某工程深基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)

潘衛(wèi)國

(山西師范大學(xué)城環(huán)學(xué)院，山西臨汾 041000)

0 引言

一直以來，如何本著“安全、經(jīng)濟(jì)、可行”的原則對深基坑進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，始終是該領(lǐng)域一直面臨的一個(gè)話題。由于基坑工程的復(fù)雜性和綜合性，特別是地下工程共有的不確定性使得基坑工程具有較大的風(fēng)險(xiǎn)，一旦處理不當(dāng)，輕則給安全生產(chǎn)帶來隱患，重則會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的施工事故，給建設(shè)方帶來不利影響。本文試將某深基坑的設(shè)計(jì)提供出來，供工程技術(shù)人員借鑒。

1 工程概況

該工程地下車庫為地下2層，總長度(東西向)約140m，寬度(南北向)約130m，地下車庫基底標(biāo)高約在自然地坪下－10.85m，基坑深度較深。根據(jù)JGJ 120-99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程、JGJ 167-2009濕陷性黃土地區(qū)建筑基坑工程安全技術(shù)規(guī)程規(guī)定，該基坑側(cè)壁安全等級為一級。

地質(zhì)勘察最大深度為60m，根據(jù)現(xiàn)場鉆探揭露情況及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，在此給出與本次支護(hù)設(shè)計(jì)有關(guān)的4個(gè)工程地質(zhì)單元層:第①層雜填土:稍濕，松散，夾雜大量磚塊、碎石等，厚度2.2m～6.20m。第②層粉質(zhì)粘土:干強(qiáng)度和韌性中等，厚度1.00m～8.10m。第③層細(xì)砂:飽和，稍密，中部夾薄層粉質(zhì)粘土，厚度2.00m～10.40m。第④層粉質(zhì)粘土:干強(qiáng)度和韌性中等，局部夾薄層粉土，厚度3.70m～9.00m。

該場地深度范圍內(nèi)淺層地下水屬承壓水類型，補(bǔ)給來源主要為大氣降水，以蒸發(fā)及側(cè)向汾河方向徑流為主要排泄途徑，富水性較差，受季節(jié)影響，水位變幅約0.50m，終孔后統(tǒng)一量測的穩(wěn)定水位埋深5.00m～5.80m。

基坑周圍環(huán)境復(fù)雜，四周不僅有道路，而且有多種地下管線及電纜井、煤氣檢查井等。特別是北向和東向緊鄰城市主要街道，不僅行人車輛多，而且有多種地下管線干線，如上下水道、煤氣管道、電力及通訊電纜等;基坑邊緣最近處離一期寫字樓外墻邊僅9m;南向緊貼原一期工程車庫;西向距離民房10m。

2 基坑支護(hù)總體設(shè)計(jì)思路

根據(jù)現(xiàn)場周邊環(huán)境及水文地質(zhì)情況，本次設(shè)計(jì)充分比較了土釘錨索、鋼筋混凝土灌注樁、地下連續(xù)墻等支護(hù)方法，經(jīng)比較，認(rèn)為該基坑主要采用土釘錨索加止水帷幕、管井降水的支護(hù)方法較為經(jīng)濟(jì)、安全。局部(離一期工程寫字樓較近的地方)可采用混凝土灌注樁加止水帷幕的支護(hù)方法;離一期車庫較近處可采用沿止水帷幕直接挖至－5.0m，再在原車庫底部采用土釘支護(hù)的方法。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1 止水帷幕

沿地下車庫基坑四周布設(shè)兩排水泥土攪拌樁作為止水帷幕。止水帷幕總平面尺寸長度約575每延米。

3.2 管井施工及降水

采用坑內(nèi)管井降水，共需布井29口。降水采用潛水泵每井一臺(tái)。

3.3 土釘錨索支護(hù)

采用土釘錨索支護(hù)，總延米約403m，基坑深度－10.85m。

3.4 混凝土灌注樁支護(hù)

混凝土灌注樁支護(hù)僅用于離原寫字樓較近無法施工土釘墻的部分，混凝土灌注樁支護(hù)長度約67m，約需布樁33根?；炷凉嘧稑俄敚?.0m處設(shè)一排鋼管內(nèi)撐。

3.5 一期地下車庫邊的支護(hù)

由于該基坑離原地下車庫邊僅3.5m，而原車庫又為鋼筋混凝土板式結(jié)構(gòu)，故可將基坑沿止水帷幕下挖至－5.0m，兩基地之差可做兩排土釘墻(土釘長度5m)進(jìn)行支護(hù)。

4 支護(hù)施工方法

4.1 具體要求

1)基坑施工前，建設(shè)單位務(wù)必交清基坑周邊環(huán)境條件，如電纜溝、電管線、水管、水溝、通訊設(shè)施及其他有關(guān)資料，以免施工時(shí)造成不必要的損失。

