某城市廣場基坑支護工程設(shè)計與實踐①

周麗維， 許華南

(1.龍巖學(xué)院后勤基建處,福建 龍巖 364012;2.龍巖學(xué)院資源工程學(xué)院，福建 龍巖 364012)

0 引 言

深基坑工程是一門新型學(xué)科，綜合了工程地質(zhì)、土力學(xué)、原位測試技術(shù)、基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土與結(jié)構(gòu)相互作用、施工技術(shù)以及環(huán)境巖土工程等多學(xué)科的問題。場地地質(zhì)條件、地下水的分布以及具體工程要求等因素都會產(chǎn)生一定的影響。

目前，在很多深基坑支護工程現(xiàn)場，已經(jīng)發(fā)生過不少致命的事故，造成了經(jīng)濟上無法挽回的嚴重損失，建設(shè)工期也遭到了很嚴重的延誤，極大地影響了城市建設(shè)的發(fā)展，因此，研究深基坑支護的安全性、經(jīng)濟合理性以及可靠性是很有必要的，具有重大的工程意義。本文以某城市廣場為例，根據(jù)場地基坑地質(zhì)條件和周圍環(huán)境的特殊性，選擇鉆孔灌注樁支護方案、土釘墻支護方案、放坡開挖方案，并結(jié)合理論[1-5]，對支護結(jié)構(gòu)體系的支護設(shè)計做了整體驗算和分析，分別進行了抗傾覆穩(wěn)定性、抗滑移穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定性、抗拉承載力驗算等，并與規(guī)范要求作比較，實現(xiàn)信息化施工，保證施工的安全可靠和經(jīng)濟合理。

1 工程概況

擬建某城市廣場場地位于市某街道，世紀大道以東，迎賓路以南，長興路以北，場地內(nèi)在西北側(cè)分布有臨時售樓處，無地上或地下管線通過。本項目由3棟高層住宅樓(31層)、1棟高層辦公樓(22層)以及3層商業(yè)裙樓、2層整體地下室組成?；A(chǔ)型式擬采用樁基礎(chǔ)或天然地基(裙房及純地下室)，預(yù)計基礎(chǔ)(承臺)埋深1.20～1.50m。

擬建場地的原始地貌概況如下：地層結(jié)構(gòu)于殘坡積臺地區(qū)較為簡單、而在沖洪積階地區(qū)則中等復(fù)雜，場地原為市某消防中隊用地，局部為農(nóng)田、荒地，后局部改造為臨時活動用房用地或停車場。地勢趨勢總體為北高南低，通過勘測，各鉆孔的孔口標高約為11.82～18.53m。

2 水文地質(zhì)條件

擬建場地富含深埋較大的地下水，大部分賦存和運移于雜填土、中砂的孔隙及殘積土和全風化的花崗巖、(砂礫狀)強風化巖孔隙和網(wǎng)狀裂隙，以及下部的碎塊狀強風化巖和中風化巖的裂隙中。在殘坡積臺地主要是潛水，而在沖洪積階地的地區(qū)，上部雜填土中主要為上層滯水，在粉質(zhì)粘土層之下的每個含水層內(nèi)，地下水基本上均具有一定程度的承壓性，其中，殘積土和全風化巖以及(砂礫狀)強風化巖具有一定的微承壓性。地下水大部分為大氣降水以及附近水層的側(cè)向滲流補給，并順著原地形傾向由西北向東南滲流以及排泄。

3 設(shè)計條件

3.1 設(shè)計依據(jù)

1.廈門某勘察研究院編制的《某城市廣場巖土工程勘察報告》(詳細勘察)；2.地下室相關(guān)結(jié)構(gòu)圖紙；3.總平面圖；4.《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-2012)；5.《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2012)；6.《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》(GB50007-2011)；7.《福建省建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》(DBJ13-07-2006)；8.《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)；9.《巖土工程勘察規(guī)范》(DBJ13-84-2006)。

3.2 基坑特點分析

該基坑工程四周的環(huán)境相對復(fù)雜，其中位于北側(cè)的地下結(jié)構(gòu)邊線距離迎賓路約8m，而西側(cè)與世紀大道距離約13m，南側(cè)與二號路的距離為5m，東側(cè)則距離三號路約為5m。場地四周市政道路下均埋設(shè)有給、排(雨)水管及電力、燃氣、通信等各種管道(線)，工程開工前應(yīng)向相關(guān)單位搜集相關(guān)地下管線圖，并根據(jù)其埋深、走向及基坑開挖對其的影響程度，采取相應(yīng)的防護措施，以確保安全。另西北角臨時售樓中心及北側(cè)部分臨時活動用房尚未拆除，應(yīng)結(jié)合工程進度采取相應(yīng)的處理措施。

