淮南數(shù)碼廣場(chǎng)深基坑支護(hù)方案優(yōu)化與變形分析

李 輝（安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽淮南 232001）

?

淮南數(shù)碼廣場(chǎng)深基坑支護(hù)方案優(yōu)化與變形分析

李 輝
（安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽淮南 232001）

摘要：淮南數(shù)碼廣場(chǎng)基坑工程具有面積大、超深度和周邊環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，針對(duì)這些問(wèn)題，在該地區(qū)首次使用高壓旋噴樁引孔內(nèi)插H型鋼外加加勁旋噴錨樁錨拉支護(hù)方式．該支護(hù)方式相對(duì)傳統(tǒng)，具有較高的安全性、經(jīng)濟(jì)性．通過(guò)對(duì)樁和錨索的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得到：樁體的偏移量隨著基坑開(kāi)挖深度的增加而增大，錨索軸力的總體趨勢(shì)在減小，但在開(kāi)挖的后期，錨索監(jiān)測(cè)值趨于穩(wěn)定．該基坑工程的成功經(jīng)驗(yàn)可供淮南地區(qū)類似工程參考．

關(guān) 鍵 詞：深基坑工程；錨拉型鋼；支護(hù)設(shè)計(jì)；變形

1 工程概況

淮南數(shù)碼廣場(chǎng)二期工程位于淮南市田家庵區(qū)朝陽(yáng)路與學(xué)院南路交匯處西北角，周邊環(huán)境如圖1所示．基坑?xùn)|側(cè)緊鄰在建一期項(xiàng)目，一期項(xiàng)目含一層地下室，地下室底板底標(biāo)高－6．50m．基坑北側(cè)為居民住宅區(qū)，左側(cè)高層住宅區(qū)含一層地下室，樁基礎(chǔ)；右側(cè)4層住宅淺基礎(chǔ)，距離基坑開(kāi)挖邊線3．6～5m．基坑西側(cè)距離學(xué)院南路綠化帶13m，綠化帶內(nèi)含地下管線．基坑南側(cè)距離朝陽(yáng)中路綠化帶8．3m．?dāng)M開(kāi)挖基坑圍護(hù)面積約1．5萬(wàn)平米，圍護(hù)周長(zhǎng)約700m，場(chǎng)地相對(duì)標(biāo)高－0．15m，基坑挖深16．15m．

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告提供資料，基坑開(kāi)挖支護(hù)涉及土層包括：①層素填土，主要為耕植土；②層粉質(zhì)粘土，可塑狀，為中等壓縮性土；③層粘土，硬塑狀，干強(qiáng)度較高；④層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，有較高承載力，壓縮性較??；⑤層中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，承載力高，壓縮性?。辈炱陂g測(cè)得穩(wěn)定水位埋深1．5～2．0m，水量較小．賦存有兩種類型的地下水：第四系松散層中的上層滯水，主要為地表水直接補(bǔ)給；基巖強(qiáng)風(fēng)化層中的孔隙性水，主要賦存于砂巖強(qiáng)風(fēng)化層及基巖裂隙中．

圖1　基坑周邊環(huán)境

2 支護(hù)方案選擇

本基坑工程開(kāi)挖面積大，深度達(dá)到16．15m，周邊環(huán)境復(fù)雜，場(chǎng)地局部①層素填土較厚，對(duì)基坑開(kāi)挖不利，其余土層地質(zhì)條件較好．基坑開(kāi)挖“時(shí)空效應(yīng)”可能引起周邊建筑物、道路及地下管線沉降，情況嚴(yán)重時(shí)可能造成建筑物和道路沉降或開(kāi)裂，并且造成地下管線錯(cuò)斷和破壞．根據(jù)相關(guān)規(guī)定［1］，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)，重要性系數(shù)為1．1．如何根據(jù)場(chǎng)地條件選擇既安全、經(jīng)濟(jì)又便于施工的支護(hù)體系成為本工程所面臨的一個(gè)主要問(wèn)題．根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》［1］（JGJ 120－2012），錨拉式和支撐式為兩種可選的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)．王偉［2］等利用預(yù)應(yīng)力高壓旋噴錨樁對(duì)開(kāi)挖深達(dá)16．55m的基坑進(jìn)行支護(hù)，取得了良好的效果；姜忻良［3］等利用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁圍護(hù)墻加雙排雙頭水泥土攪拌樁止水帷幕支護(hù)體系對(duì)天津某深基坑工程成功支護(hù)；再結(jié)合大量基坑工程的成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)［4－5］，適合本工程主要支護(hù)結(jié)構(gòu)形式有地下連續(xù)墻＋內(nèi)支撐、排樁＋內(nèi)支撐、排樁＋錨桿等，其中，排樁可以采用鉆孔灌注樁和SMW工法樁．在調(diào)研、分析周邊環(huán)境和地質(zhì)資料以及類似基坑工程成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定采用的支護(hù)方式為：東、南、北側(cè)采用放坡＋旋噴攪拌樁引孔插H型鋼＋三道旋噴攪拌加勁樁的支護(hù)形式，攪拌樁采用?650＠1 800，樁長(zhǎng)13．5m，采用P．O42．5普通硅酸鹽水泥，水灰比1．2，水泥摻量為15%，型鋼采用H500×300×11×18，間距1 800，長(zhǎng)度為14m，橫向采用旋噴攪拌加勁樁?220＠1800、?150＠2700，L＝12．0～21．0m，傾角25～35°，內(nèi)置1～4?15．2預(yù)應(yīng)力鋼絞線，支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面如圖2所示．