2)清除基坑施工范圍的雜填層至－2.0m，然后施工混凝土灌注樁、止水帷幕和降水井。降水后，再進(jìn)行基坑挖土和土釘墻施工。

3)在進(jìn)行挖土和施工土釘前，必須提前10d～15d把坑內(nèi)水位降至坑底下－1.5m，并保證基坑水位不再上升，這是土釘錨索施工成功的關(guān)鍵。

4)基坑土方開挖要根據(jù)周邊土釘錨索施工的每步高度，決定挖土的深度。在混凝土灌注樁與坑內(nèi)建筑物之間安裝內(nèi)撐前，也應(yīng)考慮挖土的深度和寬度，以便安全施工。

5)每步土釘錨索施工后，釘體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后方可進(jìn)行下一層土釘施工;錨索混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)要求后，才允許張拉。

4.2 土釘(錨索)施工方法

4.2.1 支護(hù)程序

管井降水→支護(hù)準(zhǔn)備→土方分層開挖→土釘(錨索)分層布設(shè)及鉆孔→分層安設(shè)土釘筋(錨索)及注漿→分層安設(shè)型鋼連系梁或錨索張拉→基坑監(jiān)測→竣工。

以上程序從管井降水到連系梁施工，共分五個(gè)施工段層，循環(huán)進(jìn)行，直至支護(hù)完畢。

4.2.2 噴射面層細(xì)石混凝土

基坑(支護(hù))面層挖2.5m厚雜填土層及施工完水泥土攪拌樁(止水帷幕)后，人工修整邊坡及樁頂平面，該邊坡高度2.5m，平面寬度約3.5m。邊坡及樁頂平面處噴射C20細(xì)石混凝土，厚度80mm，內(nèi)配雙向間距60mm的鋼絲網(wǎng)片，噴射方法是先噴底層一道厚度40mm，待掛完鋼絲網(wǎng)片后，再噴射面層細(xì)石混凝土40mm厚。

4.2.3 土釘(錨索)支護(hù)

本基坑共布設(shè)土釘5排、錨索2排，其水平間距1.5m，垂直排距1.4m(最上一排－2.0m)。上、下排土釘或錨索均按梅花形布設(shè)。

土釘錨索孔徑均為120mm，第一排釘長為6m;第二排釘長9m;第三排錨索長12.5m;第四排釘長為10m;第五排錨索長12m;第六排釘長9m;第七排釘長8m。土釘內(nèi)配鋼筋:第一排為1Φ20鋼筋;第二排、第七排為1Φ22鋼筋;第四排、第六排為1Φ25鋼筋;第三排、第五排為預(yù)應(yīng)力錨索，內(nèi)配2束7φ5。土釘筋采用HRB335(Φ)鋼筋;錨索采用低松弛鋼絞線，極限拉力1860MPa。

4.2.4 土釘錨索定位及鉆孔

土釘采用梅花形布設(shè)。每排土釘位置確定后先用φ16鋼釬打眼，深200mm，灌白灰粉后夯實(shí)。

鉆孔采用MGJ-50型錨桿工程鉆機(jī)及配套設(shè)備、人工洛陽鏟等配合完成。每個(gè)土釘孔的傾斜角(俯角)為15°，并根據(jù)傾斜度在鉆機(jī)上調(diào)好角度。成孔后要進(jìn)行清孔檢查，對孔中出現(xiàn)的塌孔和局部掉落虛土，應(yīng)用掏勺清理干凈。

4.2.5 安裝土釘筋、錨索及灌漿

土釘鋼筋采用每孔1根φ20，φ22或φ25螺紋筋，長度分別為6m，9m，10m，9m，8m，在土釘筋的外端頭制作長度 150mm(同土釘筋直徑)的螺桿(長度6m的土釘除外)。為了保證土釘筋在孔中位置準(zhǔn)確，在主筋上每隔2m焊接鋼筋定位器，定位器為Φ6.5，Φ8光圓鋼筋。

錨索安裝:錨索為2束7φ5鋼絞線，長度分別為12.5m，12m，采用在鋼絲束上安裝購置的對中支架，間距2m一道，緩慢放入孔內(nèi)。

灌漿采用ZBU-4.5型壓力擠漿機(jī)、YW-1300型攪拌機(jī)及搖篩機(jī)。灌漿材料為普通硅酸鹽 P.O42.5水泥漿液，強(qiáng)度等級為M30，水泥漿的水灰比為0.45～0.55。采用壓力二次注漿法，灌注壓力0.4MPa～1.5MPa(二次注漿壓力2MPa～2.5MPa)。第一次注漿，注漿導(dǎo)管先隨鋼筋一起插入孔底，注漿管距孔底0.2m～0.5m，導(dǎo)管出漿口應(yīng)始終處于漿體表面以下，保證孔中氣體全部溢出，直至注滿孔，邊注邊拔管。第二次注漿，注漿導(dǎo)管采用φ25鋁塑花管，固定在土釘鋼筋上，并隨土釘鋼筋一起插入孔底，距離孔底0.5m。

