復(fù)合土釘墻在市區(qū)深基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

劉文峰，陳之偉，蘇白濟(jì)

(1.山東省物化探勘查院，山東濟(jì)南250013;2.山東省深基建設(shè)工程總公司，山東濟(jì)南250013)

復(fù)合土釘墻在市區(qū)深基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

劉文峰1，陳之偉2，蘇白濟(jì)1

(1.山東省物化探勘查院，山東濟(jì)南250013;2.山東省深基建設(shè)工程總公司，山東濟(jì)南250013)

以濟(jì)南市區(qū)深基坑支護(hù)工程實(shí)例為背景，分析了在周邊環(huán)境復(fù)雜，使用土地范圍受限情況下的市區(qū)開展深基坑支護(hù)工程，采用復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)，利用其形式多樣、組合靈活的特點(diǎn)，充分發(fā)揮組合中各部件的優(yōu)點(diǎn)，取長聚優(yōu)，在保證安全的前提下以期達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)的最佳;同時(shí)總結(jié)了施工中各個(gè)工序的施工要點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)措施。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示基坑位移變形小，未對(duì)周邊環(huán)境造成不良影響，說明支護(hù)體系發(fā)揮了良好的實(shí)施效果。

復(fù)合土釘墻;預(yù)應(yīng)力錨桿;截水帷幕;高壓旋噴樁;深基坑支護(hù)工程

1 工程概況

濟(jì)南經(jīng)一路順河三角地項(xiàng)目位于經(jīng)一路與順河西街交叉口西南角，工程擬建建筑物地上21層，地下2層。擬建工程基坑開挖面積約20000 m2，基坑周長450 m，開挖深度13.0 m，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1［1］。

基坑?xùn)|側(cè)距離順河西街6～7 m，道路下埋設(shè)有污水、供電、天然氣、熱力、電訊等市政管線;基坑北側(cè)距離經(jīng)一路10 m，道路下市政管線密布;西南側(cè)為已建18層住宅樓和地下車庫，住宅樓采用樁基礎(chǔ)，以中風(fēng)化輝長巖作為樁端持力層，地下車庫采用天然地基，柱下條形基礎(chǔ)，施工時(shí)基坑挖深約6.0 m，該地塊地下室距擬開挖基坑10～14 m，住宅區(qū)與基坑間的道路下埋設(shè)多種市政管線，管線距離基坑6～9 m，管線埋深0.3～2.0 m。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

該場(chǎng)地屬山前傾斜平原地貌單元，地形較為平坦。場(chǎng)區(qū)表層為雜填土，其下為粘性土，下伏基巖為輝長巖，埋深19.70～23.50 m。與基坑支護(hù)降水相關(guān)的土層自上而下為:①雜填土，松散;②素填土，松散;③粉質(zhì)粘土，可塑—硬塑;③1碎石混粉質(zhì)粘土，為透鏡體夾層，稍密—中密;④粉質(zhì)粘土，可塑—硬塑;⑤粘土，硬塑，局部堅(jiān)硬;⑤1碎石混粘土，中密—密實(shí);⑥粉質(zhì)粘土，可塑—硬塑。

開挖區(qū)內(nèi)巖土層的主要力學(xué)指標(biāo)及參數(shù)如表1所示。

表1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

3 水文地質(zhì)條件

地下水為第四系孔隙潛水和風(fēng)化基巖裂隙水，地下水主要受降水和側(cè)向徑流補(bǔ)給，地下水排泄以人工開采和地表蒸發(fā)為主?？辈炱陂g測(cè)得地下水靜止水位埋深1.0～3.6 m，水位隨季節(jié)性變化明顯，變化幅度1.00～2.00 m。

根據(jù)濟(jì)南市關(guān)于保泉的有關(guān)規(guī)定、基坑開挖深度和場(chǎng)地水文地質(zhì)條件綜合考慮，必須設(shè)置封閉式截水帷幕和回灌措施進(jìn)行地下水控制和水資源保護(hù)。

4 基坑支護(hù)及地下水控制方案比較及優(yōu)化

本場(chǎng)地位于濟(jì)南市區(qū)繁華地段，基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，東側(cè)、北側(cè)距市政道路較近，西南側(cè)為地下車庫，基坑周邊天燃?xì)?、熱力、污水、供電、電訊等管線密集，地下水水位高?；又ёo(hù)及地下水控制方案應(yīng)綜合考慮土質(zhì)、地下水、周邊環(huán)境以及場(chǎng)地作業(yè)條件，通過工程類比和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。

