成都平原岷江水系Ⅱ級階地某深基坑支護(hù)設(shè)計與應(yīng)用

摘要：文章基于成都平原岷江水系Ⅱ級階的某深基坑支護(hù)實(shí)例，對深基坑設(shè)計參數(shù)選取、支護(hù)方案選型進(jìn)行了探討。根據(jù)基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析表明，設(shè)計模型計算時應(yīng)考慮對膨脹性粘土的直剪（快）試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)折減;采用排樁+預(yù)應(yīng)力錨索、排樁+內(nèi)支撐的支護(hù)方案，能夠有效限制基坑的側(cè)向位移，可為相似工程地質(zhì)條件的基坑支護(hù)工程提供一定的技術(shù)參考。

[作者簡介]高曉峰（1985—），男，本科，高級工程師，主要從事巖土工程勘察、設(shè)計、施工工作。

成都平原岷江水系Ⅱ級階地沖洪積地層具有典型的二元結(jié)構(gòu)[1-3]，上部為黃—褐黃色黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、砂土，黏土具有膨脹性;下部為黃灰色卵石土，混砂及黏性土，有砂薄層或透鏡體，卵石成分以巖漿巖為主;下覆基巖為白堊系上統(tǒng)的紅棕、棕紅色泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖，含石膏、鈣芒硝。深基坑支護(hù)設(shè)計時，需考慮上部黏土的膨脹性對基坑支護(hù)的不利影響，同時也應(yīng)利用好下部地質(zhì)條件較好的卵石層和基巖[4-7]。某建設(shè)項目位于成都市昭覺寺片區(qū)，地層結(jié)構(gòu)為典型的岷江水系Ⅱ級階地地層，基坑開挖深度14.6～16.8 m，北側(cè)距離既有建筑8.8～10.0 m。針對該基坑的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境，進(jìn)行了支護(hù)方案設(shè)計比選，確定了以大直徑排樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)為主，局部地段采用大直徑排樁+內(nèi)支撐的支護(hù)方案，通過采用合理的支檔形式選型，既保證安全性滿足要求，又經(jīng)濟(jì)合理，目前基坑已施工完畢，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，該基坑整體穩(wěn)定性、變形控制均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)要求。

1 工程概況

1.1 工程簡介

某建設(shè)項目地位于昭覺寺南路與昭覺寺橫路交匯處南側(cè)。該項目二期一標(biāo)段基坑支護(hù)段長度約315.0 m，基坑形狀為不規(guī)則三角形組合（圖1），多處存在陽角。場地現(xiàn)場標(biāo)高約508.40 m，AB段開挖深度16.8 m，開挖線距離道路紅線4.0 m，支護(hù)樁距道路邊沿約13 m，道路側(cè)分布有通信電纜埋深約3.0 m，以及雨水管及污水管線等（埋深小于6.0 m）;BC段開挖深度14.6 m，開挖線距離用地紅線圍墻3.8 m，用地紅線外為一在建酒店（主體結(jié)構(gòu)已完工），層高11F、框架結(jié)構(gòu)，距基坑開挖線約11 m，地下室深度-6 m，基礎(chǔ)采用人工挖孔樁基礎(chǔ)（人工挖孔樁設(shè)擴(kuò)大頭，持力層為中風(fēng)化泥巖），基礎(chǔ)樁樁長16 m;CD段開挖深度14.6 m，臨青龍體育館，層高16 m、磚混結(jié)構(gòu)，距基坑開挖線最近處約8.8 m，條基及柱基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深埋深約3 m;基坑南側(cè)與一期基坑相鄰，可不采取支護(hù)。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報告，該場地地貌單元屬成都平原岷江水系Ⅱ級階地，勘探深度范圍內(nèi)巖土層按時代成因及土性特征自上而下劃分為五個工程地質(zhì)層，即：①第四系全新統(tǒng)填土層（Q4ml）;②第四系上更新統(tǒng)沖洪積黏性土層（黏土、粉質(zhì)黏土、粉土） （Q3al+pl）;③第四系上更新統(tǒng)沖洪積細(xì)砂層（Q3al+pl）;④第四系上更新統(tǒng)沖洪積砂卵石層（Q3al+pl）;⑤白堊系灌口組泥巖層（K2g）。其中第②、④、⑤工程地質(zhì)層又可按土質(zhì)類別、性質(zhì)或風(fēng)化程度等差異，進(jìn)一步劃分為若干亞層，典型的地質(zhì)剖面見圖2。