4.2.6 安裝型鋼連系梁及錨索張拉

型鋼連系梁采用［20a槽鋼，現(xiàn)場制作安裝，每層土釘施工完畢后，按每根土釘?shù)木唧w位置，再在槽鋼上打眼，焊接局部承壓板，用螺栓固定。

錨索的張拉及控制:錨索采用2束7φ5低松弛鋼絞線，水平和豎向間距混凝土土釘，兩排錨索鉆孔直徑均為120mm，其中第一排錨索長度為12.5m，自由段長度6.5m;第二排錨索長度為12m，自由段長度6m，錨索施加預(yù)應(yīng)力均為203kN，極限抗拔力255kN。

預(yù)應(yīng)力張拉:錨固體強(qiáng)度達(dá)75%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度或大于15MPa時(shí)可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。預(yù)應(yīng)力張拉前，應(yīng)對張拉設(shè)備進(jìn)行設(shè)定。為防止相鄰錨桿張拉相互影響，可隔一拉一。正式張拉前，應(yīng)取設(shè)計(jì)拉力的10%～20%，對錨索預(yù)張1次～2次，使各部位接觸緊密，桿體與土層緊密貼合。正式張拉應(yīng)分級加載，每級加載后恒載3min，記錄張拉值，張拉到設(shè)計(jì)荷載203kN(不超過錨索強(qiáng)度75%)，恒載10min，無變化時(shí)進(jìn)行鎖定。

4.3 土方開挖

土方開挖應(yīng)分層進(jìn)行，即分層挖土，分層支護(hù)，每層挖土深度為該層土釘標(biāo)高下50cm，分別為第一層自然地坪下－3.7m;第二層自然地坪下－5.2m;第三層自然地坪下－6.7m;第四層自然地坪下－8.2m;第五層自然地坪下－9.7m，第六層自然地坪下－11.0m。如因挖土影響工期可采用中心島開挖方法，即先挖中間土方，在基坑支護(hù)的坑邊每邊留存寬度不少于8m的土方，待每層支護(hù)完畢后，再進(jìn)行挖除。機(jī)械挖土?xí)r不能碰撞坑邊的止水帷幕，留下約20cm厚的土方用人工清理。

5 支護(hù)監(jiān)測

5.1 監(jiān)測內(nèi)容

1)基坑頂端(土釘墻上的型鋼聯(lián)系梁)的水平位移;2)基坑側(cè)邊及周圍建筑物的沉降;3)地下水位;土釘拉力。

5.2 監(jiān)測布點(diǎn)及監(jiān)測次數(shù)

水平位移和周邊沉降觀測沿坑邊每20m布點(diǎn)一個(gè)。

特別應(yīng)注意基坑的中部位置布點(diǎn)不能太少，水平位移布點(diǎn)設(shè)于土釘墻的型鋼連系梁上;沉降觀測布點(diǎn)設(shè)于基坑外2m范圍內(nèi)，并做專用沉降觀測點(diǎn)。觀測點(diǎn)用紅油漆標(biāo)明位置和點(diǎn)號。

觀測次數(shù)為:挖土前一天觀測初始值，從施工第一、二步土釘每天早7點(diǎn)一次，下午6點(diǎn)一次，施工第三至六步土釘每天三次，早上7點(diǎn)一次，中午1點(diǎn)半一次，晚上7點(diǎn)一次。

控制觀測變形值為:水平位移不大于坑深的0.0025h，即不大于28.75mm，沉降值不大于h/300即33.3mm。

報(bào)警值:繪制位移與時(shí)間的觀測曲線，如曲線出現(xiàn)陡降段或變形值驟然加大，應(yīng)加強(qiáng)觀測，分析原因，必要時(shí)采取措施。報(bào)警值為從土釘?shù)牡谌介_始白天每次觀測不超過1mm。

6 結(jié)論與建議

1)結(jié)論:經(jīng)過詳細(xì)的分析與比較，本基坑采用土釘錨索的設(shè)計(jì)方案。目前已完成部分地下工程，除主動(dòng)進(jìn)行卸載的一部分基坑外，其余均處在正常的使用狀態(tài)。

2)建議:基坑支護(hù)工程是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)高的施工工程，必須引起尤其是建設(shè)方的高度重視;為了確?；又ёo(hù)安全，必須在施工過程中實(shí)施信息化施工，將所收集到的信息反饋給設(shè)計(jì)方以便對支護(hù)設(shè)計(jì)方案加以補(bǔ)充完善，及時(shí)了解和掌握整個(gè)場地動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)異常，盡快作出反應(yīng)，研究相應(yīng)對策，解決出現(xiàn)問題，確保施工順利進(jìn)行以及基坑的穩(wěn)定。

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