4.1 基坑支護(hù)體系的優(yōu)化選擇

針對(duì)基坑特點(diǎn)，有多種支護(hù)形式可供選擇，需要在保證安全的前提下對(duì)其進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)的分析比較，以獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

(1)錨拉式排樁:該技術(shù)和工程實(shí)踐都成熟，是目前國內(nèi)基坑工程應(yīng)用最多的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式之一;可確?；影踩?，對(duì)土方開挖和地下基礎(chǔ)施工無障礙。不足之處是灌注樁施工工期較長，工程造價(jià)較高。

(2)內(nèi)支撐:這種支護(hù)結(jié)構(gòu)無需占用基坑外側(cè)地下空間資源，可提高整個(gè)圍護(hù)體系的整體強(qiáng)度和剛度，能有效控制基坑及周邊環(huán)境的變形，技術(shù)成熟，能確保基坑安全。缺點(diǎn)是支護(hù)體系復(fù)雜，工程造價(jià)高，對(duì)土方開挖和運(yùn)輸有一定的限制。

(3)預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻［2］:該方法充分利用預(yù)應(yīng)力錨桿有效控制坡面的側(cè)向位移，適用于填土、粘性土及混合土，支護(hù)工期短，造價(jià)低，但是需要一定的放坡空間，適用于該基坑的東北側(cè)。

(4)預(yù)應(yīng)力錨桿+微型樁(鋼管樁)復(fù)合土釘墻:該支護(hù)體系是一種解決狹窄場(chǎng)地基坑支護(hù)的有效方法［3］，適用于基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，放坡空間有限，對(duì)變形較敏感的基坑工程。預(yù)應(yīng)力錨桿能有效的控制基坑變形，微型鋼管樁作為超前支護(hù)，提高土層的自立穩(wěn)定性［4］，可有效減小放坡空間，且施工快，對(duì)周邊環(huán)境影響小，造價(jià)相對(duì)于灌注樁低50%。適用于該基坑的西南、東南側(cè)。

4.2 基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)

根據(jù)基坑開挖深度、地層條件、周邊環(huán)境條件等因素，將基坑分為4段按2種情況進(jìn)行基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基坑周邊環(huán)境及支護(hù)平面布置見圖1。

圖1 基坑周邊環(huán)境及分區(qū)圖

4.2.1 預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻

BC段采用預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)，邊坡放坡系數(shù)為1∶0.5，設(shè)置6道土釘，2道預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿、土釘橫向、豎向間距取1.5 m，土釘和錨桿梅花形布置。支護(hù)剖面見圖2。

圖2 土釘+預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)剖面

4.2.2 預(yù)應(yīng)力錨桿+鋼管樁復(fù)合土釘墻

AB、CD、DA段總體支護(hù)形式一致，具體到土釘、錨桿的長度上略有不同，均采用上部3.0 m按1∶0.5放坡，設(shè)置2排土釘;下部10.0 m，土方直立開挖，預(yù)應(yīng)力錨桿+鋼管樁聯(lián)合支護(hù)，鋼管樁樁長15.0 m，樁徑220 mm，配?150 mm×4.5 mm鋼管，樁間距0.5 m，樁身灌注純水泥漿，水灰比0.5。設(shè)置3道預(yù)應(yīng)力錨桿、4道土釘。錨桿、土釘橫向、豎向間距均取1.5 m，錨桿和土釘梅花形布置。典型支護(hù)剖面見圖3。

鋼管樁頂設(shè)冠梁，冠梁采用單根20a槽鋼與鋼管樁端頭焊接連接，焊接固定后澆筑砼，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋砼冠梁，這樣減少了綁扎鋼筋籠及支模板的施工工序，縮短了施工工期，降低了工程造價(jià)。

