大面積基坑的邊坡土壓控制變形

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對(duì)于一些開挖面積大、深度又不大的淤泥質(zhì)基坑，采用基坑內(nèi)滿布水平內(nèi)支撐設(shè)計(jì)無疑會(huì)大大增加基坑的支護(hù)成本[1-3]。工程實(shí)踐表明，利用基坑內(nèi)部的預(yù)留土體及斜撐輔助進(jìn)行基坑的設(shè)計(jì)及施工，可降低支護(hù)成本。

1 工程概況

杭政儲(chǔ)出[2006]46號(hào)地塊基坑工程位于杭州市濱江區(qū)濱安路與西興路交叉口，由8 棟住宅和1 個(gè)整體地下車庫組成，該基坑呈長(zhǎng)方形，挖深9.25 m，設(shè)計(jì)主要采用鉆孔灌注樁和1 道鋼筋混凝土水平內(nèi)支撐（局部為斜向鋼支撐）（見圖1），止水帷幕采用Φ850 mm三軸水泥攪拌樁，鉆孔灌注樁長(zhǎng)20.7 m，基坑?xùn)|西長(zhǎng)約225.9 m，南北長(zhǎng)約223.5 m。

圖1 基坑平面示意

基底土質(zhì)情況：地下10 m厚度范圍內(nèi)為雜填土、粉質(zhì)或淤泥質(zhì)黏土。

針對(duì)面積較大的基坑這一實(shí)際情況，如果采用滿布鋼筋混凝土內(nèi)支撐體系，無疑將大大增加基坑圍護(hù)工程的造價(jià)，而開發(fā)商為了充分利用土地，基坑四周預(yù)留空間已被大大壓縮，所以往往也無法采用放坡方式。為解決這一問題，在進(jìn)行大面積基坑開挖時(shí)，在條件允許的情況下，采用基坑內(nèi)預(yù)留土的方式進(jìn)行基坑設(shè)計(jì)及施工是一種經(jīng)濟(jì)合理的方式。

2 基坑邊坡土壓控制設(shè)計(jì)及施工概況

基坑邊坡土壓控制原理：在基坑內(nèi)部邊圍預(yù)留土方對(duì)圍護(hù)樁進(jìn)行支撐，即利用預(yù)留土的自重及本身具有一定的強(qiáng)度及抵抗變形的能力來達(dá)到減少基坑位移的目的，然后采用斜撐進(jìn)行支撐后再進(jìn)行預(yù)留土的開挖及后續(xù)結(jié)構(gòu)施工。這種方法可以將預(yù)留土部位通過后澆帶的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)留，而不會(huì)影響主樓結(jié)構(gòu)施工。

（a）基坑內(nèi)邊圍預(yù)留土方參數(shù)為：高5 m，長(zhǎng)12.5 m，剖面呈三角形預(yù)留，坡度1∶2；預(yù)留土方四周設(shè)置后澆帶以保證其余部位結(jié)構(gòu)施工。

（b）由于本工程土質(zhì)為淤泥質(zhì)土，流塑性強(qiáng)，為保證預(yù)留土體穩(wěn)定性，采用如下措施對(duì)預(yù)留土進(jìn)行加固：加大放坡坡度，按照1∶2比例進(jìn)行放坡；增大護(hù)坡噴錨厚度至8 cm及內(nèi)置Φ6.5 mm@300 mm×300 mm鋼筋網(wǎng)片；③坡角處增加塊石壓底及用松木樁固定，以有效增強(qiáng)坡角穩(wěn)定性。

（c）土壓部位圍護(hù)體系設(shè)計(jì)變形值：測(cè)斜管報(bào)警值的最大位移為4.5 cm，或連續(xù)3 d變形超過3 mm/d；基坑周邊沉降監(jiān)測(cè)報(bào)警值：累計(jì)沉降超過20 mm；水位監(jiān)測(cè)報(bào)警值；坑外水位監(jiān)測(cè)報(bào)警值：1 d內(nèi)水位變化超過80 cm；支撐軸力測(cè)點(diǎn)報(bào)警值：支撐軸力≥4 500 kN。基坑開挖期間一般情況下每天觀測(cè)一次，如遇位移、沉降及其變化速率較大時(shí)，則應(yīng)增加監(jiān)測(cè)頻次。