勘察中巖土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)通過直剪（快）試驗(yàn)獲得，卵石土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，經(jīng)統(tǒng)計修正的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)見表1。黏土的膨脹試驗(yàn)結(jié)果為：自由膨脹率在45 %～59 %，平均值為51.83 %，計算該場地地基土的脹縮變形量判斷脹縮等級為I級～I(xiàn)I級。地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)值見表1。

場地內(nèi)存在上層滯水、孔隙型潛水及基巖裂隙水3種類型的地下水，主要地下水為孔隙性潛水。勘察期間屬地下水枯水期，因擬建場地西側(cè)地鐵施工場地降水的影響，實(shí)際測量的穩(wěn)定水位埋深約為7.0～12.70 m，對應(yīng)絕對標(biāo)高為497.39～501.80 m。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料顯示，場地粘性土層平均滲透系數(shù)k值約為0.1～0.2 m/d，細(xì)砂層平均滲透系數(shù)k值約為20.0 m/d，場地砂卵石層平均滲透系數(shù)可取k=25.0 m/d，泥巖層平均滲透系數(shù)約為0.2～1.0 m/d。

2.1 設(shè)計參數(shù)選取

膨脹性黏土的抗剪強(qiáng)度按照直剪（快）試驗(yàn)指標(biāo)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行折減，粘聚力c取試驗(yàn)值的0.7倍，內(nèi)摩擦角φ取試驗(yàn)值的0.8倍，粉質(zhì)黏土、粉土、泥巖按照試驗(yàn)值取值，砂土、卵石土采用地勘報告提供的經(jīng)驗(yàn)值。

根據(jù)基坑平面環(huán)境條件、開挖深度及地質(zhì)條件，將基坑分成AB、BC、CD三段分別進(jìn)行支護(hù)方案設(shè)計，設(shè)計時AB段采用基坑頂部均布荷載q1=15 kPa，距離基坑邊13米距離處道路車輛荷載按照q2=20 kPa的40 m寬條形荷載考慮;BC段采用基坑頂部均布荷載q=15 kPa，基坑邊坡為土質(zhì)邊坡，破裂角按照45°+φ /2考慮，綜合考慮φ取12°，確定破裂角為51°，破裂面在在建酒店基礎(chǔ)以外，在建酒店采用擴(kuò)大頭端承樁基礎(chǔ)，且樁端標(biāo)高低于基坑開挖深度，故不考慮既有建筑荷載影響;CD段采用基坑頂部均布荷載q1=15 kPa，距離基坑邊8.8 m的青龍體育館按照q2=20 kPa，作用深度3 m的24 m寬條形荷載考慮。

2.2 支護(hù)方案的選擇

基坑平面位置及周邊環(huán)境見前文所述，各段均臨近既有建（構(gòu)）筑物，基坑支護(hù)需滿足基坑邊坡的抗滑移、抗傾覆等整體穩(wěn)定性要求，尚需對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行嚴(yán)格控制，結(jié)合各段情況分別選取不同支護(hù)方案如下：

（1）AB段：采用預(yù)應(yīng)力錨索+大直徑排樁支護(hù)，排樁樁徑1.20 m，樁間距2.20 m，樁長24.00 m，錨固段7.2 m，在-4.5 m、-7.5 m、-10.3 m及-12.8 m位置設(shè)置樁間預(yù)應(yīng)力錨索4排，長度分別為25.5 m、20 m、16 m、13 m，錨索腰梁采用25A槽鋼雙拼焊接，第一排錨索角度為20°，第二排錨索角度為18°，第三、第四排錨索角度為15°?？禹斣O(shè)置截水溝，地面采用素混凝土硬化，硬化寬度至紅線圍墻。根據(jù)計算，整體穩(wěn)定安全系數(shù)為2.32，抗傾覆安全系數(shù)為2.16，樁頂支護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移為27.67 mm（圖3）。

