某工程基坑支護(hù)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

魏科豐 李德鵬

(長江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北 荊州 434023；長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州 434020) (河南省信陽市市政管理處，河南 信陽 464000)

某工程基坑支護(hù)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

魏科豐 李德鵬

(長江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北 荊州 434023；長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州 434020) (河南省信陽市市政管理處，河南 信陽 464000)

以某工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)為實(shí)例，通過5種不同支護(hù)方案的優(yōu)化比選，闡明了聯(lián)合支護(hù)方案在實(shí)際工程中的應(yīng)用，并對(duì)其進(jìn)行了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析。監(jiān)測(cè)結(jié)果與使用效果證明了其可行性，得出了一些對(duì)類似工程有一定參考意義的結(jié)論，可供同類工程借鑒。

基坑；優(yōu)化設(shè)計(jì)；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析；技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析

1 工程概況

(1)結(jié)構(gòu)參數(shù)。工程為地上19層，地下4層的大酒店，由主樓和裙樓組成，室內(nèi)正負(fù)零標(biāo)高相對(duì)于黃海高程為31.20m，建筑物主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 擬建物的情況一覽表

圖1 某大酒店基坑支護(hù)平面圖

(2)基坑平面布置。該基坑近似呈六邊形，裙樓平行基坑邊方向的基礎(chǔ)間的凈間距與基礎(chǔ)邊長之比不小于2，按構(gòu)造底板墊層底部高度取計(jì)算深度為2.10m；主樓靠近東南側(cè)填土較高，基坑開挖前清平至統(tǒng)一絕對(duì)高程31.80m(相對(duì)黃海高程為-1.20m)，主樓承臺(tái)分布密集，按開挖承臺(tái)墊層底取計(jì)算深度為13.30m；基坑周圍環(huán)境簡(jiǎn)單，三倍基坑開挖范圍內(nèi)無建筑物及重要管線，基坑平面圖見圖1。

(3)工程地下水情況。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告結(jié)論，地下水主要為上層滯水和承壓水2大類。上層滯水主要存在于第1層素填土和第2層粉土夾粉砂層孔隙中，一般情況

下其含水量不大，主要接受大氣降水和水渠補(bǔ)給，逕流則以垂直運(yùn)動(dòng)為主，主要排泄方式為蒸發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)勘探時(shí)，測(cè)得上層滯水水位埋深為0.40～2.40m之間，無統(tǒng)一的自由水面；承壓水主要賦存于6、7層的孔隙中，與漢江有水力聯(lián)系，主要接受與其連通的承壓含水層的側(cè)向補(bǔ)給，層間逕流排泄，現(xiàn)場(chǎng)勘探時(shí)，在K2號(hào)孔測(cè)得承壓水水位高程為23.36m。

(4)水文地質(zhì)條件。根據(jù)勘探報(bào)告，按各土層的巖性及其含水、透水性可劃分為相對(duì)隔水層和含水層2大類，具體土層情況為：1層素填土、2層粉土夾粉砂屬弱透水孔隙含水層；3層粉質(zhì)黏土、4層黏土夾粉砂、5層黏土為相對(duì)隔水層、6層細(xì)砂夾粉土、7層細(xì)砂為強(qiáng)透水層。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果地下水對(duì)混凝土不具有侵蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)選

2.1基坑工程重要性等級(jí)

該工程基坑最大計(jì)算開挖深度H=13.30m，工程地質(zhì)及水位地質(zhì)條件屬于Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，周邊重要建筑物離坑口最小距離40m，無重要管線及生命線工程，基坑范圍內(nèi)土質(zhì)好，且地下水對(duì)基坑工程影響輕微，參照湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程技術(shù)規(guī)程》(DB42/159-2004)，該基坑工程重要性等級(jí)為二級(jí)。

2.2地下水影響

上層滯水賦存在1層素填土和2層粉土夾粉砂層孔隙中，對(duì)基坑干作業(yè)有一定的影響，基坑開挖及基礎(chǔ)施工中應(yīng)及時(shí)進(jìn)行坑內(nèi)排水。承壓水賦存于6、7層的細(xì)砂夾粉土及以下細(xì)砂層中，取基坑最不利C14號(hào)孔考慮，承壓水頂面絕對(duì)標(biāo)高為7.10m，該區(qū)域基底絕對(duì)標(biāo)高為16.60m?；娱_挖后隔水層厚度為D=16.60-7.10=9.50m。地質(zhì)勘察報(bào)告中給出承壓水水頭高程為23.36m。按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-99)驗(yàn)算求得:

Hw·γw=(23.36-7.10)×10=162.60(kN/m2)

(1)

D·γ=9.5×18.9=179.55(kN/m2)

(2)

