高層建筑深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)措施

■夏雄飛 ■中建三局集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 570311

在工程建設(shè)中，基坑是一項(xiàng)重要的施工內(nèi)容，而基坑的利用和發(fā)展，也是對(duì)土地資源進(jìn)行利用的一種有效方法，雖然我地域廣闊，但是人口數(shù)量大，為了節(jié)省土地，就需要向空間要房子。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，適當(dāng)?shù)陌l(fā)展高層建筑和多層建筑，向地下和空中發(fā)展，可以有效的對(duì)我國(guó)土地資源緊張的問(wèn)題進(jìn)行解決。隨著我國(guó)高層建筑不斷出現(xiàn)，各種深基坑工程項(xiàng)目也越來(lái)越多，大深度、高密度的地下設(shè)施使得傳統(tǒng)的深基坑施工技術(shù)已經(jīng)無(wú)法達(dá)到現(xiàn)代城鎮(zhèn)的建筑需求，深基坑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已經(jīng)受到了社會(huì)各方的重視和關(guān)注。

1 深基坑工程的施工特征

在設(shè)計(jì)基坑施工的過(guò)程中，主要有以下幾個(gè)方面的特征:(1)受區(qū)域性限制。由于我國(guó)幅員遼闊，有比較大的地地形差異，即使是同一個(gè)城市也會(huì)有區(qū)域差異存在，例如我國(guó)的甘肅地形復(fù)雜、存在大面積的濕陷黃土等。在設(shè)計(jì)基坑工程時(shí)，需要根據(jù)具體的情況進(jìn)行考慮，借鑒同類工程的施工經(jīng)驗(yàn)。(2)有比較強(qiáng)的綜合性?；庸こ贪硕鄠€(gè)學(xué)科的內(nèi)容，例如支擋結(jié)構(gòu)、土力學(xué)、施工管理、土建施工，此外還包含了檢測(cè)技術(shù)、施工技術(shù)等，綜合性比較高。(3)具有獨(dú)特的特征。在外環(huán)境的影響下，支護(hù)結(jié)構(gòu)和土方開(kāi)挖的施工除了和自身的地質(zhì)環(huán)境有關(guān)外，還和四周的環(huán)境有比較大的聯(lián)系，大多數(shù)高層建筑工程處于比較小的施工環(huán)境中，為了保證四周建筑物的安全，需要對(duì)四周建筑物的變形情況進(jìn)行控制，相對(duì)于地上建筑來(lái)說(shuō)，基坑施工對(duì)四周建筑物的影響更大，因此基坑工程具有獨(dú)特的特征［1］。(4)施工時(shí)間長(zhǎng)。一般情況下，深基坑工程的施工時(shí)間往往比較長(zhǎng)，在施工的過(guò)程中，很有可能出現(xiàn)震動(dòng)、降雨、基坑邊坡附近堆載物等情況，安全隨機(jī)性比較高，工程事故多。

2 工程簡(jiǎn)介

某建筑工程為四棟20層商業(yè)用樓，樓的高度為71m，共有六層裙樓，樓的高度為29m，地下建筑的樓層為兩層，總施工面積為67403m2，地下總建設(shè)面積為8293m2，基坑的外形為長(zhǎng)方形，施工面積為5000m2，基坑四周的實(shí)際最大開(kāi)挖深度為8.5～9.8m，考慮到該工程地下室很豐富，需要對(duì)基坑支護(hù)的問(wèn)題進(jìn)行慎重考慮。

3 設(shè)計(jì)基坑支護(hù)

3.1 確定基坑參數(shù)

