砂巖層較厚地層深大基坑支護(hù)、降水設(shè)計(jì)實(shí)例

路志南

摘要：甘肅某棚戶區(qū)改造項(xiàng)目基坑支護(hù)、降水項(xiàng)目，地層砂巖層較厚、周邊環(huán)境較復(fù)雜、無放坡條件，采用支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)形式，部分距離周邊既有建筑地下室較近區(qū)域采用全粘接錨桿，因砂巖層較厚、滲水性較小，降水采用基坑周邊布置降水管井抽降卵石層中潛水+砂巖層中設(shè)置截排水明溝、集水井進(jìn)行砂巖層降水措施，以滿足該項(xiàng)目的支護(hù)、降水要求。

關(guān)鍵詞：基坑；降水管井；砂巖層；錨索；全粘接錨桿

中圖分類號：TU91文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

基坑支護(hù)、降水是為保證地下主體結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境安全，對基坑采用的臨時性支擋、加固、保護(hù)與地下水控制的措施[1]，隨著現(xiàn)階段建設(shè)項(xiàng)目越來越大，基坑規(guī)模也越來越大，由于基坑在地下施工，與地下土層性質(zhì)關(guān)系極為密切，各地區(qū)地層差異性極大，基坑支護(hù)、降水方式因地層不同、區(qū)域不同采取的方式不同。本論述通過甘肅某棚戶區(qū)改造項(xiàng)目基坑實(shí)例，考慮其地層影響采用周邊布置降水管井+坑底截排水明溝二次降水措施進(jìn)行降水，根據(jù)周邊環(huán)境采用支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索或全粘接錨桿的支護(hù)形式很好地控制了周邊坡頂位移，取得成功，有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供同類工程參考。

1工程概況

甘肅某棚戶區(qū)改造項(xiàng)目基坑支護(hù)、降水項(xiàng)目，該基坑整體呈不規(guī)則狀分布，南北長140.0 m～250.0 m，東西寬40.0 m～160.0 m，開挖深度16.2 m～16.8 m，開挖基底標(biāo)高1 503.6 m（局部1 503.1 m），基坑四周均緊鄰既有建筑。依據(jù)該項(xiàng)目地勘報告從上至下土層分布為：（1）雜填土層，層厚0.5 m～3.9 m，層底高程1 515.80 m～1 519.46 m；（2）粉土層，層厚1.0～5.0 m，層底高程 1 513.82～1 516.91 m；（3）細(xì)砂層，層厚0.6 m～2.5 m，層底高程1 512.17 m～1 515.78 m；（4）卵石層，層厚3.5～8.3 m，層底高程1 507.56 m～1 510.70 m；（5）強(qiáng)風(fēng)化砂巖層，桔紅色，層狀構(gòu)造—鈣泥質(zhì)膠結(jié)，層厚4.6 m～6.3 m，層底高程1 501.72～1 505.11 m；（6）中風(fēng)化砂巖層，桔紅色，未穿透，層面標(biāo)高1 501.72 m～1 505.11 m。場地地下水類型屬孔隙潛水，主要含水層為卵石層和強(qiáng)風(fēng)化砂巖層，流向由南向北，勘察期間水位高程1 514.25 m～1 515.23 m。

該項(xiàng)目依據(jù)周邊環(huán)境及開挖深度分為AB段、BC段、CD段、DE段、EF段、FG段、GH段、HA段共8個斷面。該項(xiàng)目基坑支護(hù)各段劃分如圖1所示。

2周邊環(huán)境

根據(jù)建設(shè)方提供的該項(xiàng)目總平面圖、基礎(chǔ)平面圖及相應(yīng)勘察資料，基坑周邊環(huán)境概況見表1所列。

3基坑支護(hù)計(jì)算

依據(jù)基坑周邊環(huán)境概況，分析基坑周邊道路、建筑物位置、基礎(chǔ)型式，同時考慮施工空間，施工人員安置以及施工荷載等因素，結(jié)合基坑工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，綜合分析，該基坑開挖深度較深，周邊無可放坡條件，故采用“支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索”的支護(hù)措施。

