多種組合式支撐結(jié)構(gòu)在昆明軟土基坑中的應(yīng)用

涂 偉 曹 慧 許利東

云南建工基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司 昆明 650501

1 工程實例

1.1 工程概況

背景工程擬建基坑深度約7 m，基坑周長約791 m，周邊環(huán)境比較復(fù)雜，北面為一片自建民居，基礎(chǔ)埋深約2 m，基坑開挖前已有民居出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象；基坑南邊緊鄰另一個深11 m的基坑，該基坑采用內(nèi)支撐支護；西南側(cè)為昆明市政主干道廣福路，日常車流量較大，且道路下面地下管線密集；基坑西側(cè)緊鄰1條寬約15 m的市政道路及3棟7層的淺基礎(chǔ)建筑。基坑平面周邊環(huán)境位置如圖1所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境位置示意

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)本工程的巖土工程勘察報告，擬建場地屬于昆明典型軟土地區(qū)，場地地基土表部為具有一定厚度的雜填土，其下為沖積相、湖沼相、湖相沉積形成的泥炭質(zhì)土及黏性土、粉土等，層位相對穩(wěn)定?；拥滓陨现饕植纪翆訛棰匐s填土、②黏土、③黏土及④泥炭質(zhì)土，基坑底全部在軟塑-流塑狀態(tài)的④泥炭質(zhì)土上，基坑底以下仍存在厚約4 m的④層泥炭土，對基坑施工十分不利。

1.3 水文地質(zhì)條件

場地土層以弱透水性的黏性土和泥炭質(zhì)土為主，地下水的來源以大氣降雨和地表水補給為主，所以枯水季節(jié)（旱季）的地下水位變化不會太大，坑壁土主要透水層第④層泥炭質(zhì)土的滲透系數(shù)K分別為1.35 m/d和1.28 m/d，按混合抽水計算，其影響半徑分別為52.29 m和54.31 m，富水性弱。綜合評定本場地為弱透水場地。

2 基坑支護方案

2.1 原支護設(shè)計方案

在昆明軟土地區(qū)，大多數(shù)基坑采用內(nèi)支撐形式，但是內(nèi)支撐的基坑支護形式存在施工速度慢、造價高、施工交叉多、工藝復(fù)雜等多種不足。在本基坑支護方案設(shè)計初期，經(jīng)過多種經(jīng)濟對比分析后嘗試采用排樁加錨索進行支護，采用φ800 mm長螺旋灌注樁加2排預(yù)應(yīng)力錨索進行支護，并在樁頂預(yù)先進行放坡，長度為2.50 m，樁間施工高壓旋噴止水樁與支護樁咬合，形成全封閉止水帷幕。

按照該方案，在北面選基坑剖面的20 m長度作為試驗段。當(dāng)施工完該段支護樁、止水樁及第1排錨索后，進行第1排錨索的預(yù)緊。在實際張拉錨索時，錨索鎖定值未能達到設(shè)計鎖定值，施工現(xiàn)場以100 kN張拉力完成鎖定后進行第2層土方的開挖。當(dāng)開挖至第2層錨索工作面時，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明樁頂位移及樁后土體裂縫均已達到基坑位移警戒值，基坑北側(cè)道路已出現(xiàn)裂縫[1-4]。

2.2 變更設(shè)計方案

因在施工過程中，未挖到基坑底而位移已達警戒值，排樁加錨索的支護形式在該軟土地區(qū)未成功使用。主要原因是該地區(qū)“草煤”層深厚，該土層流變性大，錨索在此土層中的應(yīng)用難以達到設(shè)計所需鎖定值，同時錨索徐變現(xiàn)象嚴(yán)重，錨索預(yù)緊值衰減速度快。結(jié)合以上原因及本基坑周邊復(fù)雜環(huán)境、基坑形狀不規(guī)則等因素，支護方案變更為雙排樁、排樁加地錨、排樁加角撐的組合式支撐形式，圖2為設(shè)計方案變更后的基坑支護平面布置。

如圖3所示，有條件的區(qū)域采用排樁加地錨的形式進行支護，基坑陽角位置采用排樁加角撐的形式進行支護（圖4），局部無條件區(qū)域采用雙排樁支護（圖5），緊鄰南側(cè)深基坑位置則直接采用放坡支護。設(shè)計方案的變更期間，本基坑已開挖段回填至冠梁頂，待變更方案出圖后再重新進行施工。

