某基坑支護樁位移變形處治技術

陳金祥,施玉巖,侯 杰,張 波

(1.北京愛地地質勘察基礎工程公司，北京 100144; 2.北京科技大學土木與資源工程學院，北京 100083)

基坑工程是一個系統的工程問題，必須具有豐富的施工經驗，并結合擬建場地的土質和周邊環境，才能制定出因地制宜的支護結構方案和實施辦法。它與場地工程勘察、支護結構設計、施工開挖、基坑穩定、降水、施工管理、現場監測、相鄰場地施工相互影響等密切相關[1]。基坑設計與施工涉及地質條件、巖土性質、場地環境、工程要求、氣候變化、地下水動態、施工程序和方法等許多相關的復雜問題，是理論上尚待完善、成熟和發展的綜合技術學科。本項目根據場地工程性質、水文地質、環境條件對基坑的護坡樁位移進行分析，并采取相應措施對護坡樁位移進行處理。

1 工程概況

本基坑位于北京市朝陽區，北側為現狀開閉站，地上3層，結構邊線距開閉站最近4.7 m左右(支護結構上口線距離開閉站最近2 m左右)；基坑東北側結構邊線距其人行便道最近5 m左右(支護結構上口線距離人行便道最近2 m左右)；基坑西北側結構邊線距其人行便道最近3.6 m左右(支護結構上口線距離人行便道最近1.5 m左右)；基坑西南側結構邊線距其人行便道最近6 m左右(護坡樁上口線距離人行便道最近1.8 m左右)；基坑東南側為一片空地，規劃為堆土、材料堆放和加工場地，要求距基坑10 m范圍內不堆放重物。場地周邊建有圍墻。

2 地質條件

2.1 地層巖性

該場地地貌單元屬永定河沖、洪積扇中部地區。第四系地層厚度較大，據調查厚度大于50 m。表層為人工填土及新近沉積地層。

按自上而下順序，依次將場地各層地基土的巖性特征描述如下：

①人工堆積層。

表層為一般厚約1.7 m～4.3 m的人工堆積之粉質黏土素填土、黏質粉土素填土①層及房渣土①1層。素填卵石①2層(層頂標高78.04 m～81.17 m)：以亞圓形為主，粒徑一般20 mm～50 mm，磨圓度較差，級配差，少量土填充，層厚1.1 m～2.3 m。

②第四系沉積層。

砂質粉土、黏質粉土②層，黏質粉土、粉質黏土②1層，黏土、重粉質黏土②2層及細砂、中砂②3層；粉質黏土、黏質粉土③層，黏質粉土、砂質粉土③1層及有機質黏土、有機質重粉質黏土③2層；中砂、細砂④層及黏質粉土、砂質粉土④1層；粉質黏土、黏質粉土⑤層，細砂⑤1層，黏土、重粉質黏土⑤2層及黏質粉土、砂質粉土⑤3層；圓礫、卵石⑥層，中砂、細砂⑥1層及黏質粉土、粉質黏土⑥2層；中砂、細砂⑦層，重粉質黏土、粉質黏土⑦1層，砂質粉土、黏質粉土⑦2層及黏土、重粉質黏土⑦3層；粉質黏土、黏質粉土⑧層及重粉質黏土、黏土⑧1層；粉質黏土、黏質粉土⑨層及有機質黏土、有機質重粉質黏土⑨1層；卵石、圓礫⑩層，中砂⑩1層，粉質黏土、黏質粉土⑩2層及黏土、重粉質黏土⑩3層。

2.2 水文地質條件

本工程場地內共四層地下水，第一層水位埋深7.3 m，為上層滯水，第二層水位埋深12.4 m～14.2 m，為層間水，第三層水位埋深22.1 m～24.5 m，為潛水～承壓水，第四層水位埋深27.6 m～30.9 m，為承壓水。

場地內第一層上層滯水分布規律性差，水量不大。擬建場地的建筑場地類別為Ⅲ類。

3 設計參數及施工

1)本工程根據地層情況、基坑深度、場地周邊建筑物情況及車輛情況，將基坑分為5個剖面，1—1剖面、1a—1a剖面復合土釘墻支護體系；2—2剖面、2a—2a剖面、4—4剖面采用樁錨支護體系，樁頂在自然地面；3—3剖面采用樁錨支護體系，樁頂以上3.0 m做土釘墻，坑底預留1 500 mm寬肥槽。地面超載按q=20 kPa考慮；基坑北側現狀開閉站按q=60 kPa考慮。

