復(fù)雜軟土地基深基坑自穩(wěn)無(wú)對(duì)撐施工技術(shù)分析

中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上大部分住宅、公建建筑等多為一層地下室，基坑開挖深度多為5～9m。開發(fā)商在建設(shè)過(guò)程中對(duì)土地的利用非常極限化，因此基坑支護(hù)常常設(shè)計(jì)為內(nèi)支撐支護(hù)，在基坑開挖的過(guò)程中多為垂直開挖，且開發(fā)商對(duì)工期要求緊迫，最終導(dǎo)致支護(hù)可能未達(dá)到最終強(qiáng)度時(shí)就進(jìn)行土方開挖，進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的基坑安全隱患。此種施工做法最后可能導(dǎo)致需要爆破拆除內(nèi)支撐，具有一定危險(xiǎn)性且不環(huán)保，可見傳統(tǒng)的內(nèi)支撐支護(hù)已不滿足當(dāng)下快節(jié)奏的施工工期要求和環(huán)保要求。文章依托中新天津生態(tài)城50#地塊中學(xué)項(xiàng)目，對(duì)復(fù)雜軟土地基深基坑自穩(wěn)無(wú)對(duì)撐斜-直交替預(yù)應(yīng)力支護(hù)樁體系的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹，進(jìn)而為類似的基坑項(xiàng)目進(jìn)行此支護(hù)施工技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

50#中學(xué)項(xiàng)目位于天津市中新天津生態(tài)城，項(xiàng)目包括5棟教學(xué)樓、1棟宿舍樓、1層整體地下室，基坑開挖面積為2.3萬(wàn)m2，基坑最大深度為6.4m。該場(chǎng)地屬海積低平原地貌，為海相與陸相交互沉積地層，地形整體平坦。

2 支護(hù)設(shè)計(jì)概況

該場(chǎng)地開挖范圍內(nèi)為素填土+淤泥質(zhì)黏土，開挖最大深度為6.4m，基坑西側(cè)綠線距離地庫(kù)結(jié)構(gòu)外邊為3m，同時(shí)考慮該工程施工工期緊、周邊用地緊張等特點(diǎn)，該項(xiàng)目采用了復(fù)雜軟土地基深基坑自穩(wěn)無(wú)對(duì)撐斜-直交替預(yù)應(yīng)力支護(hù)樁體系。

（1）開挖范圍土質(zhì)為1.5m厚素填土+6.5m厚淤泥質(zhì)黏土，開挖深度為5.75m，按1∶1放坡，深度為1.0m，支護(hù)樁所需支護(hù)深度為4.75m。

（2）采用375mm×500mm，長(zhǎng)13m的預(yù)應(yīng)力方樁，混凝土強(qiáng)度為C80，間距700mm一直一斜打入，傾斜角度為20°，錨固段長(zhǎng)度為8.25m。

（3）冠梁尺寸為1200mm×600mm，混凝土強(qiáng)度為C35。

（4）坡面掛φ4@250mm鋼筋網(wǎng)片，噴射C20混凝土對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)固。

（5）土方開挖到基坑底部后，立即澆筑C20混凝土墊層延伸至支護(hù)樁部位，形成固底邊梁頂實(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

（1）預(yù)制樁的存放和運(yùn)輸。①預(yù)制樁進(jìn)場(chǎng)前需按照?qǐng)龅刈龊糜不瑫r(shí)在四周做好排水工作；預(yù)制樁進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)放置在墊木上，各層預(yù)制樁用墊木全部分開放置。②預(yù)制樁疊放高度不宜超過(guò)3層，以免壓壞下層預(yù)制樁。③預(yù)制樁強(qiáng)度應(yīng)在預(yù)制廠養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后才可運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。

（2）壓樁施工準(zhǔn)備。①開工前清除施工工作面上的障礙物。由于施工斜樁，開工前必須對(duì)設(shè)備的施工工作面進(jìn)行機(jī)械整平，以保證平整度。②測(cè)量人員根據(jù)建設(shè)單位給定的基準(zhǔn)點(diǎn)布置平面控制網(wǎng)（點(diǎn)）和高程控制網(wǎng)（點(diǎn)）。