式中，Hw為承壓水高度，m；γw為水的重度，kN/m3；γ為土的重度，kN/m3；D為隔水層厚度，m；Kty為基坑抗突涌安全系數(shù)。此區(qū)域?yàn)槌信_(tái)跳挖區(qū)，地勘報(bào)告中承壓水水頭高程為8月份豐水期水位，《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：對(duì)于承臺(tái)可分別開挖且平面尺寸較小的基坑, 抗突涌安全系數(shù)不應(yīng)小于1.0，該坑底抗突涌安全系數(shù)大于1，基坑開挖后不會(huì)產(chǎn)生突涌，所以基坑施工期間不用采取降水措施。

2.3設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

通過參考與該工程類似的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案，綜合考慮各方面因素后的支護(hù)方案如下：

1)方案1：樁錨支護(hù) 該方案技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，安全可靠，對(duì)土方開挖和地下結(jié)構(gòu)施工無影響，但支護(hù)樁施工周期較長，錨桿對(duì)周圍建筑物地下設(shè)施有影響，造價(jià)較高，經(jīng)濟(jì)效益差。

2)方案2：水泥土擋墻聯(lián)合噴錨支護(hù) 該方案施工簡(jiǎn)單方便，造價(jià)低，工期短，噴錨支護(hù)可與土方開挖同步進(jìn)行，水泥土擋墻防滲作用好，抗彎性能差，邊坡變形較大，因?yàn)楸竟こ涕_挖深度超過12m，攪拌樁成樁質(zhì)量不易保證，所以相對(duì)造價(jià)較高。

3)方案3：放坡 該方案施工簡(jiǎn)單方便，造價(jià)低，工期短，放坡工作量大，基坑開挖較深時(shí)土方運(yùn)輸增加成本。本工程周邊開闊，土質(zhì)較好，適合此方案。

4)方案4：噴錨支護(hù) 該方案施工簡(jiǎn)單方便，造價(jià)低，工期短，噴錨支護(hù)可與土方開挖同步進(jìn)行，本工程周邊開闊，土質(zhì)較好，適合該方案。

5)方案5:放坡、噴錨支護(hù)和局部增強(qiáng)的聯(lián)合支護(hù) 通過以上4種方案的分析，可知該方案在保證支護(hù)結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下，能集各家之所長，避各家之短，不僅使工程造價(jià)降低，同時(shí)可根據(jù)場(chǎng)區(qū)環(huán)境靈活布置，使支護(hù)施工順利進(jìn)行，有效提高工效，節(jié)省工程造價(jià)。

經(jīng)比較，采用方案5：放坡+噴錨支護(hù)及坡底局部鋼板樁增加的聯(lián)合支護(hù)方案。

3 基坑支護(hù)詳細(xì)設(shè)計(jì)

該工程支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算采用深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件及手算配合，主要計(jì)算ABCD段及DEFG段(見圖1)。

(1)ABCD段。確定安全性等級(jí)為二級(jí)。坡頂標(biāo)高-1.20m，基底標(biāo)高-14.5m，該段邊坡開挖深度為13.3m，該段坡面設(shè)計(jì)為三級(jí)放坡，三級(jí)坡比均為1∶1.5，坡面用掛網(wǎng)噴射砼保護(hù)，考慮到坡腳的不利影響，在二、三級(jí)坡腳分別增加一排直徑?16A、間距500mm，長度L=6.0m的鋼板樁作為抗滑加固體，在第二、第三級(jí)坡面設(shè)計(jì)采用直徑48mm的注漿花管四排，其傾角為垂直坡面向下15°。其他設(shè)計(jì)如下：

第1排注漿花管長度L=9.00m，間距為7300×1000mm(縱向×橫向)；

第2、3、4排注漿花管長度L=12.00m，間距為1200×1500mm(縱向×橫向)。

采用基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件驗(yàn)算，邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)最小值為1.168，抗隆起安全系數(shù)為4.44，滿足二級(jí)基坑整體穩(wěn)定性要求，其結(jié)構(gòu)剖面圖如圖2所示。

圖2 ABCD段結(jié)構(gòu)剖面圖

(2)DEFG、LMA段。確定安全性等級(jí)為二級(jí)。坡頂標(biāo)高-3.70m，基底標(biāo)高-14.15m，該段邊坡開挖深度為10.45m，該段坡面設(shè)計(jì)為三級(jí)放坡，三級(jí)坡比均為1∶1.5，坡面用掛網(wǎng)噴射砼保護(hù)，考慮到坡腳的不利影響，在二級(jí)坡腳增加一排直徑?200mm，間距為500mm，長度L=4.0m的杉木樁做抗滑加固體，在三級(jí)坡腳分別增加一排直徑?16A，間距為500mm，長度為L=6.0m的鋼板樁做抗滑加固體；在二、三級(jí)坡面靠近坡腳設(shè)計(jì)直徑?48注漿花管各一排，其傾角為垂直坡面向下15°。其他設(shè)計(jì)如下：

第1排注漿花管長度L=9.00m，間距為5600×1000mm(縱向×橫向)；

第2排注漿花管長度L=9.00m，間距為3600×1000mm(縱向×橫向)。

采用基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件驗(yàn)算，邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)最小值為1.192，抗隆起安全系數(shù)為4.56，滿足二級(jí)基坑整體穩(wěn)定性要求，其結(jié)構(gòu)剖面圖如圖3所示。