該施工場(chǎng)地地下布設(shè)有煤氣管道、排污溝、市政管網(wǎng)、光纖，并且管線挨的比較近，場(chǎng)地的西側(cè)和南側(cè)緊挨一條公路。在施工的過(guò)程中，如果破壞了這些管網(wǎng)，會(huì)造成比較大的經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)對(duì)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)地考察證明，此場(chǎng)地地層按照由上到下的順序進(jìn)行劃分，一共是由四個(gè)單元層組成的，上部土層為結(jié)構(gòu)松散的雜填土，下部土層為軟塑狀的粘性土，土的整體強(qiáng)度不高，隨地層的變化，土層厚度也出現(xiàn)了比較大的變化，是影響基坑安全的主要土層。常規(guī)粘性土為粉土和砂土。另外，在基坑開(kāi)挖的過(guò)程中，孔隙承壓水也是一個(gè)比較關(guān)鍵的影響因素。具體的土層結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。通過(guò)全面的分析對(duì)比，將勘測(cè)達(dá)到的土層支護(hù)參數(shù)作為土抗剪強(qiáng)度的參考值，對(duì)支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了選定。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)成果表

2-3 灰色粘質(zhì)土 7 18.6 31.6 5 4 灰色淤泥質(zhì)土 7.7 16.9 10.6 10 5 暗綠草黃色粉質(zhì)粘土 4.8 20.2 21.1 46土層編號(hào) 土層 層厚/m C/kPa重度/(KN.m-3) ρ/(°)

3.2 選擇支護(hù)基坑的方法

根據(jù)基坑四周的環(huán)境、開(kāi)挖深度和底層性質(zhì)的不同，依據(jù)以往的地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)，全面分析的本工程選取支護(hù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，經(jīng)過(guò)對(duì)支護(hù)方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行分析比較，有多種可以使用的施工方案。通過(guò)對(duì)基坑施工的造價(jià)、安全、工期等多個(gè)因素進(jìn)行考慮，在保證經(jīng)濟(jì)性和合理性的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的開(kāi)挖深度和施工環(huán)境，將基坑支護(hù)分成了 BC、CD、AB、DE、EE、FG、GH、HA 段，每一段工程施工按照從低價(jià)到高價(jià)、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的順序進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)對(duì)工期等因素進(jìn)行了考慮，最后使用如下方案進(jìn)行施工:基坑的支護(hù)使用排樁和預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)合的方法進(jìn)行支護(hù)，在輔助坑內(nèi)設(shè)置止水帷幕、坡頂減載、反壓土體、坑內(nèi)深水降水等方法，來(lái)保證支護(hù)體系的完整性［2］。

3.3 設(shè)計(jì)基坑支護(hù)

(1)設(shè)計(jì)支護(hù)樁和錨桿。此基坑所有的支護(hù)段都是在放坡平臺(tái)的下方進(jìn)行設(shè)置，一共設(shè)置了3排錨桿，所有的錨桿均為二次注漿預(yù)應(yīng)力錨桿。通過(guò)對(duì)陽(yáng)角錨桿交叉受力的不利因素進(jìn)行全面分析后，為了將同層錨桿的抗拔力完全發(fā)揮出來(lái)，分別按照10°、5°、20°設(shè)置陽(yáng)角兩側(cè)同層錨桿，每一個(gè)錨桿斷面的大小都設(shè)置為165mm，并使用水灰比為0.45～0.5的純水泥漿進(jìn)行注漿，使用強(qiáng)度為C25的樁身混凝土鉆孔灌注樁作為支護(hù)樁。(2)對(duì)基坑支護(hù)進(jìn)行計(jì)算。在工程中，設(shè)計(jì)的道路荷載壓力為30Kpa，設(shè)計(jì)的坡頂施工荷載大小為11～16kpa，建筑荷載為16kpa/層。根據(jù)郎肯土壓理論設(shè)計(jì)土壓的分布，對(duì)水壓力進(jìn)行核算，將臨時(shí)結(jié)構(gòu)調(diào)整系數(shù)值設(shè)置為1.0，被動(dòng)土壓力折減系數(shù)設(shè)置為1.0m，并使用極限平衡法進(jìn)行計(jì)算。