（2）CD段：采用預(yù)應(yīng)力錨索+大直徑排樁支護(hù)，樁徑1.20 m，樁間距2.20 m，樁長20.00 m，錨固段5.4 m，在-4.5 m、-7.5 m及-10.5 m位置設(shè)置樁間預(yù)應(yīng)力錨索3排，長度分別為25.0 m、18 m、12 m，錨索腰梁采用25A槽鋼雙拼焊接，第一排錨索角度為20°，第二排錨索角度為18°，第三錨索角度為15°?？禹斣O(shè)置截水溝，地面采用素混凝土硬化，硬化寬度至紅線圍墻。根據(jù)計算，整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.95，抗傾覆安全系數(shù)為2.71，樁頂支護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移為27.04 mm。

（3）BC段：為避免對在建酒店基礎(chǔ)損傷不考慮采用預(yù)應(yīng)力錨索，由于開挖邊線距離用地紅線最近約3.8 m，采用雙排樁支護(hù)空間不足（圖4）;綜合考慮場地空間、場地外建筑物影響及施工進(jìn)度節(jié)點(diǎn)要求，采用大直徑排樁+內(nèi)支撐支護(hù)方，樁徑1.50 m，樁間距2.30 m，樁長27.00 m，錨固段12.4 m，在冠梁處設(shè)置一道0.6 m×0.8 m的C30混凝土支撐梁，支撐梁間距24.0～26.0 m（內(nèi)支撐設(shè)置見圖1）。該方案支撐梁底標(biāo)高高于地下室頂板標(biāo)高，不影響主體結(jié)構(gòu)施工，根據(jù)計算，整體穩(wěn)定安全系數(shù)為3.23，抗傾覆安全系數(shù)為1.36，樁頂支護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移為28.84 mm。

3 監(jiān)測結(jié)果分析

為掌握基坑施工過程對周邊環(huán)境的影響及支擋結(jié)構(gòu)的變形，對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，主要監(jiān)測內(nèi)容有：基坑坡頂水平位移、豎向位移支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的日常巡視，監(jiān)測點(diǎn)平面布置圖見圖1，共設(shè)置8個監(jiān)測點(diǎn)，編號為W04～W11。首次監(jiān)測工作于2015年12月25日開始進(jìn)行，基坑局部土方開始開挖，至2016年12月2日基坑回填，地下室施工期間觀測頻率為每天一次（圖5）。

根據(jù)位移監(jiān)測結(jié)果，2016年5月中旬基坑開挖至設(shè)計標(biāo)高，累計最大變形的監(jiān)測點(diǎn)為W08點(diǎn)，位移量為25 mm，累計最小變形點(diǎn)為W10點(diǎn)，位移量為16 mm，各點(diǎn)位平均位移量為20.6 mm，累計位移量均能滿足要求。2016年5月中旬至2016年7月中旬，僅W10點(diǎn)位移量相比5月中旬增加了7 mm，累計位移量達(dá)到23 mm，其余點(diǎn)位位移量變化均在1～2 mm范圍內(nèi);從位移監(jiān)測結(jié)果反映，基坑整體位移已基本趨于穩(wěn)定。該地區(qū)7月份降雨量增多， 7月中旬至9月底基坑再一次發(fā)生位移量加大，至9月底，累計最大變形的監(jiān)測點(diǎn)位W07點(diǎn)，位移量為35 mm，累計最小變形點(diǎn)為W11點(diǎn)，位移量為25 mm，各點(diǎn)位平均位移量為29.4 mm。累計位移量結(jié)合支護(hù)結(jié)構(gòu)分析，BC位移量均已超過30 mm，AB、CD段位移量相對BC段普遍小5 mm左右。進(jìn)入10月后，該地區(qū)降雨減少，至2016年12月基坑回填，累計最大變形的監(jiān)測點(diǎn)位W07點(diǎn)，位移量為34 mm，累計最小變形點(diǎn)為W11點(diǎn)，位移量為27 mm，各點(diǎn)位平均位移量為29.9 mm，各點(diǎn)位位移量變化均在1～2 mm范圍內(nèi)，基坑整體位移基本穩(wěn)定。根據(jù)從周邊既有建筑的沉降觀測反映，基坑開挖期間，各既有建筑沉降均滿足規(guī)范要求。