圖2 組合式支護方案平面布置

圖3 排樁加地錨支護剖面示意

圖4 排樁加角撐支護剖面示意

圖5 雙排樁支護剖面示意

2.3 變更設(shè)計方案優(yōu)勢分析

2.3.1 排樁加地錨

排樁加地錨支護結(jié)構(gòu)是由前排支護樁、后排錨定樁以及錨索3部分組成的一種支護結(jié)構(gòu)?？颖谙仁┕?排支護樁，在樁的后側(cè)一定位置平行設(shè)1排錨定短樁，短樁需設(shè)置在基坑滑裂面以外，2排樁冠梁層用錨索連接并鎖定，錨索的橫向間距可根據(jù)變形要求設(shè)置，錨索外套PVC管或鋼套管，無需灌漿，基坑回填后錨索可完全回收。本基坑開挖范圍大，樁底為深厚軟土層，普通預(yù)應(yīng)力錨索不能達到設(shè)計抗拉力要求，若采用地錨形式，充分利用后排短樁的抗拉性能，錨索的抗拉值能大幅度提高，錨索預(yù)緊力衰減現(xiàn)象也可以忽略。在計算時一般地錨可作為鋼性支撐進行考慮，不僅讓基坑變形得到很好的控制，也可減少原設(shè)計第2排預(yù)應(yīng)力錨索的施工，但地錨對場地要求較高，若施工場地狹窄則不可采用地錨支撐。

2.3.2 雙排樁

雙排樁支護結(jié)構(gòu)是由前排樁、后排樁及2排樁之間的連系梁組成的一種空間結(jié)構(gòu)。與單排樁懸臂式支護結(jié)構(gòu)相比，雙排樁支護結(jié)構(gòu)具有側(cè)向剛度大、內(nèi)力分布優(yōu)、樁頂位移小、安全可靠、支護深度較深等優(yōu)點。同時，坑內(nèi)不設(shè)支撐，不影響基坑開挖以及地下室結(jié)構(gòu)的施工，可大大縮短施工工期，在較狹窄的場地也可以使用。但如果基坑深度過深，則雙排樁控制位移的優(yōu)勢并不明顯，仍然需要增設(shè)錨桿或支撐等才能較好地控制基坑變形，所以雙排樁懸臂適用于深度不大于12 m的基坑[5-7]。

2.3.3 排樁加角撐

排樁加角撐的組合式支撐屬于內(nèi)支撐的一種，由排樁、混凝土支撐或鋼支撐組成，適合于場地狹窄且陽角較多的基坑。本基坑形狀極其不規(guī)則，共出現(xiàn)9個規(guī)模不同的陽角，若把所有陽角削去，則大大增加了基坑的土方開挖量與回填量，而在陽角位置采用錨索支護，則又容易出現(xiàn)錨索在地下交叉的現(xiàn)象，并且陽角位置的位移也不能得到控制。變更后的設(shè)計方案充分利用基坑形狀，全面考慮工程地質(zhì)情況及場地周邊環(huán)境，采用陽角處剛性角支撐的方法，具有支撐桿件少、受力明確合理、施工速度快等優(yōu)勢，但在角支撐覆蓋范圍內(nèi)的地下室工程樁需從地面開始施工，無法像樁錨式支護一樣開挖至基坑底后進行工程樁施工。

2.4 變更方案施工技術(shù)要點

2.4.1 排樁加地錨

1）支護樁與錨樁同時進行施工，并同時施工冠梁，兩端冠梁均預(yù)留錨索穿過孔洞，冠梁之間用地錨錨索連接。

2）地錨錨索采用1860級鋼絞線，一端用錨具固定于錨樁冠梁，另一端鎖定于支護樁冠梁，張拉鎖定時，根據(jù)實際場地工作面可選擇兩端同時張拉，也可選擇在其中一端張拉。

3）錨樁與支護樁間連接地錨采用開槽布設(shè)，并于鋼絞線外套φ100 mm的PVC管，地錨無需注漿。地錨兩端固定鎖定后，對所開溝槽進行回填，溝槽回填后需進行壓實，不可影響場地的正常使用。

4）在地錨張拉完成后，基坑土方開挖過程中，需對地錨鎖定值進行檢測，若鎖定值衰減現(xiàn)象嚴(yán)重，則需隨時對地錨進行補張拉。

5）基坑施工完成回填至冠梁層標(biāo)高時，解除地錨錨索鎖定，將鋼絞線回收，并往PVC管內(nèi)澆筑水泥漿。

2.4.2 雙排樁

1）為加快施工進度，對每個采用雙排樁支護形式的剖面安排2臺長螺旋樁機，從兩端分別向中間施工，因長螺旋鉆機為高大重型設(shè)備，施工作業(yè)場地須滿足安全運行條件，軟弱面層應(yīng)鋪設(shè)厚不小于800 mm的磚渣，碾壓密實后方可組織施工。