3.1計(jì)算參數(shù)取值

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012），該基坑開挖深度為16.2 m～16.8 m，周邊環(huán)境較復(fù)雜，故該基坑安全等級定為一級。各項(xiàng)系數(shù)取值為：

基坑側(cè)壁重要性系數(shù)：1.1；

荷載分項(xiàng)系數(shù)：1.25；

樁錨支護(hù)整體穩(wěn)定安全系數(shù)：1.35；

樁錨支護(hù)抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)：1.25；

施工現(xiàn)場均布荷載：20 kPa；

城市道路：25 kPa；

建筑：15 kPa/層。

本基坑支護(hù)為臨時性基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全有效期限為24個月。

計(jì)算中采用的土性參數(shù)見表2所列。

3.2支護(hù)計(jì)算

式中：Ks——圓弧滑動穩(wěn)定安全系數(shù)；安全等級為一級、二級、三級的支擋式結(jié)構(gòu)，Ks分別不應(yīng)小于1.35、1.3、1.25；

Ks，i——第i個圓弧滑動體的抗滑力矩與滑動力矩的比值；抗滑力矩與滑動力矩之比的最小值宜通過搜索不同圓心及半徑的所有潛在滑動圓弧確定。

設(shè)計(jì)驗(yàn)算采用北京理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件7.0版本，并手工驗(yàn)算復(fù)核，最終確定支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果。對前述所列8個支護(hù)斷面進(jìn)行計(jì)算，

部分?jǐn)嗝嬷ёo(hù)斷面圖及內(nèi)力計(jì)算如圖2、3、4、5、6、7、8、9所示。

（1）基坑北側(cè)AB段，開挖深度16.7 m，上部2.0 m采用1∶0.3放坡，下部14.7 m采用支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，支護(hù)樁采用？1.0 m鋼筋混凝土樁，樁身設(shè)置3排預(yù)應(yīng)力錨索，具體支護(hù)斷面及最大工況內(nèi)力、位移包絡(luò)圖如圖2、圖3所示。

（2）基坑?xùn)|側(cè)CD段，開挖深度16.2 m，紅線外為地上34層、地下3層砼結(jié)構(gòu)建筑，筏板基礎(chǔ)，埋深約14.0 m，坡頂有一道天然氣管道，埋深2.0 m。上部1.0 m緊貼管溝采用1∶0.3放坡，下部15.2 m采用支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，支護(hù)樁采用？1.0 m鋼筋混凝土樁，樁身設(shè)置3排預(yù)應(yīng)力錨索，由于旁邊有地上34層地下3層砼結(jié)構(gòu)，為避免上部2道錨索打入該紅線外建筑地下室，故將其調(diào)整為2道全粘接預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿長度約6.0 m，避開該既有建筑地下室及基礎(chǔ)，另一方面適當(dāng)加大該斷面支護(hù)樁的嵌固深度為8.8 m。具體支護(hù)斷面及最大工況內(nèi)力、位移包絡(luò)圖如圖4、圖5所示。

（3）基坑?xùn)|側(cè)南段EF段，開挖深度16.8 m，紅線外4.46 m為地上20層、地下2層光源大廈，基礎(chǔ)埋深約8 m，筏板基礎(chǔ)。上部1.0 m采用1∶0.3放坡，下部15.8 m采用支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，支護(hù)樁采用？1.0 m鋼筋混凝土樁，樁身設(shè)置3排預(yù)應(yīng)力錨索，由于旁邊有地上20層地下2層砼結(jié)構(gòu)，為避免上部1道錨索打入該紅線外建筑地下室，故將其調(diào)整為1道全粘接預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿長度約5.0 m，避開該既有建筑地下室及基礎(chǔ)，支護(hù)樁嵌固深度設(shè)置為6.0 m。具體支護(hù)斷面及最大工況內(nèi)力、位移包絡(luò)圖如圖6、圖7所示。

（4）基坑南側(cè)GH段，開挖深度16.5m，由于緊挨坡頂設(shè)置洗車臺，故上部無放坡空間，直接地面上打樁，采用支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，支護(hù)樁采用？1.0m鋼筋混凝土樁，樁身設(shè)置3排預(yù)應(yīng)力錨索，具體支護(hù)斷面及最大工況內(nèi)力、位移包絡(luò)圖如圖8、圖9所示。