（1）監(jiān)測成果表明，該項目基坑開挖、地下結(jié)構(gòu)施工至基坑回填期間，周邊環(huán)境未發(fā)生較大變形，基坑位移主要發(fā)生在基坑開挖階段，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)整體位移控制滿足周邊環(huán)境條件位移控制的要求。

（2）該地區(qū)降雨對基坑變形影響較大，根據(jù)日常巡查記錄，地表曾出現(xiàn)多處裂縫、截水溝滲漏（圖6）未及時封閉，推測可能為降雨及其他地表水通過地表裂縫滲入坑壁土體引起膨脹性粘土脹縮循環(huán)導(dǎo)致基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)位移增大。

（3）日?；友膊榘l(fā)現(xiàn)，在W05～W08監(jiān)測點(diǎn)段，冠梁與內(nèi)支撐連接位置處發(fā)現(xiàn)有細(xì)微裂縫（圖7），通過現(xiàn)場施工成品與設(shè)計方案對比，發(fā)現(xiàn)冠梁與支撐梁連接處未按照設(shè)計要求作加腋連接，導(dǎo)致連接點(diǎn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂縫，同時也不排除設(shè)計時大間距支撐梁未考慮設(shè)置八字斜撐桿等因素。

（4）根據(jù)圖5對比各監(jiān)測點(diǎn)位移量曲線，BC段因支撐梁間距偏大且支撐梁之間未設(shè)置連梁，支護(hù)結(jié)構(gòu)整體剛度較小，故位移量受外界環(huán)境因素影響大于AB、CD段排樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)段。

4 結(jié)束語

（1）成都平原岷江水系Ⅱ級階地深基坑支護(hù)設(shè)計時，預(yù)應(yīng)力錨索錨固段不宜設(shè)置在膨脹性的黏土中，在滿足在抗傾覆、抗滑移等穩(wěn)定性要求及位移控制要求的情況下，可適當(dāng)降低錨索設(shè)置高度或調(diào)整錨索角度，將錨固段設(shè)置于下部的卵石層中。

（2）由于該區(qū)域地層上部黏土具有膨脹性，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形受坑壁土體的含水量變化影響較大，基坑施工時應(yīng)設(shè)置可靠坑頂截排水措施，同時考慮在基坑1～2倍的基坑深

度范圍進(jìn)行地表硬化，防止地表水滲入坑壁土體引起膨脹性黏土發(fā)生膨脹交替而導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)變形加劇?；尤粘Ｑ膊榘l(fā)現(xiàn)變形裂縫時應(yīng)及時封閉，封閉材料可采用瀝青等柔性材料，嚴(yán)禁裂縫長期不封閉。

（3）在不具備設(shè)置錨索支護(hù)的條件下，該區(qū)域深基坑可采用大直徑、小間距排樁支護(hù)，同時增加內(nèi)支撐增強(qiáng)支護(hù)體系整體剛度，可以有效的控制位移。支撐梁的設(shè)置可適當(dāng)?shù)脑龃箝g距，但因考慮設(shè)置八字斜撐桿、連梁等措施。

（4）成都平原岷江水系Ⅱ級階基坑支護(hù)設(shè)計時，應(yīng)考慮對膨脹性黏土的直剪（快）試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行折減后采用，粉質(zhì)黏土、粉土、砂土的試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)可不折減。

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