（d）施工預(yù)留土部位的地下1層樓板時(shí)，要在樓板相應(yīng)支撐范圍留洞。設(shè)計(jì)時(shí)，在計(jì)算允許的情況下應(yīng)保證斜撐留洞部位不影響結(jié)構(gòu)主梁，以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及后續(xù)傳力帶施工。

（e）基坑土方開挖應(yīng)針對(duì)杭州地區(qū)軟土的特性應(yīng)用“時(shí)空效應(yīng)”理論，以減少基坑無支撐的暴露時(shí)間，嚴(yán)格控制基坑變形?；娱_挖、支撐及墊層施工時(shí)應(yīng)遵循“分層、分塊、留土保壁、對(duì)稱、限時(shí)、先撐后挖”的總原則，土方開挖面的高差應(yīng)控制在1.5 m以內(nèi)，按不大于1∶1.5放坡。最后厚30 cm的土方應(yīng)采用人工開挖，嚴(yán)禁超挖。

（f）地下室底板部位的后澆帶預(yù)留鋼筋需進(jìn)行防銹處理。

圖2 預(yù)留土部位支護(hù)體系剖面

3 主要施工方法

3.1 工藝流程

基坑土壓控制變形施工，首先必須根據(jù)要求確定預(yù)留土方的體量并預(yù)留準(zhǔn)確，然后配合結(jié)構(gòu)后澆帶進(jìn)行施工，待已完工底板上的牛腿施工完畢并達(dá)到強(qiáng)度后，再進(jìn)行斜撐的安裝，最后施工預(yù)留部位結(jié)構(gòu)及傳力帶，達(dá)到強(qiáng)度后拆除斜撐。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 土方開挖

（a）第一步土方開挖至壓頂梁處，待壓頂梁施工完畢后達(dá)到80％強(qiáng)度，方可繼續(xù)進(jìn)行下一步土方開挖，土方開挖過程中，應(yīng)嚴(yán)格確保不擾動(dòng)預(yù)留土體，同時(shí)安排專業(yè)人員進(jìn)行預(yù)留土部位的噴錨施工，確保隨挖隨噴，同時(shí)預(yù)埋Φ50 mm PVC管@3 000 mm排水孔，梅花形布置，后置濾水紗布及碎石。

（b）由于本工程基坑挖深9.25 m，且基坑底部主要為淤泥質(zhì)土，為防止基坑開挖完成后坑底隆起，在土方開挖完成24 h內(nèi)須立即完成混凝土墊層的施工，素混凝土墊層應(yīng)延伸至圍護(hù)體系邊，并抓緊施工基礎(chǔ)承臺(tái)及大底板，以確?；臃€(wěn)定性。

（c）開挖完成后，首先按要求在坡腳進(jìn)行松木樁的施工，然后再在預(yù)留土坡腳位置增加塊石壓底，防止因土質(zhì)差而造成土體滑動(dòng)。

3.2.2 壓頂及牛腿施工

（a）壓頂梁施工過程中，預(yù)埋件的定位必須準(zhǔn)確，本工程按照偏差＜5 mm控制?？紤]到壓頂梁在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中有可能因預(yù)埋件造成相對(duì)較大偏位，所以在后續(xù)牛腿的施工過程中，要求測(cè)放人員應(yīng)根據(jù)壓頂梁預(yù)埋件的位置來定位斜撐牛腿的相對(duì)位置，以保證壓頂梁中的預(yù)埋件與牛腿保持正對(duì)狀態(tài)（見圖2）。