圖3 預(yù)應(yīng)力錨桿+鋼管樁支護(hù)剖面

4.3 地下水控制方案選擇

場(chǎng)區(qū)地下水位高，必須進(jìn)行基坑降水。結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，老城填土區(qū)基坑降水對(duì)周邊環(huán)境影響顯著，工程上應(yīng)采取有效地下水控制措施［5］。該基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，東側(cè)北側(cè)距市政道路較近，基坑周邊煤氣、熱力、污水等管線較為密集，西側(cè)車庫底標(biāo)高比本基坑底標(biāo)高高6.5 m，長時(shí)間大幅度降水會(huì)造成上述建(構(gòu))筑物的不均勻沉降，導(dǎo)致破壞性后果，故采用封閉式截水帷幕將基坑內(nèi)水體與周邊水系隔離，采用管井法降低基坑內(nèi)水位。同時(shí)場(chǎng)地位于泉域保護(hù)范圍內(nèi)，根據(jù)保泉的有關(guān)規(guī)定需要進(jìn)行地下水回灌，故在基坑周邊設(shè)置回灌井進(jìn)行水資源保護(hù)。

場(chǎng)地地層以粘性土為主，夾有碎石層，第四系下部為透水性較好的全風(fēng)化輝長巖，截水帷幕需要穿透碎石層并深入到全風(fēng)化輝長巖一定長度。水泥土攪拌樁適用于軟土、填土、松散—中密的粉細(xì)砂等土層，不適用于硬塑及堅(jiān)硬的粘性土、碎石等土層。高壓旋噴樁在大部分土層及全風(fēng)化巖中均可成樁，設(shè)備較小，對(duì)施工場(chǎng)地的空間要求不高。根據(jù)場(chǎng)地地層情況，選擇采用高壓旋噴樁截水帷幕。

4.4 地下水控制方案

基坑四周設(shè)計(jì)高壓旋噴樁截水帷幕。根據(jù)本場(chǎng)區(qū)地質(zhì)資料及類似工程經(jīng)驗(yàn)，確定高壓旋噴樁樁長23.0 m，樁徑800 mm，間距500 mm，搭接長度≮300 mm。沿截水帷幕內(nèi)側(cè)布設(shè)降水井，井深18.0 m。基坑內(nèi)按25～30 m間距設(shè)置疏干井，井深18.0 m，疏干井適當(dāng)避開樓座、梁、柱等位置。在帷幕外側(cè)設(shè)回灌井，井深16.0 m。降水井、回灌井成孔直徑700 mm，井管采用內(nèi)徑400 mm的無砂濾水管，濾料采用5～10 mm細(xì)石。在基坑內(nèi)和截水帷幕外側(cè)布設(shè)觀測(cè)井對(duì)地下水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，觀測(cè)井成孔直徑110 mm，內(nèi)放?75 mm PVC管，PVC管打孔后外包濾網(wǎng)，管外填細(xì)石濾料。坡底設(shè)置排水溝和集水坑，排水溝內(nèi)用20～40 mm碎石充填?；油鈧?cè)地面全部硬化，并在基坑坡頂砌筑240 mm×300 mm的擋水墻，以防雨水進(jìn)入基坑。

5 基坑支護(hù)施工

考慮基坑開挖面積大，開挖深度較深，基坑周邊建(構(gòu))筑物對(duì)變形較敏感，如大面積開挖，由于長邊效應(yīng)(基坑西南側(cè)邊長160 m)，會(huì)引起基坑周邊較大的變形，基坑開挖采用分區(qū)分段的方式實(shí)施，劃分3個(gè)區(qū)(參見圖1)，先開挖Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)，后開挖Ⅲ區(qū)，區(qū)內(nèi)分段開挖，每段不超50 m。分區(qū)施工充分利用時(shí)空效應(yīng)，減少基坑開挖卸荷的范圍及基坑開挖后暴露的時(shí)間，從而減少被動(dòng)區(qū)土體的蠕變和松弛，能有效減少基坑周邊的變形［6］。

5.1 施工順序

首先分2層開挖3 m，施工土釘，掛網(wǎng)噴漿，砼面層養(yǎng)護(hù)2 d后，方下挖基坑。按照分區(qū)分段開挖的原則，合理安排施工進(jìn)度計(jì)劃，在后開挖區(qū)段養(yǎng)護(hù)期間，開始在先開挖區(qū)段施工鋼管樁，待樁身灌注的水泥漿凝固后，方可進(jìn)行土方下挖、錨桿(土釘)支護(hù)、掛網(wǎng)噴砼、安設(shè)腰梁、預(yù)應(yīng)力鎖定等工序，按照分層開挖、分層支護(hù)、嚴(yán)禁超挖的原則施工。

