重力壩及復(fù)合式重力壩在軟土地區(qū)基坑中的應(yīng)用

史國(guó)旗

長(zhǎng)沙鴻榮源房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司（上置集團(tuán)） 湖南 長(zhǎng)沙 410000

引言

重力壩是指以水泥系材料為固化劑，通過(guò)攪拌機(jī)械采用噴漿施工將固化劑和地基土強(qiáng)行攪拌，形成連續(xù)搭接的水泥土重力式圍護(hù)墻。重力壩是無(wú)支撐自立式擋土墻，依靠墻體自重、墻底摩阻力和墻前基坑開(kāi)挖面以下土體的被動(dòng)土壓力穩(wěn)定墻體，以滿足圍護(hù)墻的整體穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定和控制墻體變形的要求，適用于加固淤泥質(zhì)土、含水量較高而地基承載力＜120kPa的黏土、粉土、砂土等軟土地基[1-2]。這種支護(hù)方式兼具支護(hù)和止水作用，在上海、杭州等軟土地區(qū)中得到了廣泛應(yīng)用。

與其他支護(hù)方式相比，重力壩支護(hù)形式具有許多優(yōu)點(diǎn)，如施工無(wú)振動(dòng)、噪聲小、無(wú)泥漿廢水污染，施工操作簡(jiǎn)便、成樁工期較短，造價(jià)較低；基坑內(nèi)空間寬敞，方便土方開(kāi)挖和后期結(jié)構(gòu)施工等具有較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，但該種方法與有支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)相比控制變形能力較弱[3-4]。因此有學(xué)者[5]提出了復(fù)合式重力壩的支護(hù)形式，即在重力壩內(nèi)排或者內(nèi)外排內(nèi)插一定間距的型鋼，以此增加壩體剛度，提高壩體對(duì)變形的控制能力，目前這種方法已經(jīng)成為軟土地區(qū)重力壩支護(hù)方式的一種補(bǔ)充支護(hù)手段[6]。當(dāng)基坑因周邊荷載、貼邊深坑或者開(kāi)挖邊線距離紅線距離較小時(shí)，可以考慮這種支護(hù)方式。

本文以杭州某淺基坑工程為例，介紹了重力壩及復(fù)合式重力壩在軟土地區(qū)的應(yīng)用，為后續(xù)類似工程提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 工程概況

該工程位于杭州市，包括22～27層住宅、1～2層商業(yè)及管理用房及電站等配套設(shè)施，1層地下車庫(kù)，基坑開(kāi)挖總面積約59500m2，周長(zhǎng)約1000m，基坑普遍區(qū)域開(kāi)挖深度為5.20m，局部坑邊集水坑落深0.77m，開(kāi)挖深度為5.97m。

基坑內(nèi)部為拆遷廠房，場(chǎng)地地勢(shì)整體較為平坦；基坑西側(cè)和北側(cè)目前均為空地；基坑?xùn)|側(cè)為一在建工地，該工地用地紅線距離本地塊用地紅線最近約18m，該項(xiàng)目目前未開(kāi)挖，正在進(jìn)行樁基施工；基坑南側(cè)為一道路，距離用地紅線約15m。基坑西北角和西南角設(shè)置配電室，基坑邊緣距離配電室約4.5m。本基坑設(shè)計(jì)等級(jí)為二級(jí)。

2 地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地地貌類型為沖積湖平原地貌形態(tài)單一，場(chǎng)地地勢(shì)整體較為平坦，對(duì)基坑有影響的地下水主要是淺部的潛水，勘察報(bào)告提供的潛水水位埋深一般在1.30～2.30m，設(shè)計(jì)地下潛水位按1.3m考慮。擬建場(chǎng)地屬典型的軟土地區(qū)，廣泛分布厚層狀軟土，其具壓縮性高，強(qiáng)度低，靈敏度高，透水性低等特點(diǎn)。擬建場(chǎng)地軟土層為④1層淤泥質(zhì)黏土。基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)表1

3 圍護(hù)方案

3.1 基坑特點(diǎn)及難點(diǎn)

3.1.1 本工程地處杭州地區(qū)軟土地區(qū)，基坑面積較大，不可避免要分區(qū)分塊開(kāi)挖施工，基坑敞開(kāi)時(shí)間較長(zhǎng)對(duì)位移控制不利。

3.1.2 基坑影響范圍內(nèi)有厚層淤泥質(zhì)土。本基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)分布有④1層淤泥質(zhì)土，具有孔隙比大、含水量高、靈敏度高、強(qiáng)度低、壓縮性高等不良特性，同時(shí)具有蠕變性和流變性特點(diǎn)，基坑開(kāi)挖揭露時(shí)，易發(fā)生坍塌，較大的回彈變形，對(duì)基坑穩(wěn)定不利。需確保止水帷幕的止水效果，同時(shí)要做好降水、隔水和排水工作。

3.1.3 基坑總體環(huán)境較寬松，西北側(cè)設(shè)置配電室，配電室距離基坑邊緣約4.5m，距離較近，需注意對(duì)配電室進(jìn)行保護(hù)，支護(hù)空間較小。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

根據(jù)基坑開(kāi)挖深度、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及杭州地區(qū)類似工程經(jīng)驗(yàn)等分析，基坑總體采用重力壩及復(fù)合重力壩進(jìn)行圍護(hù)。

