黃島區(qū)某基坑排樁選型支護方案分析

肖吉松 耿榮華 李春輝

(青島緯測地理信息有限公司，山東 青島 266431)

隨著城市的不斷發(fā)展，土地資源日漸緊張，城市空間日漸緊湊，于是人們更加專注于開發(fā)地下土地資源，當(dāng)前多數(shù)新建建筑都配套有地下結(jié)構(gòu)，由此在項目建設(shè)初期必然會產(chǎn)生基坑開挖與支護問題。許多建設(shè)工程在相同的地質(zhì)條件下，往往存在多種支護方案同時滿足使用要求，這種情況下就需要設(shè)計人員綜合比對各種方案，從中選擇更經(jīng)濟、更安全、更方便快捷的支護形式。技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的基坑支護方案可以節(jié)約工程造價和時間成本，產(chǎn)生巨大的社會價值和經(jīng)濟效益。

1 工程案例

1.1 工程概況

擬建工程為某綜合性醫(yī)院，位于青島市黃島區(qū)，包含一棟17層住院樓、一棟5層門診樓及整體-2層地下車庫。項目占地面積約2萬m2，總建筑面積約16.57萬m2，室內(nèi)±0標(biāo)高為32.15m，基底高程為19.0～21.0m。

根據(jù)建設(shè)單位提供的資料，基坑開挖深度約11.0～18.00m，擬開挖基坑坡底周長(-2F車庫外墻)約795m。

1.2 環(huán)境條件

擬建項目位于城市中心，周邊環(huán)境條件較復(fù)雜?；游鱾?cè)車庫外墻距離用地紅線約8.0m；基坑北側(cè)為城市道路及綠化帶，北側(cè)車庫外墻距離城市綠化帶約15.8m；基坑南側(cè)為景觀池塘，基坑開挖前回填壓實，南側(cè)放坡空間充足；基坑?xùn)|側(cè)車庫外墻距離建筑紅線(現(xiàn)狀圍擋)約15.0m，紅線外側(cè)為多層和高層建筑物及整體-1層地下車庫，已建車庫基底高程為24.50m，同時基坑?xùn)|側(cè)存在多條地下管線(雨水、污水、給水、電力、消防、熱力管線)，其中電力管線在建筑紅線內(nèi)，擬開挖基坑?xùn)|側(cè)車庫外墻距離電力管線約13.0m。

基坑?xùn)|側(cè)環(huán)境條件復(fù)雜，存在已建建筑及地下管線，對支護變形的要求高，支護難度大，文章重點分析東側(cè)基坑的排樁支護方案。

1.3 工程地質(zhì)條件

依據(jù)巖土工程勘察報告，場區(qū)東側(cè)地形較平坦，地面標(biāo)高約30.5m～31.2m。場地地貌類型為丘陵地貌，后經(jīng)人工回填改造，現(xiàn)為城市建設(shè)用地。

依據(jù)勘察資料，場區(qū)東側(cè)揭露的地層主要為4層：①-1雜填土、③全風(fēng)化閃長巖、④-1強風(fēng)化閃長巖、⑤-1中風(fēng)化閃長巖。各巖土層的支護參數(shù)見下表1。

表1 基坑支護所需巖土參數(shù)表

地下水類型以孔隙潛水為主，基巖裂隙水為輔，孔隙潛水主要賦存于第四系土層孔隙中，基巖裂隙水主要賦存于風(fēng)化巖層中，富水性差、不連續(xù)，水量不大，補給方式主要為大氣降水，排泄方式主要為地下水徑流、地面蒸發(fā)。實測孔內(nèi)穩(wěn)定水位標(biāo)高28.7～35.7m，水位年變化幅度約1.5m。

2 支護方案分析

根據(jù)場地的環(huán)境條件、地質(zhì)條件及該地區(qū)的工程經(jīng)驗，選擇錨拉式支擋結(jié)構(gòu)，初步確定采用排樁+錨桿的支護形式。排樁的樁型與成樁工藝應(yīng)根據(jù)土層的性質(zhì)、地下水條件及基坑周邊環(huán)境要求等選擇混凝土灌注樁、型鋼樁、鋼管樁、鋼板樁、型鋼水泥土攪拌樁等樁型[1]。綜合考慮工程項目特點、地區(qū)經(jīng)驗、場地條件，初步確定選用混凝土灌注樁或者微型鋼管樁作為支護樁，下面就這兩種樁型進行比對和分析。

2.1 作用機理

混凝土灌注樁用作支護樁時，樁身做擋土構(gòu)件，排樁構(gòu)成擋土結(jié)構(gòu)，起擋土作用，抵抗基坑開挖過程中產(chǎn)生的水壓力和土壓力。受力分析中，支護結(jié)構(gòu)看做桿系結(jié)構(gòu)，土體對支護結(jié)構(gòu)的作用視作荷載或約束，采用平面桿系結(jié)構(gòu)彈性支點法進行分析計算。

