曹俊秀,張健,馬立群
(中鐵四局集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)研究院,安徽 合肥 230023)
隨著城市發(fā)展,超高層建筑和城市軌道建設(shè)帶動(dòng)了基坑工程的發(fā)展。但是,老城區(qū)由于城市規(guī)劃紅線的嚴(yán)格控制和建設(shè)場(chǎng)地周邊環(huán)境的限制,使得傳統(tǒng)的放坡、內(nèi)支撐、連續(xù)墻等方案受到很大制約,而雙排樁錨桿聯(lián)合支護(hù)不需要占用較大的施工空間[1-2]。本文在借鑒以往類似工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)例利用雙排樁支護(hù)側(cè)向剛度大和錨桿支護(hù)橫向拉力大的優(yōu)勢(shì),對(duì)其聯(lián)合支護(hù)方式的可行性進(jìn)行分析總結(jié),研究成果可作為類似基坑設(shè)計(jì)的參考[3-4]。
中鐵四局機(jī)關(guān)大院體育場(chǎng)地下車庫(kù)項(xiàng)目位于合肥市太湖路和紅領(lǐng)巾路交叉口,該項(xiàng)目有地下2層停車場(chǎng),1層運(yùn)動(dòng)場(chǎng),基坑開挖深度8.2~12m。基坑尺寸:東西長(zhǎng)172m,南北寬97m。
場(chǎng)地北側(cè)和西側(cè)緊鄰太湖路和紅領(lǐng)巾路,下埋電纜和污水管網(wǎng);南側(cè)距離職工家屬樓外墻約15.5m,西側(cè)距離職工家屬樓外墻約12.8m。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和施工必須考慮到周邊的復(fù)雜環(huán)境,不能影響道路交通和已有建筑物的安全。基坑工程不具備放坡條件,需垂直開挖,還需兼顧周邊建筑物的沉降和變形。
根據(jù)勘察報(bào)告,場(chǎng)地地處江淮丘陵地帶,微地貌單元為崗地,地勢(shì)較平坦。場(chǎng)地土層層序如下。
第①層:雜填土(Q4ml),層厚 0.50~4.50m;雜色,松散,以回填黏土夾碎石為主,局部含磚塊等建筑垃圾及植物根系;場(chǎng)地東側(cè)局部見黑色淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,含腐殖質(zhì),軟塑~可塑。
第②-1層:黏土(Q3al+pl),層厚0.50~2.80m。灰褐色,可塑;第②-2層:黏土(Q3al+pl),層厚10.80~16.50m?;尹S色,硬塑。
第③層:強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖(K2z),層厚4.70~7.30m;紫紅色,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),層狀構(gòu)造,原巖結(jié)構(gòu)部分已破壞,巖體風(fēng)化裂隙發(fā)育。
第④層:中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖(K2z),該層未揭穿,最大揭示厚度13.30m;紫紅色,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),層狀構(gòu);巖芯多呈短柱狀,巖體較破碎;巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值frk=1.19MPa。
其中第②層黏土屬于膨脹土,自由膨脹率一般為38~65%,平均為56.13%。依據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》(GB50112-2013),判定該層土的膨脹潛勢(shì)為弱~中膨脹潛勢(shì),脹縮等級(jí)為Ⅰ級(jí),其抗剪指標(biāo)按照70%折減采用。
場(chǎng)地下水類型主要為包氣帶水??碧狡陂g鉆孔測(cè)得的穩(wěn)定地下水位埋深0.80~3.36m,其分布不連續(xù),富水性不等。
圖1 場(chǎng)地周邊環(huán)境平面圖
土層地基承載力特征值和抗剪指標(biāo)參數(shù) 表1
①場(chǎng)地東南角開挖深度最大,達(dá)12m;且該區(qū)域原為池塘回填,回填土厚度達(dá)4.5m,底部黑色淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土強(qiáng)度低,易形成軟弱滑動(dòng)面。該部分邊坡穩(wěn)定性和地表控制變形設(shè)計(jì)要求較高。
②根據(jù)合肥市建委要求,基坑設(shè)計(jì)構(gòu)筑物不能超過(guò)用地紅線,即錨桿或錨桿不能伸出用地范圍。本工程地下可利用的最大空間只有12m,且不能影響上部交通和居民生活。
③第②層黏土為膨脹土,具有弱~中膨脹潛勢(shì)。其高嶺土成分遇水易膨脹軟化,網(wǎng)狀裂隙結(jié)構(gòu)易崩解。旱季邊坡自立性較好,但雨季易坍塌。本工程開挖面積大,工期超過(guò)1年,應(yīng)考慮雨季對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。
④場(chǎng)地?zé)o放坡條件,需垂直開挖。邊坡距離已有建筑物較近,邊坡穩(wěn)定性和沉降要求高。
本次設(shè)計(jì)充分考慮周邊環(huán)境和重難點(diǎn),采用雙排樁錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。支護(hù)樁采用樁徑d=900mm,樁長(zhǎng)l=18m,樁間距4m,沿基坑周邊雙排布置。錨桿結(jié)構(gòu)采用長(zhǎng)度l=8m,間距2m,按照土層結(jié)構(gòu)和彎矩大小從上往下布置3排,采用“工”字鋼與支護(hù)樁連接,表層掛網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)。
圖2 雙排樁錨桿聯(lián)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本工程對(duì)位移變形控制要求較高,故采用增量法進(jìn)行基坑計(jì)算邊坡穩(wěn)定性。雙排樁計(jì)算模型如圖3。
抗傾覆驗(yàn)算:
Mp——被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩,對(duì)于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定;對(duì)于錨桿,支點(diǎn)力為錨桿或錨桿的錨固力和抗拉力的較小值;