各斷面整體圓滑滑動穩(wěn)定性安全系數(shù)及抗傾覆安全系數(shù)計(jì)算見表3所列。

3.3位移監(jiān)測

通過現(xiàn)場樁頂設(shè)置位移監(jiān)測點(diǎn)，對該基坑坡頂位移進(jìn)行監(jiān)測，從施工開始到結(jié)束共監(jiān)測172次。由于監(jiān)測精度、人員的影響，監(jiān)測數(shù)據(jù)有一定起伏變化，整體趨勢為累計(jì)增大，監(jiān)測點(diǎn)位移累計(jì)變化量較大的為W6、W17、W26三個監(jiān)測點(diǎn)，具體位移累計(jì)變化趨勢如圖10所示。

從圖10可看出，W6監(jiān)測點(diǎn)位移累計(jì)變化值約16.4 mm，W17監(jiān)測點(diǎn)位移累計(jì)變化值約22.5 mm，W26監(jiān)測點(diǎn)位移累計(jì)變化值約小于位移變化報警值為14.3 mm，故均小于位移報警值30 mm，且趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

4基坑降水計(jì)算

場地地下水主要賦存于卵石層中，砂巖層無擾動軟化情況下基本為隔水層。即可將降水分為大量抽排基坑內(nèi)卵石層中的地下水和有組織疏排基坑內(nèi)滲出的地下水。

4.1卵石層降水

本項(xiàng)目基坑周邊共布置30口降水管井，伸入砂巖層約2.5 m，降水井布置平面圖如圖11所示。

4.2砂巖層降水

在基坑下沿和建筑外墻外挖明溝寬0.3 m，溝深 0.3 m；在基坑中心部位挖小溝將水引至明溝，坡度為10%或在基坑中心挖集水坑，用排污泵將水排出；基坑四周和周邊設(shè)置集水坑，深度低于基坑底板-1.0 m。

5結(jié)論與建議

對于開挖深度較深，周邊既有建筑較多的環(huán)境，本項(xiàng)目在砂巖層較厚地層采用支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)形式，從開挖施工到結(jié)束經(jīng)過172次監(jiān)測，最大坡頂位移累積量為22.5 mm，未超位移報警值30 mm，且趨于穩(wěn)定狀態(tài)，很好地控制了周邊坡頂位移。并且對周邊無法實(shí)施預(yù)應(yīng)力錨索區(qū)域采用全粘接錨桿，一方面對周邊土質(zhì)可起到固化加筋作用，另一方面也有土釘抗拉拔作用，同時加大該斷面支護(hù)樁的嵌固深度，對控制基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定起到一定作用。

砂巖層較厚地層，基坑降水可分為兩部分，上部透水性較好地層可按相關(guān)規(guī)范計(jì)算基坑總涌水量設(shè)置降水管井進(jìn)行降水，下部砂巖層由于滲透系數(shù)較小，管井井點(diǎn)降水存在一定間距，砂巖層面存在起伏以及砂巖層具有一定的隔水性，基坑周邊分布的降水井無法排干凈砂巖內(nèi)及砂巖層面降水井滲出的地下水，為防止?jié)B出的地下水浸泡基坑底板下的地基砂巖，在卵石層底與砂巖層面附近設(shè)置泄水孔，疏排地下滲水，然后收集并集中疏排至基坑外。

參考文獻(xiàn)：

[1]建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程.JGJ120-2012[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]張永波，孫新忠.基坑降水工程[M].北京：地震出版社，2000.

[3]姜清華，顏克誠，蔡楓.淺談基坑降水發(fā)展及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國水運(yùn)（理論版），2006（12）：99-101.

[4]李浩，宋園園，周軍，等.深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)受力與變形特性現(xiàn)場試驗(yàn)[J].地下空間與工程學(xué)報，2017，13（1）：264-270.

[5]劉運(yùn)亮，沈洪，楊桂芹.國貿(mào)中心二期工程深基坑支護(hù)技術(shù)[J].施工技術(shù)，1998，27（9）：18-19.

[6]劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.