（3）壓樁施工。①場(chǎng)地平整。運(yùn)用推土機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行平整，平整完畢后測(cè)量人員測(cè)出平整后場(chǎng)地標(biāo)高。②樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)。靜力壓樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)后，進(jìn)行設(shè)備的安裝和調(diào)試，設(shè)備調(diào)試完畢后將設(shè)備移動(dòng)到支護(hù)樁施工起點(diǎn)處就位，并復(fù)核樁架的垂直度。③樁位定點(diǎn)。第一，根據(jù)斜樁打入深度、場(chǎng)地標(biāo)高、打入角度畫圖計(jì)算出斜樁的打入位置并標(biāo)注在平面圖中，參照楊波等[1]對(duì)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土矩形支護(hù)樁在基坑工程中的應(yīng)用做法。第二，在CAD圖紙上標(biāo)注直樁與斜樁坐標(biāo)點(diǎn)的過(guò)程中，對(duì)斜樁與工程樁沖突部位進(jìn)行直、斜樁位置互換調(diào)整。第三，將圖紙上標(biāo)注直樁與斜樁的坐標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)入GPS中并放置到現(xiàn)場(chǎng)，放置過(guò)程中用小木樁或鋼筋棍對(duì)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。之后運(yùn)用白灰以標(biāo)記點(diǎn)為中心畫出樁的外圍輪廓線，以方便矩形樁的就位和施工。第四，運(yùn)用角鋼制作比矩形樁外輪廓略大的定位模具，在樁就位時(shí)將定位角鋼模具放置在樁外輪廓線部位，避免樁下壓過(guò)程中發(fā)生偏移。④壓裝機(jī)具調(diào)整。設(shè)備就位后對(duì)壓樁機(jī)門架的垂直度進(jìn)行調(diào)整，使壓樁門架保持垂直，進(jìn)而減小施工誤差。⑤吊裝及角度調(diào)整。吊樁施工時(shí)，應(yīng)對(duì)施工人員提前進(jìn)行安全技術(shù)交底，使其在施工過(guò)程中嚴(yán)格遵守安全技術(shù)操作規(guī)程，施工前應(yīng)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行檢查，預(yù)防因鋼絲繩損壞而導(dǎo)致樁在吊裝過(guò)程中脫落或破斷。插樁前調(diào)整樁機(jī)門架，使之與樁壓入方向成一直線，施工斜樁時(shí)需將門架的角度調(diào)整到與圖紙要求的角度一致后再進(jìn)行施工。⑥送樁器送樁。第一，進(jìn)行壓樁施工，測(cè)量人員對(duì)壓入的樁進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量。第二，壓樁施工應(yīng)連續(xù)，如壓樁過(guò)程中碰到無(wú)法下壓的情況應(yīng)及時(shí)進(jìn)行反饋，待出具解決方案后再施工。

（4）冠梁施工。①土方開挖。測(cè)量人員放出土方開挖邊線進(jìn)行土方一級(jí)放坡開挖，開挖到冠梁設(shè)計(jì)標(biāo)高，開挖放坡系數(shù)為1∶1，開挖深度為1.6m（其中包括冠梁高度0.6m）。②放線測(cè)量。測(cè)量人員運(yùn)用控制網(wǎng)放出冠梁的定位邊線。③鋼筋綁扎。項(xiàng)目專業(yè)工長(zhǎng)根據(jù)圖紙對(duì)冠梁鋼筋進(jìn)行下料并組織工人進(jìn)行加工，冠梁鋼筋綁扎前，在梁底均勻放置混凝土墊塊。④模板安裝。采用13mm厚模板、40mm×90mm木枋、48mm×3.6mm鋼管扣件進(jìn)行支模加固，螺桿加固間距需小于450mm。⑤澆筑混凝土。混凝土澆筑用汽車泵進(jìn)行，澆筑混凝土的同時(shí)留設(shè)同條件及標(biāo)養(yǎng)試塊。⑥拆模養(yǎng)護(hù)。混凝土強(qiáng)度達(dá)到1.2MPa后，進(jìn)行冠梁模板的拆除，拆除過(guò)程中應(yīng)注意對(duì)成品的保護(hù)，拆除完畢后對(duì)其進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)14d。