圖2　支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面

3 旋噴攪拌樁內(nèi)插型鋼施工工藝

（1）施工流程．測(cè)量放樣→布置樁機(jī)→校核樁機(jī)水平和垂直度→開(kāi)機(jī)、送先水→鉆頭切割土體至樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高→鉆頭提升噴漿至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高→待插入的型鋼起吊、定位→校核待插入型鋼垂直度→插入型鋼→固定型鋼→基坑施工→基坑回填→型鋼回收起吊→孔隙回填．

（2）施工前進(jìn)行工藝性試樁．試樁數(shù)量應(yīng)不少于3根，并根據(jù)試樁結(jié)果對(duì)相關(guān)施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化．

（3）水泥漿液制備．水泥漿液水灰比初定1∶1．2，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行修正．針對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的特點(diǎn)，水泥土配比應(yīng)滿足以下要求：①水泥漿液及水灰比要設(shè)計(jì)合理，既要確保水泥土強(qiáng)度，又要滿足型鋼及槽鋼靠自重插入．若在自重作用下型鋼不能順利到位，可略微施加外力，將其插入到設(shè)計(jì)水平．②泥摻入比要保證水泥土強(qiáng)度，降低土體置換率，減少施工對(duì)周圍環(huán)境的擾動(dòng)．③為了能夠充分發(fā)揮水泥土和型鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的作用，水泥土和涂有隔離層的型鋼之間必須有良好的握箍力，為型鋼上拔回收創(chuàng)造良好的條件．④在型鋼起拔后，水泥土能夠自立不塌，便于型鋼孔隙的充填施工．

（4）水泥漿液注入．配制好的水泥漿停滯時(shí)間不能超過(guò)2h，相鄰攪拌樁搭接施工時(shí)間間隔不得超過(guò)24h．注漿時(shí)，必須1臺(tái)注漿泵配1條管路進(jìn)行注入．注漿泵送壓力宜為1．0MPa，注漿流量150～250L／min／每臺(tái)．

（5）樁機(jī)鉆進(jìn)攪拌．?dāng)嚢铇稑渡聿捎靡淮螖嚢韫に嚕◣庀鲁翑嚢鑷娝P(guān)閉氣體提升攪拌噴漿→完成一根樁施工）．?dāng)嚢钑r(shí)原狀土與水泥漿必須攪拌均勻，提升時(shí)邊注漿邊攪拌．為了保證土體均勻攪拌，在下沉噴水的同時(shí)送氣切割土體，加速攪拌，還可避免樁體內(nèi)產(chǎn)生氣泡，影響樁的密實(shí)度；提升時(shí)采用關(guān)閉氣體、保持噴漿．施工時(shí)必須嚴(yán)格控制下沉和提升速度，下沉速度控制在小于0．8m／min，提升速度控制在1．0mm／min，并在樁底部分重復(fù)攪拌注漿．

（6）型鋼加工制作．型鋼的加工制作應(yīng)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205—2001）進(jìn)行，作為臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，還必須滿足以下要求：①截面高度500mm的H型鋼公差下限為－5mm；②H型鋼翼緣傾斜允許誤差在規(guī)范之外增加2mm；③工廠采用CO2自動(dòng)焊接，角焊縫高度為6mm；現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊縫必須開(kāi)剖口焊透；全部焊縫質(zhì)量等級(jí)均須達(dá)到二級(jí)．