5.2 鋼管樁施工

工藝流程:測(cè)量定位→鉆機(jī)對(duì)位→成孔→清孔→下放鋼管→安裝注漿管→拌制水泥漿→壓力注漿→直至上口翻漿。

成孔采用小型地質(zhì)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方法，成孔后及時(shí)下放鋼管。鋼管下放前在其底部3 m范圍內(nèi)每隔400 mm梅花形布設(shè)出漿孔，出漿孔直徑10～15 mm，注漿管下前用透明膠帶封孔，加壓后開封出漿。下放鋼管完畢后，進(jìn)行注漿，注漿管插至孔底，注漿壓力0.5 MPa，注漿后暫不拔管，直至水泥漿從管外流出，上拔注漿管至鋼管上部，密封鋼管端部，加壓數(shù)分鐘，待水泥漿再次從鋼管外流出為止，間隔時(shí)間1.5～3 h后，進(jìn)行二次注漿，增強(qiáng)對(duì)鋼管樁周圍土體的加固作用，注漿壓力≮1.5 MPa，直至鋼管外翻漿為止。每根樁注漿結(jié)束后，注漿管保持壓力3 min，等壓力消散之后拔掉注漿管，這樣既有利于注漿效果和保證樁身質(zhì)量，也避免了壓力過高造成安全事故。

5.3 預(yù)應(yīng)力錨桿施工

錨桿施工前，取2根錨桿進(jìn)行鉆孔、注漿、張拉與鎖定的試驗(yàn)性作業(yè)，考核施工工藝和施工設(shè)備的適應(yīng)性。

錨桿施工工藝流程:土方開挖→修整邊壁→測(cè)量定位→鉆機(jī)就位→校正孔位→調(diào)整角度→鉆孔→鉆至設(shè)計(jì)深度→安放錨桿→壓力灌漿養(yǎng)護(hù)→裸露主筋除銹→安設(shè)腰梁→組裝錨具→張拉→鎖定。

安設(shè)腰梁時(shí)，腰梁的承壓面應(yīng)平整，并與錨桿的軸線方向垂直，腰梁與面層之間要緊貼密實(shí)。如有空隙，較大的用斜鐵墊塊墊平，較小的用素砼填實(shí)。

錨桿鎖定后，若發(fā)現(xiàn)有明顯預(yù)應(yīng)力損失時(shí)，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

6 地下水控制施工方案

第一階段:先施工高壓旋噴樁截水帷幕，降水井、回灌井及觀測(cè)井緊隨其后進(jìn)行;第二階段:降水施工完成后，必須經(jīng)過降水工程檢測(cè)，滿足降水設(shè)計(jì)深度后方可進(jìn)入降水工程監(jiān)測(cè)與維護(hù)階段［7］，確保土方及邊坡支護(hù)正常進(jìn)行，此階段直至基坑回填完畢方可停止。

高壓旋噴樁正式施工前在場(chǎng)地內(nèi)部做3根工藝性試樁，以確定適宜于本地層的各項(xiàng)工藝性參數(shù)以指導(dǎo)施工質(zhì)量達(dá)到截水效果。

7 高壓旋噴樁施工注意事項(xiàng)

(1)在插入注漿管前先檢查高壓水與空氣噴射情況，各部位密封圈是否封閉，插入后先作高壓水試驗(yàn)，合格后方可噴射漿液。如因塌孔插入困難時(shí)，用低壓(0.1～1 MPa)水沖孔噴下，同時(shí)把高壓水噴嘴用塑料布包裹，以免泥土堵塞。

(2)注漿過程中出現(xiàn)不冒漿或斷續(xù)冒漿時(shí)，若因土質(zhì)松軟則視為正?，F(xiàn)象，可適當(dāng)進(jìn)行復(fù)噴;若系附近有孔洞、通道，則應(yīng)不提升注漿管繼續(xù)注漿直至冒漿為止或拔出注漿管待漿液凝固后重新注漿。

(3)高壓噴射注漿完畢，或在噴射注漿過程中因故中斷，短時(shí)間(不超過漿液初凝時(shí)間)內(nèi)不能繼續(xù)噴漿時(shí)，應(yīng)迅速拔出注漿管清洗備用，以防漿液凝固后拔不出來。為防止?jié){液凝固收縮影響樁頂高程，必要時(shí)可在原位采用冒漿回灌或第二次注漿等措施。

截水帷幕的截水效果通過坑內(nèi)側(cè)預(yù)抽水，觀察觀測(cè)井的水位檢測(cè)帷幕質(zhì)量，必要時(shí)采取注漿或化學(xué)材料堵漏的應(yīng)急措施。