（5）護(hù)坡施工。①第一級(jí)土方開挖及修坡。第一，基坑開挖前測(cè)量人員放出土方開挖邊線之后進(jìn)行土方開挖工作，在開挖過(guò)后的邊坡采用人工進(jìn)行修整，確保邊坡的立面角和壁面的平整度。第二，根據(jù)開挖深度和坡度控制線完成邊坡修面樣板，驗(yàn)收后進(jìn)行大面施工。②鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片。插入定位鋼筋頭，放置墊塊后鋪設(shè)單層雙向φ4@250mm鋼筋網(wǎng)片，參照楊文博等[2]的永臨結(jié)合類似工程做法。③噴射混凝土。射距宜在0.8～1.5m內(nèi)從底部逐漸向上部噴射，先噴填鋼筋后方，再噴填鋼筋前方，噴射混凝土的厚度誤差不超過(guò)±5mm，噴射混凝土回彈率控制在15%以內(nèi)。

（6）土方開挖。待冠梁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行分層分步土方開挖工作。土方開挖到基坑底部后，立即澆筑墊層，形成固底邊梁頂實(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而減少支護(hù)的變形。

4 基坑變形監(jiān)測(cè)

基坑支護(hù)變形的理論依據(jù)參照王恩鈺等[3]對(duì)基坑傾斜樁支護(hù)的變形數(shù)值分析，從中可知斜直交替內(nèi)斜傾斜樁支護(hù)可以很好地控制樁身變形，其樁身最大水平位移值為36.04mm，內(nèi)斜樁與直樁相互交替布置，能形成一個(gè)穩(wěn)定的剛架，使斜樁直樁共同發(fā)揮支護(hù)作用。斜樁向坑內(nèi)傾斜時(shí)，斜樁樁身受壓力，起到了一個(gè)斜撐的作用。被動(dòng)區(qū)土體對(duì)樁底的端承力和作用與樁身的沿樁身摩擦力可以為支護(hù)結(jié)構(gòu)提供水平向的支撐力，限制支護(hù)樁變形，且斜樁樁后留的一定質(zhì)量的土體也會(huì)起到抗傾覆的作用，從而提升支護(hù)結(jié)構(gòu)整體的抗變形能力。由Plaxis 3D有限元模型分析得出最終整合成變形曲線和深度的關(guān)系圖，如圖1所示。

圖1 斜直交替支護(hù)F身水平變形與坑外沉降變形曲線圖

通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)的查詢可知最大的樁頂水平位移為32mm，與理論依據(jù)中的最大樁頂水平位移36.04mm相符，從而證明了復(fù)雜軟土地基深基坑自穩(wěn)無(wú)對(duì)撐斜-直交替預(yù)應(yīng)力支護(hù)樁體系的可行性。

5 結(jié)論

（1）該項(xiàng)目采用了復(fù)雜軟土地基深基坑自穩(wěn)無(wú)對(duì)撐斜-直交替預(yù)應(yīng)力支護(hù)樁體系，現(xiàn)場(chǎng)的成功運(yùn)用與理論依據(jù)相輔相成，說(shuō)明在實(shí)際項(xiàng)目中運(yùn)用此方案是可行的，對(duì)于此支護(hù)形式在其他基坑工程中的應(yīng)用推廣具有一定的參考價(jià)值。

（2）此深基坑支護(hù)在保證基坑安全性的同時(shí)具有施工進(jìn)度快、造價(jià)低、綠色環(huán)保無(wú)污染等顯著特點(diǎn)，基坑施工的便捷性和經(jīng)濟(jì)性有了顯著的提高。

（3）預(yù)應(yīng)力矩形樁支護(hù)在軟土地基條件下施工效益顯著，若碰到粉砂層會(huì)給預(yù)應(yīng)力矩形樁的打入帶來(lái)一定困難，因此還需要進(jìn)一步研究預(yù)應(yīng)力矩形樁支護(hù)在其他土質(zhì)中的運(yùn)用。