3.3 基坑重要性等級

擬建工程的二層地下室測得總高度約為8m，再算上其底板的厚度共約10.11～10.60m，基坑周邊環(huán)境比較復(fù)雜，施工過程難免會帶來較嚴重的損毀后果，基坑的深度≥6.5m，地質(zhì)條件一般，地下水的位置比較深，但對施工造成的影響甚小，根椐設(shè)計依據(jù)9，將本工程的安全等級評定為二級。

4 基坑支護設(shè)計方案比選

國內(nèi)常見的基坑支護方案有：鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻、土釘墻、放坡開挖等支護方案。按照“安全可靠，經(jīng)濟合理，技術(shù)可行，方便施工”的原則，基于前文所述該工程基坑的特點、重要性等級評定結(jié)果，本文對所有的基坑支護方案的優(yōu)缺點和對不同工程條件的適用性進行總結(jié)和深入了解，再結(jié)合場地和地下水文的具體地質(zhì)條件及周圍復(fù)雜的施工環(huán)境對基坑支護結(jié)構(gòu)的潛在影響，并保證基坑土方的開挖工作、地下室結(jié)構(gòu)的建設(shè)滿足相關(guān)施工要求的情況下，選定了以下支護方案：場地四周為已有道路，基坑南側(cè)土層相對較好，基坑開挖深度較淺，對于基坑側(cè)壁位移要求較小，故要先保證安全再考慮經(jīng)濟適用，經(jīng)研究采用放坡開挖的支護形式；東側(cè)與西側(cè)由于基礎(chǔ)埋深不一致且土層變化較大，兩側(cè)各分為兩個土釘墻支護形式進行支護；基坑北側(cè)由于空間較小，且北側(cè)有一個耳洞，要求基坑側(cè)壁土體位移不能影響已有道路及地下管線，故設(shè)計采用鉆孔灌注樁支護形式。

5 項目基坑支護計算分析

選定支護方案之后，本設(shè)計選取了代表性剖面，根據(jù)所配置的支護參數(shù)，依次從放坡開挖、土釘墻、排樁等三種支護形式入手進行整體穩(wěn)定性驗算、抗滑動及抗傾覆穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性、抗拉承載力驗算和分析，并與規(guī)范要求進行比較。

5.1 放坡開挖設(shè)計計算

基坑南側(cè)放坡高度3.8m，按1：1進行放坡，對坡面采用短土釘掛網(wǎng)護面。開挖時注意對上部土層進行保護。鋼筋網(wǎng)規(guī)格：面層鋼筋網(wǎng)采用Φ8@200×200。噴射混凝土厚度80mm，混凝土強度為C20。主要選取1-1剖面進行驗算。剖面1-1側(cè)基坑土層參數(shù)如表1所示。

表1 剖面1-1側(cè)基坑土層參數(shù)表

采用條分法(計算簡圖如圖1所示)對整體穩(wěn)定性驗算進行計算分析，以基坑坡腳為原點，取點(0.160，8.052)為圓心，半徑r=8.054m，土條寬度為0.8054m，通過理正深基坑7.0PB3軟件的精確驗算，求得安全系數(shù)KS=1.897，滿足規(guī)范要求。

圖1 條分法計算簡圖

5.2 土釘墻支護設(shè)計計算

本項目基坑?xùn)|西側(cè)采用土釘墻支護方案進行支護，選取了四個代表性剖面進行計算分析，不同剖面的基坑土層系數(shù)分布情況如表2～表5所示。對應(yīng)每一段，基坑的實際挖深分別為7.6m、7.1m、6.8m、6.6m，結(jié)構(gòu)外側(cè)的地面所附加的荷載q均取20kPa。鉆孔直徑D=110mm，開挖斜面坡分別取62.549°、60.604°、63.104°、61.699°，土釘水平間距和豎向間距均取1.6m，土釘垂直傾角取20°。

表2 剖面2-2側(cè)基坑土層系數(shù)表

表3 剖面3-3側(cè)基坑土層系數(shù)表

表4 剖面5-5側(cè)基坑土層系數(shù)表

表5 剖面6-6側(cè)基坑土層系數(shù)表

采用理正深基坑7. 0PB3計算軟件依次從抗滑動及抗傾覆穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定性(采用條分法，其中剖面2-2的計算簡圖如圖2所示)、抗隆起穩(wěn)定性、抗拉承載力驗算四個方面進行計算分析，結(jié)果表明，該支護方案能滿足規(guī)范要求，支護結(jié)構(gòu)最大位移變形量約23mm。