2）前后排支護樁施工采用梅花形布置。

3）前后排樁冠梁采用連系梁連接，連系梁截面尺寸與冠梁相同，間距為4 m，連系梁澆筑完成并養(yǎng)護后，其間隔處用土回填。

4）在基坑土方開挖過程中，對前后樁頂及樁身位移同時進行監(jiān)測并對比分析。

2.4.3 排樁加角撐

1）角撐會影響到地下室工程樁的施工，在角撐影響區(qū)域，需在自然地面將影響范圍內(nèi)工程樁全部施工完畢。

2）根據(jù)設(shè)計方定位坐標(biāo)圖，將立柱下的立柱樁在自然地面進行施工，同時進行鋼立柱的加工。

3）支撐梁的澆筑需進行支模處理，在支撐梁鋼筋與鋼立柱節(jié)點處，將鋼筋穿過鋼立柱，無法穿過時，在鋼立柱柱身進行打孔穿鋼筋處理。

4）基坑土方開挖時，土方開挖機械不能碰撞鋼立柱。

5）拆除角撐梁前先進行換撐處理，拆除梁時應(yīng)分段對稱拆除。

3 基坑工程變形監(jiān)測

本基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)由第三方監(jiān)測單位提供，對樁頂監(jiān)測點C3、C9、C16、C17、C28、C30（C16、C17為試驗段監(jiān)測點）等6個點監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，對監(jiān)測點共進行了101次監(jiān)測，選取其中23次監(jiān)測值變化較大時的水平位移變形值進行分析，圖6為各監(jiān)測點位移對比曲線。

圖6 各監(jiān)測點變形值對比曲線

由監(jiān)測點位移圖可知，在樁錨試驗段進行樁頂以下第1層土方開挖時，位移開始發(fā)生較大變化；當(dāng)開挖至第2層錨索工作面時，樁頂位移發(fā)生巨大變化，分別達到28 mm及29 mm，遠遠大于變形報警值，及時進行基坑回填后，位移值沒有繼續(xù)變化，且有少量減小。發(fā)生位移變化最大的工況為基坑開挖至基坑底及坑中坑開挖至底，位移量分別為20 mm及24 mm。

在基坑中央大面積開挖土方且未施工坑中坑時，樁頂位移量變化較??；在開挖坑中坑的過程中，樁頂位移發(fā)生持續(xù)變大，至所有坑中坑開挖至底時樁頂位移達到最大，而當(dāng)基礎(chǔ)墊層澆筑以后，位移量有所減小。由于本基坑支護結(jié)構(gòu)多為剛性支撐，受力明確、徐變情況較小，故在本工程地下室施工過程中，支護樁頂水平位移量變化較小，穩(wěn)定在19～20 mm，符合現(xiàn)行國家規(guī)范規(guī)程的要求，可見本基坑工程的支護設(shè)計變更非常成功，也再次證明了錨索在軟土地區(qū)不適合應(yīng)用。

4 結(jié)語

本基坑工程支護方案變更設(shè)計后成功地指導(dǎo)了施工，并得出以下結(jié)論與建議[8]：

1）軟土地區(qū)基坑工程，尤其是有機質(zhì)含量高的土層基坑工程，普通預(yù)應(yīng)力錨索的適用范圍很小，錨索抗拔力不能達到設(shè)計要求，鎖定后預(yù)緊力的衰減情況很嚴(yán)重；

2）剛性支撐在軟土地區(qū)基坑支護中有很好的應(yīng)用；

3）充分利用基坑形狀，可以采用多種支撐結(jié)構(gòu)相結(jié)合的支護形式；

4）基坑支護方案設(shè)計時，需考慮坑中坑對支護結(jié)構(gòu)的影響；

5）軟土地區(qū)基坑工程不確定因素多，應(yīng)加強監(jiān)測，實施信息化施工。項目各方要重視基坑的監(jiān)測工作，通過監(jiān)測施工過程中的土體位移、圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力等指標(biāo)的變化情況，及時發(fā)現(xiàn)隱患，采取相應(yīng)補救措施，確?；影踩?/p>