3.2.1 一般區(qū)域。基坑挖深5.20m，基坑開(kāi)挖邊線距離紅線大于5.4m。圍護(hù)采用水泥土重力式擋墻?700@1000，寬4.2m，長(zhǎng)12.0m，插入深度為6.8m，插入比為1.31。壩體頂部設(shè)置200mm厚C20壓頂砼面板，內(nèi)配?8@200雙向配筋網(wǎng)。壩體內(nèi)側(cè)第一排插一根6.2m長(zhǎng)的?48mm×3.5mm鋼管，最外排插一根7.2m長(zhǎng)的?48mm×3.0mm鋼管，其余插?14@1000鋼筋，鋼筋長(zhǎng)1.5m。典型剖面如圖1所示。

圖1 典型剖面1

3.2.2 坑邊深坑區(qū)域。貼邊落深坑部位挖深5.97m，基坑開(kāi)挖邊線距離紅線大于5.4m。圍護(hù)采用復(fù)合式重力壩?700@1000，墻寬4.7m、長(zhǎng)13.0m，嵌固深度為7.03m，插入比為1.18。壩體頂部設(shè)置200mm厚C20壓頂砼面板，內(nèi)配?8@200雙向配筋網(wǎng)。同時(shí)，在重力壩最內(nèi)排內(nèi)插等長(zhǎng)的H500×300型鋼，間距1m，以提高圍護(hù)體剛度。壩體最外排插一根8m長(zhǎng)的?48mm×3.0mm鋼管，其余插?14@1000鋼筋，鋼筋長(zhǎng)1.5m。典型剖面如圖2所示。

圖2 典型剖面2

3.2.3 坑邊配電室區(qū)域。基坑挖深7.30m，配電室距離開(kāi)挖邊線最近約4.5m，圍護(hù)采用復(fù)合式重力壩?700@1000，墻寬4.7m、長(zhǎng)16.0m，嵌固深度為8.7m，插入比為1.20。壩體頂部設(shè)置200mm厚C20壓頂砼面板，內(nèi)配?8@200雙向配筋網(wǎng)。在重力壩最內(nèi)排內(nèi)插等長(zhǎng)的H500×300型鋼，間距1m，以提高圍護(hù)體剛度。壩體最外排插一根9m長(zhǎng)的?48mm×3.0mm鋼管，其余插?14@1000鋼筋，鋼筋長(zhǎng)1.5m。為有效控制基坑變形，坑內(nèi)進(jìn)行滿堂加固。典型剖面如圖3所示。

圖3 典型剖面3

4 施工監(jiān)測(cè)結(jié)果

基坑開(kāi)挖監(jiān)測(cè)過(guò)程中，重點(diǎn)關(guān)注重力壩深層水平位移及坑外地表沉降，同時(shí)密切關(guān)注坑外地下水位的變化，保證基坑的安全順利開(kāi)挖。工程于2021年5月下旬開(kāi)挖到底，6月底底板澆筑完成，基坑開(kāi)挖狀況良好（現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況如圖4所示）。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖

重力壩及復(fù)合重力壩深層水平位移最大處均出現(xiàn)在壩頂位置。重力壩區(qū)域開(kāi)挖處水平位移大多在10～15mm之間，內(nèi)插H型鋼復(fù)合式重力壩處位移較大，壩頂處水平位移最大值為22mm，且水平位移隨深度近似呈線性變化。在開(kāi)挖過(guò)程中壩體水平位移整體發(fā)展變化較為緩慢，開(kāi)挖前期變形速率較快，當(dāng)基坑變形達(dá)到一定程度時(shí)，變化趨于穩(wěn)定，開(kāi)挖過(guò)程中基坑穩(wěn)定性良好。壩頂水平位移累計(jì)變化曲線詳見(jiàn)圖5～圖8。

圖5 重力壩深層水平位移累計(jì)曲線CX3

圖6 重力壩深層水平位移累計(jì)曲線CX4

圖7 復(fù)合重力壩深層水平位移累計(jì)曲線CX10

圖8 復(fù)合重力壩深層水平位移累計(jì)曲線CX11

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，坑外地表沉降最大值約為18mm（如圖9所示），坑外地下水位變化最大值約為1080mm，且兩者變化速率穩(wěn)定。由于本基坑周邊環(huán)境較為寬松，且圍護(hù)體變形較小，并未對(duì)周邊環(huán)境造成影響[7]。

圖9 地表沉降累計(jì)曲線

5 結(jié)束語(yǔ)

在軟土地區(qū)，開(kāi)挖深度較淺且周邊環(huán)境較寬松的基坑可采用重力壩圍護(hù)。內(nèi)插型鋼復(fù)合重力壩圍護(hù)在局部挖深7～8m深坑處具有可行性，并可達(dá)到較好的工程效果。淺基坑支護(hù)中對(duì)于局部深坑、距離紅線較近的部位可以采用內(nèi)插型鋼的復(fù)合式重力壩作為重力壩圍護(hù)的補(bǔ)充手段。

基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，局部深坑處內(nèi)插型鋼的復(fù)合式重力壩的位移控制，一方面得益于兩端重力壩的約束，另一方面內(nèi)插型鋼可增加圍護(hù)體本身的剛度，抵抗部分土壓力產(chǎn)生的彎矩，一定程度上控制了圍護(hù)體的位移，且顯著提高了基坑的整體穩(wěn)定性。

為進(jìn)一步有效控制局部深坑處內(nèi)插型鋼復(fù)合重力壩的變形，可采用坑內(nèi)墩式或滿堂局部加固的方式。

實(shí)際工程中，建議對(duì)內(nèi)插H型鋼的復(fù)合重力壩謹(jǐn)慎選用，首先在周邊環(huán)境保護(hù)要求較為寬松的條件下采用，此外局部深坑深度建議在7～8m之間，并且基坑整體開(kāi)挖深度建議在5～6m之間。