4 施工及監(jiān)測(cè)分析

為保證工程安全和周邊建筑物及地下管線安全，施工嚴(yán)格按照“信息法”施工，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)修改設(shè)計(jì)并采取防范措施。

4.1監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

該基坑的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括：坡頂?shù)乃轿灰?、坡?包括平臺(tái))豎向沉降及周邊土體豎向沉降。

4.2監(jiān)測(cè)報(bào)警值

根據(jù)本基坑安全重要性等級(jí)，依據(jù)《基坑工程技術(shù)規(guī)程》(DB42/159-2004)，現(xiàn)擬定坡頂水平位移和坡頂?shù)孛娉两档膱?bào)警值取以下兩者中的極小值：①累計(jì)位移量60mm，②水平位移和沉降連續(xù)3d達(dá)5mm/d或變形速率連續(xù)變大時(shí)。

4.3監(jiān)測(cè)要點(diǎn)

1)觀測(cè)點(diǎn)數(shù)量要求 基坑坡頂水平位移及沉降觀測(cè)點(diǎn)數(shù)量不少于15個(gè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距不宜大于35m,長邊中部及陽角等關(guān)鍵部位宜加密觀測(cè)點(diǎn)。

圖3 DEFG、LMA段結(jié)構(gòu)剖面圖

2)各項(xiàng)目監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔 開挖深度5m以上時(shí)2d/1次，5m以下時(shí)1d/1次；開挖完畢，底板施工期間，1d/1次，當(dāng)連續(xù)3次變化率差值小于2時(shí)，3d/1次，穩(wěn)定后7d/1次，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接近監(jiān)控報(bào)警值時(shí)，應(yīng)加密觀測(cè)。

3)土方開挖工作開始之前，應(yīng)埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)，并觀測(cè)1次 土方開挖開始后，監(jiān)測(cè)頻率一般為2～3d/1次，開挖最后階段每天觀測(cè)1次，當(dāng)暴雨階段或出現(xiàn)異常情況時(shí)(邊坡位移速率達(dá)到5mm/d，沉降變形速率達(dá)到3mm/d)應(yīng)加密監(jiān)測(cè)頻率，監(jiān)測(cè)結(jié)果(包括圖表)及時(shí)反饋給基坑支護(hù)設(shè)計(jì)單位、施工單位、建設(shè)單位及監(jiān)理人員，監(jiān)測(cè)精度應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范規(guī)程要求。

4.4注意事項(xiàng)

1)基坑開挖應(yīng)分層分段開挖，每層厚度控制在2.5m以內(nèi)，每段開挖長度為30～50m，嚴(yán)禁一挖到底，挖運(yùn)設(shè)備嚴(yán)禁碰掛支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2)坑底土體裸露時(shí)間不得超過24h，自坑底揭露至地下室底板澆注完成的時(shí)間不得超過10d。

3)基坑排水要求：基坑運(yùn)行過程中，應(yīng)在坑內(nèi)坡腳外設(shè)排水溝和集水井，盲溝坑內(nèi)以沙礫石料填塞，對(duì)坑內(nèi)積水進(jìn)行抽排以保證坡腳無積水，基坑運(yùn)行期間，應(yīng)對(duì)坡頂進(jìn)行硬化，再沿邊緣設(shè)排水溝，防止表水流入坑內(nèi)。

4)本基坑支護(hù)屬臨時(shí)性支護(hù)措施，主體單位應(yīng)制定合理、高效、有序分區(qū)分段的土方開挖與地下結(jié)構(gòu)施工方案，確保基坑的降水設(shè)施運(yùn)行時(shí)間控制在3mon內(nèi)，且不得在汛期運(yùn)行。

5 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析

在該工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)過程中，有的設(shè)計(jì)人員提出該基坑重要性等級(jí)應(yīng)為一級(jí)，根據(jù)基坑重要性為一級(jí)做出的設(shè)計(jì)其預(yù)算金額為649萬元，是按筆者提出的實(shí)施方案預(yù)算金額315萬元的2倍多，業(yè)主經(jīng)過多方比較，經(jīng)過專家論證后最終選擇了筆者提出的基坑支護(hù)方案，并付諸實(shí)施，施工后一切正常，經(jīng)監(jiān)測(cè)，坡頂?shù)乃轿灰萍俺两抵稻鶟M足設(shè)計(jì)要求。

[1]華南理工大學(xué).基礎(chǔ)工程[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2007：103-109.

[2]王翠英，王家陽.論深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性[J]．武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005(2) : 56-59.

[3]劉建航, 侯學(xué)淵. 基坑工程手冊(cè)[M].北京: 中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[4]DB42/159-2004，基坑工程技術(shù)規(guī)程[S].

[5]GB50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6]左冬立.深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與支護(hù)方案優(yōu)選研究[D].武漢：中國地質(zhì)大學(xué),2007.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.050

TU753

A

1673-1409(2012)06-N154-04