4 設(shè)計(jì)基坑的降水

該基坑在施工的過(guò)程中，在進(jìn)行地下室開(kāi)挖施工時(shí)，工程會(huì)跨入到豐水期，根據(jù)此地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)，本工程廠區(qū)承壓水位的標(biāo)準(zhǔn)高度為19m，為了保證工程經(jīng)濟(jì)性和安全性，根據(jù)實(shí)際的施工情況，決定使用減壓降水的方法進(jìn)行施工，根據(jù)相關(guān)要求，基坑降水設(shè)計(jì)要具有良好的安全性，本基坑在施工時(shí)，基坑安全系數(shù)設(shè)置為1.0～2.0m，在設(shè)計(jì)降水時(shí)，該基層中承壓水頭降低10.0～11.0m時(shí)，可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求［3］。通過(guò)進(jìn)行降水試驗(yàn)，設(shè)計(jì)場(chǎng)地承壓水層的參數(shù)為:K=17.0m/d，R=220，經(jīng)過(guò)使用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，本基坑的涌水量為21000t/d，并且降水井中的水主要來(lái)自砂層中的地下水。根據(jù)此砂層的含水滲透性和顆粒特征以及經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，基坑內(nèi)部降水單井的抽水量設(shè)計(jì)80t/d，因此，降水井需要的數(shù)量為:

此外，對(duì)基坑周?chē)?0m范圍中的地下水情況進(jìn)行模擬分析，在這個(gè)范圍中承壓水水頭的降低值為6～10m，會(huì)導(dǎo)致地面附加量出現(xiàn)30～60mm的沉降量，不均勻沉降也會(huì)降低到1‰，基坑最高沉降量在枯水期會(huì)降低，因此，在設(shè)計(jì)此基坑時(shí)，對(duì)周?chē)沫h(huán)境不會(huì)產(chǎn)生不利影響，和沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果相同。

5 基坑施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)

對(duì)基坑施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要目的是為了基坑可以順利開(kāi)挖。經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)，四周的道路和管網(wǎng)有沉降變形的情況出現(xiàn)，基坑邊坡和支護(hù)樁的土體均出現(xiàn)了水平位移和沉降變形的情況［4］。在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，使用精確度比較高的垂直鉆孔測(cè)斜儀，WRM-3型分層沉降位移計(jì)對(duì)土體的分層沉降進(jìn)行檢測(cè)，使用WUT高精度位移計(jì)對(duì)水平位移進(jìn)行檢測(cè)，并利用S1水準(zhǔn)儀對(duì)地表的沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)?；釉陂_(kāi)挖完成后，分析了具體的沉降結(jié)果。其中支護(hù)結(jié)構(gòu)在水平方向出現(xiàn)的最大位移值為1.0cm，基坑周?chē)孛娴淖罡叱两禐?.2cm，而設(shè)計(jì)的基坑四周裂縫最大值為1.0cm，符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)基坑挖掘到7.3m的深度時(shí)，理論預(yù)測(cè)值和土體位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)大致相同，最高位移在基坑底部1～2m，最高位移值為1.5cm。

6 結(jié)語(yǔ)

該基坑使用預(yù)應(yīng)力錨桿+排樁支護(hù)的方法進(jìn)行施工，使用坑內(nèi)坡腳留設(shè)反壓土體和坡頂減載的方法進(jìn)行輔助，對(duì)基坑的防護(hù)問(wèn)題進(jìn)行了解決。工程在施工的過(guò)程中，對(duì)施工場(chǎng)地的地質(zhì)情況進(jìn)行了試驗(yàn)調(diào)查，參數(shù)值符合實(shí)際要求，通過(guò)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮，對(duì)各個(gè)支護(hù)防滲方案進(jìn)行分析優(yōu)化，最后選擇了最佳施工方案，此外，在施工的過(guò)程中，對(duì)基坑的變化情況進(jìn)行了動(dòng)態(tài)檢測(cè)，并完善和補(bǔ)充了具體的監(jiān)測(cè)信息，提升了基坑設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，保證了基坑施工的順利開(kāi)展。

［1］劉宗仁主編.基坑工程［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008∶67-68.

［2］熊智彪主編.建筑基坑支護(hù)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008∶23-24.