（b）為增加牛腿抗剪切力，設(shè)計(jì)中增加了H型鋼預(yù)埋，具體做法如圖3。

圖3 底板混凝土牛腿做法

3.2.3 鋼斜撐施工

待地下室底板及牛腿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80％后，即可進(jìn)行雙拼Φ609 mm鋼管支撐安裝。測(cè)量鋼支撐安裝標(biāo)高及水平位置，將壓頂梁及底板上的預(yù)埋鋼板上的混凝土浮漿清理干凈，測(cè)量壓頂梁與底板混凝土牛腿間預(yù)埋鋼板的凈間距，調(diào)整拼裝的支撐長(zhǎng)度。經(jīng)復(fù)驗(yàn)無誤后，再將鋼斜撐架設(shè)到牛腿上，進(jìn)行焊接施工。

為保證基坑穩(wěn)定性，應(yīng)由最薄弱點(diǎn)進(jìn)行安裝，即自坑邊中間部位向兩側(cè)進(jìn)行焊接施工。

3.2.4 預(yù)留土開挖

土方開挖面的高差應(yīng)控制在1.5 m以內(nèi)，按不大于1∶1.5比例放坡。最后30 cm土方應(yīng)人工開挖，嚴(yán)禁超挖。開挖過程中應(yīng)注意做好對(duì)后澆帶部位鋼筋的保護(hù)措施。

因受鋼斜撐的影響，預(yù)留土土方開挖時(shí)整個(gè)操作面將受到一定的限制，故現(xiàn)場(chǎng)宜采用小型挖機(jī)逐一進(jìn)行掏挖，并配合小型土方車輛運(yùn)輸。由于其余地下室已基本完成，故開挖的土方可以利用已完成的地下室上的坡道進(jìn)行出土。土方開挖完成后必須在24 h內(nèi)即完成墊層施工，以防止坑底隆起。

3.2.5 結(jié)構(gòu)及傳力帶施工

傳力帶設(shè)計(jì)基本位于底板及地下室1層板部位，在施工過程中采用與結(jié)構(gòu)一起整澆的做法施工。

（a）傳力帶的厚度必須滿足換撐驗(yàn)算，若小于底板厚度，為減少混凝土工程量，可以在下部采用回填砂的方法，上部采用素混凝土傳力帶。同時(shí)增加隔離層，以應(yīng)對(duì)主體結(jié)構(gòu)沉降問題。

（b）地下1層傳力帶應(yīng)與主梁相對(duì)應(yīng)，以保證結(jié)構(gòu)受力滿足要求。

（c）地下1層傳力帶寬度較小時(shí)，可直接采取懸挑做法進(jìn)行整澆；若寬度較大，則必須采用吊筋進(jìn)行加固（圖4、圖5）。

圖4 底板傳力帶做法

圖5 地下1層傳力帶做法

（d）按照要求，傳力帶強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80％后，方可拆除斜撐。

（e）由于斜撐穿過地下1層板，故在結(jié)構(gòu)施工過程中應(yīng)進(jìn)行洞口的預(yù)留，大小為4.0 m×2.0 m（具體可按斜撐大小適當(dāng)留設(shè)），洞口四周按照后澆帶做法執(zhí)行。

3.2.6 鋼撐拆除

待地下2層結(jié)構(gòu)及傳力帶施工結(jié)束且達(dá)到80％設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可拆除支撐。拆撐期間，監(jiān)測(cè)單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)圍護(hù)體和周圍建筑物的監(jiān)測(cè)。鋼管采用氣焊切割拆除，故需要先在切割部位下方搭設(shè)腳手架，切割前用塔吊吊住切割端，然后由氣焊切割拆除，隨后用塔吊將切除的鋼管吊放至地下室底板上。

拆除過程中要隨時(shí)注意基坑的監(jiān)測(cè)數(shù)值，一旦發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)位移過大或其他異常情況，應(yīng)立即停止拆除作業(yè)，待查明原因后再作下一步處理。