為了回收工作的順利進(jìn)行，在型鋼外表需涂刷減摩劑，減摩劑重量配合比為氧化石蠟∶陽(yáng)離子乳化劑∶OP∶助乳劑∶防銹劑∶水＝15∶1．3∶0．8∶2∶2∶65．減摩劑涂抹前采用電熱棒加熱至完全熔化，攪拌時(shí)感覺(jué)厚薄均勻時(shí)才能涂敷．連接梁澆筑時(shí)，埋設(shè)其中的H型鋼部分必須用牛皮紙包裹．

（7）插入型鋼施工．完成攪拌樁施工后，應(yīng)立即采用吊機(jī)準(zhǔn)備吊放H型鋼．?dāng)嚢铇秲?nèi)插H型鋼時(shí)應(yīng)進(jìn)行先試插入，必要時(shí)調(diào)整水灰比．型鋼的接長(zhǎng)其焊接部位應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定在內(nèi)力較小截面處．

（8）型鋼的拔除．當(dāng)?shù)叵轮黧w結(jié)構(gòu)施工完畢，基坑回填后方可拔除H型鋼．拔除時(shí)，采用專用夾具和千斤頂以圈梁為反梁，起拔回收H型鋼．拔除設(shè)備為一臺(tái)25t汽車吊各配備一組千斤頂，每組兩個(gè)千斤頂．

拔除前應(yīng)平整場(chǎng)地，清理頂圈梁上的土層，保證千斤頂能夠垂直平穩(wěn)放置．具體拔除流程為：①將千斤頂平穩(wěn)地放在頂圈梁上，用吊車將H型鋼起拔吊住，沖頭部分哈夫圓孔對(duì)準(zhǔn)插入H型鋼上部的圓孔，并用銷子固定；②在起拔架與H型鋼翼緣之間插入錘型鋼板，以?shī)A住H型鋼；③開(kāi)啟油泵，千斤頂頂住起拔架橫梁向上起拔，待千斤頂行程到位時(shí)，敲松錘型鋼板，起拔架隨千斤頂回到原位；④待第二次起拔時(shí)，必須用吊車鋼絲繩穿入H型鋼上部的圓孔將H型鋼吊住．重復(fù)以上工序直至將H型鋼完全拔出．

（9）孔隙填充．為減小拔出H型鋼后其孔隙對(duì)周圍道路、建筑物的影響，H型鋼拔出后必須及時(shí)對(duì)空隙進(jìn)行填充注漿封孔，注入水泥漿水灰比為1．2．根據(jù)拔除后監(jiān)測(cè)情況，若變形較大，可調(diào)整型鋼拔除流程．

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

為確保基坑周邊環(huán)境安全以及工程順利進(jìn)行，挖土過(guò)程中，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部垂直、水平位移，周邊道路及房屋沉降，坑外土體深層水平位移，加勁錨樁軸力等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)行信息化施工．至工程回填，頂部放坡段冠梁最大水平位移22mm，坡頂最大水平位移23mm；北側(cè)局部垂直開(kāi)挖段冠梁最大水平位移24mm，臨近房屋最大豎向位移11．3mm；道路最大沉降9．5mm，最大水平位移28mm．KD01測(cè)斜管位于基坑的東北角，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖3所示，錨索軸力監(jiān)測(cè)值如圖4所示．

由圖3可知，樁體的偏移量隨著基坑開(kāi)挖深度的增加而增大．樁體的最大偏移隨著基坑開(kāi)挖深度的增加而增大，樁體的偏移主要出現(xiàn)在樁頂?shù)奈恢?，因此，?yīng)著重加強(qiáng)樁頂?shù)腻^固．樁身上部和下部的偏移方向相反，樁頂往開(kāi)挖面方向偏移，樁底往相反方向偏移．

測(cè)斜管長(zhǎng)度為18米，從挖土開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)，從2014年1月22日記錄到2014年5月5日結(jié)束，由于支護(hù)樁是H型鋼，屬于彈性變形體，其樁身位移并不是線性變化的．初期開(kāi)挖土體較慢，當(dāng)開(kāi)挖至第一層并施加錨桿后，可以看到樁身明顯向基坑內(nèi)部移動(dòng)，其最大位移位于樁的中上部，這也與土體的變形規(guī)律相一致．測(cè)斜孔在0．5～6．5m處，測(cè)斜值較大，最大位移約為25mm，樁頂?shù)淖兓厔?shì)較為平緩．在2014年1月29號(hào)年底放假未施工期間，伴隨著一段時(shí)間的強(qiáng)降雨，當(dāng)?shù)诙厘^桿施工完成后，可以看到相比較第一次開(kāi)挖的記錄值有了較大的偏差，最大的偏差約為20mm，可見(jiàn)樁后的土壓力有了較大地增加，施工方增加了放置鋼筋網(wǎng)片、及時(shí)排水等措施有效地防止樁體位移繼續(xù)增加．