基坑變形：本工程基坑安全等級2—2剖面為Ⅰ級基坑，按2‰h控制變形[2]。各個地層參數如表1所示。

表1 地層參數表

2)本次重點對2—2剖面進行分析。

a.本剖面基坑從±0.000算起，坑深11.77 m，采用護坡樁+預應力錨桿支護體系，樁頂位于地表，坑底留1 500 mm肥槽，3層開閉站超載按照60 kPa考慮。

b.護坡樁做法：護坡樁樁長17.5 m，其中嵌固段4.23 m，樁間距1.2 m，樁徑600 mm，樁身強度C25，混凝土坍落度180 mm～220 mm。

c.冠梁作法：樁頂之上做冠梁，尺寸700 mm×500 mm，強度C25，兩側各配320 HRB400級熱軋螺紋鋼筋，中間上下各加配216 HRB400級熱軋螺紋鋼筋，箍筋φ 8@200。

d.錨索做法：原設計：初步設計時，由于甲方未提供開閉站地下室詳細信息，設置兩道錨索，錨索位于冠梁頂下3.0 m，7.5 m處，第一道錨索為三樁兩錨，第二道錨索為一樁一錨，錨索孔徑φ150 mm，下傾角15°，錨索成孔后下入3-4d15(7φ5)低松弛型鋼絞線，強度1 860 N/mm2，第一道錨索錨固力設計值為452 kN/根，第二道錨索錨固力設計值為350 kN/根，如表2所示。

表2 原錨桿設計值

設計變更：由于基坑北側開閉站存在地下室，地下室埋深7.5 m左右，原設計第一道錨索無法施工，經核算，做出如下變更：2—2剖面第一道錨索取消，第二道錨索在樁頂下8 m位置處(下調500 mm)，長度調整為22 m(加長3 m)，樁身配筋不變，錨索孔徑φ150 mm，下傾角15°，錨索成孔后下入3d15(7φ5)低松弛型鋼絞線，強度1 860 N/mm2，第一道錨索錨固力設計值為390 kN/根，如表3所示。

表3 錨桿設計變更值

每2 m設一對中支架。二次灌注P.S.A32.5MPa礦渣純水泥漿，水灰比0.50，強度20 MPa，錨索鋼絞線下入過程中，增加一根塑料壓漿管，沿著該塑料管注漿和二次注漿，該塑料管不能取出，確保施工質量。錨固體強度達到設計值70%后方可進行張拉鎖定，鎖定力為錨固力設計值的80%。錨索鎖在2根25b工字鋼上，外加一塊300 mm×300 mm×20 mm鋼墊板。

e.在樁間掛20-22號鐵絲網片，網片與土之間采用φ6.5 U型卡固定，U型卡的間距以能固定網片為原則，網片與樁之間采用116鋼筋固定，間距1 m，在樁體上打孔，深80 mm～100 mm，鋼筋采用植筋法植入樁體內，中部采用焊接連接，然后噴射細石混凝土，強度C20，面墻厚度約100 mm。

f.根據需要增加水平排水孔，間距3 m～4 m，插塑料管，直徑50 mm～100 mm，短排水孔長300 mm～400 mm，長排水孔長3 m～4 m，外包透水土工布，上傾角0°～2°。

g.根據需要在基坑周邊1 000 mm處用磚砌筑370 mm×300 mm的擋水墻，頂面和側面抹水泥砂漿，水泥砂漿M5(1∶2.5)，擋水墻上架設護欄。基坑頂部做好地面硬化工作，確保地面雨水的排放，不倒灌基坑。

其中2—2剖面部位局部基坑平面圖如圖1所示。

監測預警值及報警值見表4。

表4 監測預警值及報警值

該基坑支護工程，基坑北側開閉站為3層小樓，長約30 m，寬約6 m，自然地面至樓頂高約8 m，初步設計時，由于甲方未提供開閉站地下室詳細信息，原設置兩道錨索，錨索位于冠梁頂下3.0 m，7.5 m處，后與開閉站進一步協商了解情況后發現該地下室深度達7 m。隨后對設計進行調整，取消第一步錨索。