3.2.7 結(jié)構(gòu)預(yù)留洞口封堵

結(jié)構(gòu)預(yù)留洞口按照后澆帶做法進(jìn)行施工。

（a）待鋼支撐拆除完畢后，立刻對(duì)預(yù)留洞口進(jìn)行封堵。

（b）洞口鋼筋需按后澆帶做法加密，封堵采用高一個(gè)標(biāo)號(hào)的微膨脹混凝土進(jìn)行澆注即可。

3.3 實(shí)施中應(yīng)注意的重點(diǎn)

（a）設(shè)計(jì)過程中必須明確預(yù)留土體的具體參數(shù)，同時(shí)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位溝通，要求在預(yù)留土體四周設(shè)置后澆帶，以保證不影響其余部位結(jié)構(gòu)施工及保證預(yù)留土體部位的后續(xù)斜撐施工。

（b）邊坡土壓控制主要利用預(yù)留土體的自重和本身具有一定的強(qiáng)度及抵抗變形的能力來減少基坑位移，故在開挖過程中必須保證預(yù)留土體的穩(wěn)定及不受擾動(dòng)，如有必要可在預(yù)留土體處增加被動(dòng)區(qū)以水泥土攪拌樁加固。

（c）開挖過程中需保證表面噴錨隨開挖進(jìn)行施工，在未能及時(shí)噴錨的部位，應(yīng)采用塑料彩條布等進(jìn)行覆蓋，避免雨水沖刷預(yù)留土體造成穩(wěn)定性下降。

（d）為保證預(yù)留土體坡角穩(wěn)定性，應(yīng)及時(shí)采取施打坡角處松木樁、澆筑坡角部位墊層（有必要可加厚墊層）、增加石塊砌壓底、砌筑擋土墻等措施。

（e）施工過程中應(yīng)加強(qiáng)基坑監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)異常情況應(yīng)立即停止施工，查明原因后方可繼續(xù)施工。

4 監(jiān)測(cè)分析

本基坑工程中，設(shè)計(jì)單位已經(jīng)對(duì)地表的最大沉降量和圍護(hù)樁墻的最大變形做了規(guī)定。本監(jiān)測(cè)方案在對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力變形進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120—1999）、《浙江省地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB33/T 1008—2000 J10036—2000）中的規(guī)定，結(jié)合以往工程監(jiān)測(cè)成果，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的警戒值指標(biāo)。

本工程在施工過程中，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)了兩個(gè)階段的基坑變形數(shù)據(jù)：土方開挖至預(yù)留土完成階段的位移增量及預(yù)留土開始挖土至開挖完成階段的位移增量，兩階段的位移總增量分別為4.71 mm及10.92 mm，小于設(shè)計(jì)要求及《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB 50497—2009）要求；支撐軸力、坡頂沉降及水平位移等各項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目也均在設(shè)計(jì)及規(guī)范報(bào)警值范圍之內(nèi)。

5 結(jié)語

針對(duì)基坑面積較大而采用滿布內(nèi)支撐不經(jīng)濟(jì)的基坑，在條件允許的情況下，采用基坑邊坡土壓控制進(jìn)行圍護(hù)設(shè)計(jì)及施工能大大節(jié)省基坑整體造價(jià)，并能滿足工期要求，取得較好的效果。通過預(yù)留土方與傳統(tǒng)混凝土內(nèi)支撐的工期及費(fèi)用綜合比較可以得出，本工程預(yù)留土方做法不僅可以直接節(jié)省約50 d工期，而成本節(jié)約也可達(dá)到約69.9％。但預(yù)留土部位的斜撐會(huì)對(duì)后續(xù)結(jié)構(gòu)施工造成一定的施工困難，如后澆帶部位鋼筋的保護(hù)、結(jié)構(gòu)預(yù)留洞口的預(yù)留及后期封堵、對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷等。同時(shí)在斜撐設(shè)計(jì)過程中也必須確保斜撐避開結(jié)構(gòu)主梁位置，以確保主體結(jié)構(gòu)安全及后續(xù)的傳力帶施工。