8 基坑監(jiān)測(cè)

該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括:坡(樁)頂水平位移和沉降、深層水平位移、錨桿內(nèi)力、地下水位、周邊管線位移、周邊地表沉降、周邊建筑物沉降等?；又ёo(hù)施工和地板澆筑后直至回填前的整個(gè)過程中嚴(yán)格按照規(guī)范［8］要求的頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移和水平位移變化規(guī)律基本符合理論預(yù)期。各個(gè)地表沉降位移測(cè)點(diǎn)最終變化量范圍在－15.37～－19.57 mm之間，累計(jì)差異沉降最大為4.20 mm，測(cè)區(qū)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)同次差異沉降最大值為0.36 mm;各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移測(cè)點(diǎn)最終變化均向基坑方向偏移，范圍在5.00～9.49 mm之間，測(cè)區(qū)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)差異位移最大值為4.49 mm;在整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中各個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)上下波動(dòng)現(xiàn)象，但均未超出報(bào)警值。其它監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的變化速率和累計(jì)值也均低于報(bào)警值，未對(duì)基坑周邊建筑物、道路及管線造成不良影響。

9 結(jié)語

(1)預(yù)應(yīng)力錨桿+微型樁(鋼管樁)復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)，利用預(yù)應(yīng)力錨桿控制基坑變形;鋼管樁進(jìn)行超前支護(hù)可有效減小放坡空間，且施工快，造價(jià)低，對(duì)周邊環(huán)境影響小;頂部冠梁采用槽鋼焊接代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋砼冠梁可降低工程造價(jià)，有效縮短施工工期。

(2)通過設(shè)計(jì)方案比較與優(yōu)化，將復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于市區(qū)繁華地段，周邊環(huán)境復(fù)雜的深基坑，利用復(fù)合土釘墻技術(shù)組合靈活的特點(diǎn)，充分發(fā)揮組合中各部件的優(yōu)點(diǎn)，使工程設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。后續(xù)基坑開挖及使用期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明整個(gè)基坑支護(hù)及地下水控制體系安全可靠，表明該工程實(shí)踐是成功的，對(duì)類似工程具有指導(dǎo)意義。

［1］JGJ 120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］GB 50739—2011，復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］盧世杰.鋼管微樁+錨桿在狹窄場(chǎng)地基坑支護(hù)中的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(7):69－72.

［4］薛麗影，胡立強(qiáng).微型鋼管樁垂直復(fù)合土釘墻在某深基坑工程中的應(yīng)用［J］.建筑科學(xué)，2011，27(7):99－101.

［5］樊祜傳，于峰.對(duì)濟(jì)南地區(qū)基坑降水引起既有地基沉降的認(rèn)識(shí)［J］.巖土工程技術(shù)，2012，26(5):234－237.

［6］宋德鑫，陶鑄，范欽建.分坑施工在控制基坑長邊效應(yīng)中的應(yīng)用［J］.巖土工程技術(shù)，2015，29(2):84－89.

［7］JGJ/T 111—98，建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［8］GBJ 50497—2009，建筑基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.

/LIU Weng-feng1，CHEN Zhi-wei2，SU Bai-qi1(1.Shandong Geophysical and Geochemical Exploration Institute，Jinan Shandong 250013，China;2.Shandong Deep Foundation Construction Engineering Corporation，Jinan Shandong 250013，China)

Application of Composite Soil-nailing Wall in Urban Deep Foundation Pit Support Engineering

This paper introduces a deep foundation pit support project in urban area ofJinan，which was constructed under the conditions of complex surrounding environment and limited land area.The composite soil-nailing wall support technology used in this project is analyzed，with its characteristics of various forms and flexible combination，the advantages of each component in the assembly gave full play.The construction points and key technical measures of each construction procedure are summarized.The monitoring data show that the small displacement and deformation have no adverse affects to the surrounding environment and the support system has good effect.

composite soil-nailing wall;pre-stressed anchor;water-proof curtain;high-pressure jet grouting pile;deep foundation pit supporting project

TU473.2

B

1672－7428(2017)03－0073－04

2016－07－17

劉文峰，男，漢族，1977年生，高級(jí)工程師，國家注冊(cè)土木工程師(巖土)，從事深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工、邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)、巖土工程勘察與設(shè)計(jì)工作，山東省濟(jì)南市歷下區(qū)歷山路56號(hào)，wwwhyliu@yeah.net。