圖2 條分法計算簡圖

6 排樁支護設(shè)計計算

根據(jù)土層及北邊道路等情況和設(shè)計依據(jù)4，考慮場地地面超載了20kN/m3，開挖深度達到了6.6m，本工程便決定采用排樁支護，排樁的直徑取，排樁之間的間距取，選取的剖面土層參數(shù)如表6所示。

表6 剖面4-4土層參數(shù)表

采用理正深基坑7. 0PB3計算軟件分別從嵌固深度、整體穩(wěn)定性(采用條分法，計算簡圖如圖3所示)、抗傾覆穩(wěn)定性驗算三個方面進行計算分析，結(jié)果表明，該支護方案能滿足規(guī)范要求，支護結(jié)構(gòu)最大位移變形量約31mm。

圖3 條分法計算簡圖

7 基坑排水及應(yīng)急措施

7.1 基坑排水

(1)在基坑內(nèi)部在施工前要先建好集水井和布置好排水溝，而且排水溝應(yīng)比集水井高約0.6m，比挖土面則要低0.3～0.4m；(2)基坑外面的坡頂同樣也要先設(shè)置好排水溝，就是為了防止施工過程中地表水流入坑內(nèi)而延誤工期；(3)坡面另外還要設(shè)置泄水管。

7.2 應(yīng)急措施

(1)基坑漏水。如若坑內(nèi)發(fā)生嚴重漏水,技術(shù)人員要先去查明漏水的水源,并對漏水原因逐一排查，最后再采取適當措施進行處理；(2)支護樁產(chǎn)生較大位移,超過了報警值。在基坑開挖時,要先開展基坑位移監(jiān)測工作，如監(jiān)測到支護樁產(chǎn)生過大的位移,并超過了報警值,則應(yīng)馬上停止土方的開挖工作,再采取有效措施進行處理之后，方可繼續(xù),另外還要增加基坑監(jiān)測的頻率；(3)周邊道路發(fā)生過大的沉降、管線受一定的威脅。若發(fā)現(xiàn)工程周邊的道路和管線發(fā)生過大的沉降,也應(yīng)立即停止土方的開挖工作,并采用壓密注漿法分別在沉降區(qū)域以及周圍區(qū)域?qū)ν馏w予以加固,并利用樹根樁來加固管道；(4)道路、管道開裂。若監(jiān)測到道路開裂或者管道開裂,則應(yīng)先將水源和氣源切斷,并積極配合市政的有關(guān)部門對道路或管道進行開挖和修復(fù),對開裂區(qū)域同樣也是利用壓密注漿對土體進行加固處理。在整個施工過程中一定要遵循預(yù)防為主的原則,事前工作一定要準備充足,保障本工程的施工進度。在基坑開挖之后，支護樁上的土體、墊層等雜物應(yīng)及時清理干凈，防止造成人員安全事故的發(fā)生。同時，在土方開挖以及基礎(chǔ)施工的過程當，在基坑頂部必須配備人員進行巡視和監(jiān)護，要時刻去觀測周圍土體、圍護樁體以及周邊環(huán)境，若監(jiān)測到異常，巡視人員應(yīng)當立即鳴哨，及時警示坑底作業(yè)人員安全撤離。

8 結(jié) 論

根據(jù)給定的地質(zhì)勘探資料，本著安全、經(jīng)濟、合理的原則，結(jié)合地下室的土層、地質(zhì)條件情況，完成了對某城市廣場的深基坑工程支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計，然后針對本項目具體的支護設(shè)計進行了詳細的驗算和分析。設(shè)計中，根據(jù)基坑的特點及周邊的環(huán)境情況，原則上分段考慮設(shè)計方案。采用理正深基坑7. 0PB3計算軟件依次選取不同剖面對放坡開挖、土釘墻和排樁等三個支護形式的設(shè)計分別進行驗算并分析，可得出結(jié)論：所選取的支護方案能滿足規(guī)范要求，是切實可行，可以滿足工程實際情況。通過本項目中對某城市廣場的基坑支護與實踐，保證該城市廣場的工程設(shè)計以及施工方案的正確實施，使施工進度順利、安全進行，可為類似工程項目的設(shè)計以及施工提供科學(xué)參考，以便提高管理技術(shù)水平。