圖3 雙排樁計(jì)算模型
MG——雙排樁自重對(duì)樁底的抗傾覆彎矩;
Ma——主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩;
Ks=6.235>=1.200,滿足規(guī)范要求(式中負(fù)彎矩按0考慮)
抗隆起驗(yàn)算:
基坑周邊地表每隔15.0~40.0m布設(shè)12個(gè)斷面,每個(gè)斷面布設(shè)3地表沉降變形觀測(cè)點(diǎn),累計(jì)布設(shè)36個(gè)地表沉降變形觀測(cè)點(diǎn)(DB-1-1~DB-12-3),由于基坑?xùn)|南角部位發(fā)生監(jiān)測(cè)報(bào)警加密了4個(gè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)(DB01~04)。監(jiān)測(cè)隨著基坑開挖的不斷加深和主體結(jié)構(gòu)施工的進(jìn)行,基坑周邊地表沉降的大小及變化發(fā)展情況。
基坑周邊地表點(diǎn)沉降觀測(cè)自基坑開挖前夕開始進(jìn)行,地表沉降采用水準(zhǔn)觀測(cè)。從地表沉降累計(jì)變化量-時(shí)間曲線圖可以看出:地表沉降均未超過(guò)累計(jì)報(bào)警值。累計(jì)沉降值較大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別為DB1-1、DB2-1、DB3-1、DB01。其中 DB1-1 以及 DB2-1 由于出口馬道位置邊坡塌方影響,造成的監(jiān)測(cè)值突變;DB3-1、DB01(見圖4)是因?yàn)樘幱诨雨?yáng)角位置且基坑開挖較深,由于第一層錨索鋼絞線斷裂造成錨索不生效并長(zhǎng)期堆放大量荷載,上部地表裂縫未及時(shí)修補(bǔ)造成樁后土體長(zhǎng)期受水浸泡,因此才發(fā)生沉降監(jiān)測(cè)累計(jì)值過(guò)大??偟膩?lái)說(shuō),地表沉降在基坑開挖初期位移量增長(zhǎng)較慢,隨著基坑開挖進(jìn)程加快,地表沉降量隨之激增,直到基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高,并隨著支撐安裝完成以及底板的及時(shí)澆筑以后,變形逐漸減小并趨于穩(wěn)定,說(shuō)明基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)有效控制了周邊土體的變形,基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境沒(méi)有產(chǎn)生太大的不利影響。
圖4 地表沉降累計(jì)變形最大點(diǎn)變化量-時(shí)間曲線圖
從各測(cè)斜累計(jì)變化量時(shí)間曲線圖可以看出,樁體測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZQT01(4.5m處)累計(jì)變形43.6mm,接近報(bào)警值(累計(jì)變形最大點(diǎn)累計(jì)變化量-時(shí)間曲線圖見圖5),主要原因是由于上層錨索失效以及基坑暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致。根據(jù)觀測(cè)結(jié)果表明,圍護(hù)樁深層位移在基坑開挖初期位移量增長(zhǎng)較慢,樁體測(cè)斜曲線呈“垂直線形”,直至基坑開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高以后,樁頂位移變化激增,伴隨基坑的開挖部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)逐漸變成“弓形”,表明上層錨索約束了樁體的上部變形,使得樁體中部向坑內(nèi)位移形成“弓形”,也有部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)如ZQT01、ZQT04等是從上部開始向坑內(nèi)傾斜,主要由于上層錨索失效引起,但隨著底板的及時(shí)澆筑,位移速率減緩明顯,并逐步趨于穩(wěn)定狀態(tài),說(shuō)明基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)已安全穩(wěn)定,且有效控制了周邊土體的變形。
從監(jiān)測(cè)各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知,基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高以后,各項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目變形較大。隨著底板的及時(shí)澆筑及主體結(jié)構(gòu)的不斷完工至基坑封頂以后,基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和基坑周邊環(huán)境沒(méi)有發(fā)生任何過(guò)大位移和沉降??傮w來(lái)看,基坑變形在基坑施工期間是正常穩(wěn)定的,本基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)和施工是安全合理的。目前該項(xiàng)目已經(jīng)竣工一年多,未出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。
圖5 測(cè)斜累計(jì)變形點(diǎn)累計(jì)變化量-時(shí)間曲線圖
①本文介紹了在老城區(qū)有限空間下,雙排樁錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)單,但有效地限制基坑邊坡位移變形,是一種較為合理的支護(hù)體系。
②雙排樁錨桿聯(lián)合支護(hù)發(fā)揮了雙排樁側(cè)向剛度大和錨桿橫向拉力大的特點(diǎn),調(diào)整了支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和彎矩分布,減小了地表位移變形和沉降,支護(hù)效果明顯。
③雙排樁錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)在無(wú)放坡條件下,樁間土易掉塊、脫落,使得部分錨桿失效,影響整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在雙排樁錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的預(yù)應(yīng)力錨索效果更佳。