根據勘察報告提供的相關土層信息，采用彈性法土壓力模型進行計算。該處水位為13 m，根據建筑基坑支護技術規程采用增量法計算內力，排樁支護模型如圖2所示。

由此進行三種工況分析：工況1——開挖至-8.5 m；工況2——在-8.0 m處加撐錨桿；工況3——開挖至-11.77 m。其中工況1如圖3所示。由此可見土方開挖-8.5 m時，水平位移小于2—2剖面安全預警值。

3)基坑現場施工過程中，土方開挖至-7 m時，2—2剖面護坡樁發生較大位移，護坡樁與開閉站附近土方有較明顯裂縫，連梁拐角處出現裂紋。根據現場監測數據，監測點與開閉站之間水平距離局部變化達到20 mm。超過2—2剖面的安全預警值如圖4～圖6所示。

現場對護坡樁位移進行分析，原因大致如下：

a.現場開閉站舊化糞池及兩口污水井位于基坑內部偏東側，從開閉站人員情況了解，在勘察外業完成后基坑支護施工前的一段時間內，該化糞池及污水井均存在滲漏水現象。

b.施工時由于工期緊，護坡樁內側土方開挖施工較快，挖污水井時井內部分污水流入附近土壤，導致該區域后期土壤含水量變大。

c.護坡樁施工完成后幾天內降水量較大，部分雨水滯留在護坡樁與開閉站之間的土體內。

d.此時位于-8 m位置的預應力錨桿尚未施工，尚未產生預應力，側向土壓力導致護坡樁及冠梁向基坑內側位移。

綜上所述，由于護坡樁與開閉站之間的土體含水量過大，土體飽和，①層雜填土、②層黏性土的黏聚力和內摩擦角均變小，土的抗剪強度及側摩阻力下降，從而不利于基坑支護中護坡樁的穩定。

4 基坑位移處理

監測發現護坡樁與開閉站水平距離不斷變大后，我方組織相關人員進行分析決定采取以下措施，以確保護坡樁不再發生位移，保證護坡樁的穩定[3]，如圖7～圖9所示。

1)土方及時對護坡樁內側進行回填，開閉站兩側回填至埋深4.5 m處，其余位置回填至-6 m處，將基坑西北角-4 m處能夠施工錨桿的4根錨桿進行施工。基坑東北角-4 m處能夠施工錨桿的3根錨桿進行施工，長度22 m，按照錨索錨固力設計值為390 kN/根進行張拉鎖定。

2)開閉站與護坡樁之間的上部分區域土方進行卸載，卸載至-2.5 m深處。減少對護坡樁的土方側壓力。

3)及時對2—2剖面護坡樁樁間插入多個排水管，對該區域土方進行部分排水。

4)對護坡樁回填的土方進行分段開挖，分段施工，開閉站處分為四段進行開挖和錨桿成孔、注漿、張拉鎖定。以減輕其外側土壓力。

5)加強對護坡樁和冠梁的位移監測，如發現位移繼續增大，將進一步采取其他措施以保證開閉站和基坑的安全。

5 處理結果

本次基坑2—2剖面布設3個監測點。在20 d左右進行采取上述處理方案，水平位移逐漸穩定，水平位移最高值穩定在22 mm左右，水平位移數據逐漸趨于穩定。監測數據如圖10所示。

按照上述處理方案處理完成后，本基坑支護工程2—2剖面護坡樁水平位移不再增加，保持穩定，保證基坑支護的安全施工。

6 結語

1)深基坑支護在設計前，特別是城市建設的深基坑設計，務必要對周邊環境了解清楚，明確周圍建筑物荷載及位置，明確周邊地下管線、排水溝、污水井的布設情況等等[4]，明確施工部位有無滲水現象，這樣有利于選取安全、經濟合理的基坑支護方案，降低設計風險。

2)重視勘察報告，根據地層情況合理選用參數對于支護方案的經濟性影響很大；同時施工過程中多與現場施工人員溝通，及時了解勘察完成后現場地質土層信息及施工狀況的變化，如有較大變化應及時調整設計方案；在施工過程中采用信息法施工，及時了解和掌握施工過程中動態變化，發現問題，應盡快研究相應的對策，確保施工順利進行以及基坑的穩定。

3)施工中如出現護坡樁位移等問題時，研究出原因后應在保證安全的前提下制定出盡量經濟合理的解決方案，同時應加強施工監測，確保護坡樁位移得到控制。