此后的施工較為連續(xù)，并在開(kāi)挖后及時(shí)地放置鋼筋網(wǎng)片，隨后的幾次開(kāi)挖記錄和前次的對(duì)比，偏差不大，變形也沒(méi)有突變的地方，曲線也比較平緩，且后幾次地變形的規(guī)律也較一致，這也表明了樁后土體的應(yīng)力沒(méi)有發(fā)生突變，土壓力在逐步地增加，與及時(shí)地施加預(yù)應(yīng)力錨桿也有必不可少的聯(lián)系，樁體地位移都在安全可控的范圍內(nèi)，樁體變形的最大值都位于樁體的中上方．說(shuō)明采用高壓旋噴樁引孔內(nèi)插H型鋼支護(hù)方式是可靠的．

由圖4可知，3道錨索施加的軸力分別為120kN、250kN、90kN．錨索在施加預(yù)應(yīng)力完成后，在初期的幾天都有軸力卸載的情況，錨索軸力卸載的原因主要有土體受壓后產(chǎn)生壓縮變形、鋼絞線的彈性回縮和錨具變形等因素．錨索軸力的總體趨勢(shì)在減小，但在開(kāi)挖的后期，錨索監(jiān)測(cè)值都趨于穩(wěn)定．

圖3　KD01點(diǎn)測(cè)斜實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)圖　

圖4　錨索實(shí)測(cè)軸力值

5 結(jié)論

淮南數(shù)碼廣場(chǎng)二期工程基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑開(kāi)挖深度大．根據(jù)地層條件，選用高壓旋噴樁引孔內(nèi)插H型鋼外加加勁旋噴錨樁錨拉方案支護(hù)，在整個(gè)地下工程施工過(guò)程中，對(duì)周邊環(huán)境變形的影響均在相關(guān)規(guī)范要求范圍內(nèi)．通過(guò)該工程的成功事例，可得到以下結(jié)論．樁體的偏移量隨著基坑開(kāi)挖深度的增加而增大．最大位移出現(xiàn)在樁體的中上方，因此，應(yīng)著重加強(qiáng)樁頂?shù)腻^固．錨索的軸力隨著時(shí)間增加會(huì)逐漸卸載，但在開(kāi)挖的后期，變化很小，趨于穩(wěn)定．由于該種支護(hù)方式在淮南地區(qū)首次應(yīng)用且效果明顯，積累了寶貴的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后類似工程有著重要的參考價(jià)值．

參考文獻(xiàn)：

［1］ JGJ 120－2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012．

［2］ 姜忻良，宗金輝，孫良濤．天津某深基坑工程施工監(jiān)測(cè)及數(shù)值模擬分析［J］．土木工程學(xué)報(bào)，2007，40（2）：79－84．

［3］ 王偉，陳建國(guó)，楊維國(guó)．預(yù)應(yīng)力高壓旋噴錨樁作深基坑支護(hù)的施工技術(shù)［J］．地基基礎(chǔ)，2013（2）：93－95．

［4］ 穆保崗，陶津．地下結(jié)構(gòu)工程：第二版［M］．北京：東南大學(xué)出版社，2012．

［5］ 龔曉南．基坑工程實(shí)例3［M］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010．

The optimization of huainan digital square deep foundation pit project and deformation analysis

LI Hui
（School of Civil Engineering and Architecture，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China）

Abstract：The foundation engineering of Huainan digital square is large and deep，with its surrounding environment being complex．To solve these problems，high pressure spray pile with inside h－beam and outside reinforced spray pile is firstly applied in these area．Compared with the traditional supporting methods，this support pattern is more secure and economical．Through the analysis of the monitoring data of pile and anchor cable stress data，the result shows that the offset of piles is growing with the depth of excavation of foundation pit．And the overall trend of the anchor cable force is falling and becomes stable later．The successful experience of the foundation pit engineering reference to similar projects in Huainan area．

Key words：foundation pit engineering；anchor H－beam steel；support design；deformation

作者簡(jiǎn)介：李 輝（1970－），男，安徽淮南人，工程師，博士研究生．

收稿日期：2015－09－10

文章編號(hào)：1672－2477（2016）01－0085－04

中圖分類號(hào)：TU753．1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A