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
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
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。
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。
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]。
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
2.3.1 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。
2.4.1 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。
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。
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>