此完成預(yù)應(yīng)力錨索施工,進而實現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護。

4 實 驗

4.1 實驗過程

實驗以某深基坑為實驗對象。該深基坑地表高低不平,中間高、四周低,±0.00對應(yīng)絕對高程為586.46 m,且地面標(biāo)高介于486.92～487.56 m。深基坑整體呈梯形,底口線周長為488.69 m,地形條件比較復(fù)雜,且深基坑周圍巖土體穩(wěn)定性較差,需要對其進行多層支護。現(xiàn)運用此次設(shè)計方法與傳統(tǒng)方法對該深基坑進行支護,施工過程中設(shè)置A、B、C、D、E 5道錨索,其中錨索A抵抗力為486.615 kN/m,錨固力為346.48 kN/m;錨索B抵抗力為459.485 kN/m,錨固力為468.15 kN/m;錨索C抵抗力為593.445 kN/m,錨固力為593.85 kN/m;錨索D抵抗力為693.481 kN/m,錨固力為593.48 kN/m;錨索E抵抗力為646.481kN/m,錨固力為762.62 kN/m。實驗記錄兩種方法施工完成后沿平行于深基坑邊線路徑的深基坑周圍土體下沉量,將其作為實驗結(jié)果。

4.2 實驗結(jié)果

根據(jù)上述設(shè)計的實驗過程,采集實驗數(shù)據(jù)即兩種方法應(yīng)用下深基坑周圍土體的下沉量,并繪成圖，以更加直觀地表現(xiàn)出兩種支護方法的差異,如圖2所示。

圖2 兩種方法深基坑周圍土體下沉量

從圖2可以看出,應(yīng)用此次設(shè)計方法,深基坑周圍土體的下沉量遠遠低于傳統(tǒng)方法,證明此次設(shè)計方法適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護。

5 結(jié)束語

此次結(jié)合相關(guān)文獻資料,對復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護方法進行了研究,對整個深基坑工程和多層支護體系的安全穩(wěn)定具有重要作用,可以有效提高深基坑工程安全性和穩(wěn)定性,有助于復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑工程能夠按期完成,對巖土工程實際施工中類似復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑多層支護施工具有重要參考和借鑒意義。由于此次研究時間有限,雖然在該方面取得了一定的研究成果,但還存在一些問題有待進一步探索,今后將從深基坑多層支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面進行深入研究。