微型鋼管樁用作支護樁時，其作用機理除了像混凝土灌注樁一樣作為擋土結(jié)構(gòu)起到擋土作用外，還起到對現(xiàn)狀巖土體進行預(yù)加固、預(yù)支護的作用。微型鋼管樁成孔下管后，通過管內(nèi)壓力注漿，水泥漿對樁孔及周邊巖土體進行滲透填充，改善土體的力學(xué)性能，起到加固土體的作用。微型鋼管樁的作用機理包含以下幾點：①提高周圍土體的強度指標(biāo)，改善初始應(yīng)力場；②降低開挖瞬時土體次生力的變化；③調(diào)動并協(xié)調(diào)土釘、錨桿等的支護作用；④減少邊坡變形量，從而保證基坑的安全[2]。

2.2 適用條件分析

混凝土灌注樁適用于開挖較深的基坑，多用于兩層及以上地下開挖深度的基坑，開挖深度8m～20m均可采用。對巖土層的適用性強，黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及風(fēng)化巖均可成樁，對于性狀較差土層，其他樁型成樁困難或者支護強度不足時，也可采用混凝土灌注樁。對于地下水豐富、透水性強的場地，混凝土灌注樁可有效與止水帷幕結(jié)合，同時解決治水問題?；炷凉嘧犊瑟毩?gòu)成支護結(jié)構(gòu)，也可與錨桿、內(nèi)支撐結(jié)合，構(gòu)成錨拉式支擋結(jié)構(gòu)或者內(nèi)支撐式支擋結(jié)構(gòu)。

微型鋼管樁可采用靜壓或植入方式施工，適用于淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、砂土、人工填土，采用植入方式施工時亦可適用于碎石土、風(fēng)化巖及巖石。同時微型鋼管樁也可與錨桿、內(nèi)支撐結(jié)合構(gòu)成支擋結(jié)構(gòu)。

2.3 主要優(yōu)缺點分析

混凝土灌注樁的優(yōu)點是樁身強度高，剛度大，支護穩(wěn)定性好，變形小。成孔設(shè)備根據(jù)土層和工期要求可選擇性較多：泥漿護壁成孔灌注樁、長螺旋鉆孔壓灌樁、沉管灌注樁、人工挖孔樁等[3]，其缺點是造價較高，工期較長，施工設(shè)備較多，且多為大型設(shè)備，占用的作業(yè)空間大，在砂土層、軟土層條件下樁間縫隙易產(chǎn)生水土流失，需要進行特殊處理。

微型鋼管樁目前在建設(shè)工程中廣泛應(yīng)用，其優(yōu)點總結(jié)如下：①設(shè)計靈活?？筛鶕?jù)需要，變更鋼管的壁厚和外徑。②樁長易調(diào)節(jié)。微型鋼管樁可以自由地進行焊接接長或氣割切短，特別適用于基巖面起伏大的基坑支護工程。③所需施工場地小、施工機械輕便，施工迅速安全。④孔徑小，施工時噪聲和振動小。施工時對已有建筑物影響較小，可在小面積現(xiàn)場進行密集的打樁施工，適用于鄰近建(構(gòu))筑物或市政管線的基坑支護工程。⑤搬運、堆放操作容易。微型鋼管樁自重較輕，不易破損，容易搬運。⑥工期短、造價低。微型鋼管樁適合于快速施工，因此其施工進度快，工期短[2]。相對于混凝土灌注樁而言，其支護穩(wěn)定性不足，結(jié)構(gòu)剛度小，周邊土體產(chǎn)生的變形量大。

2.4 排樁選型分析

擬建場地為丘陵地貌，地形較平坦，東側(cè)地面標(biāo)高約30.5m～31.2m，開挖深度11.5～12.2m。開挖深度范圍內(nèi)上部地層為雜填土，厚度約4.5m～5.5m，下部地層為全風(fēng)化—強風(fēng)化閃長巖。開挖深度范圍內(nèi)地下水不豐富，不連續(xù)，水量不大。

結(jié)合該工程上述特點，根據(jù)“技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、方便施工”的原則，結(jié)合開挖深度，經(jīng)綜合比較，微型鋼管樁技術(shù)可行、造價更低、施工方便，施工速度快，確定采用微型鋼管樁作為支護樁。因微型鋼管樁支護剛度不足，周邊土體變形量較大，需要結(jié)合錨桿增加錨拉支護；再者考慮上部雜填土在成孔和安裝下放鋼管過程中易發(fā)生塌孔或鉆孔傾斜，基坑開挖0～5m范圍采用放坡土釘墻進行支護。

3 基坑支護方案設(shè)計

基于上述綜合分析，確定開挖0～5m范圍采用“1∶1.2放坡+土釘墻+掛網(wǎng)噴射混凝土”支護，開挖5m～12m范圍采用“微型鋼管樁+錨桿+腰梁+掛網(wǎng)噴射混凝土面層”支護，具體支護設(shè)計方案如下：

(1)基坑開挖0～5m范圍1∶1.2放坡，設(shè)置4道土釘，土釘為直徑18mmHRB400鋼筋，長度1m，水平間距1.5m。

(2)支護樁：鋼管樁成孔設(shè)計孔徑為180mm，146*6Q235無縫鋼管，灌注純水泥漿，水灰比1∶1。

(3)錨桿：鉆孔注漿工藝，水泥漿水灰比0.5，其他參數(shù)見錨桿參數(shù)表(表2)。

(4)腰梁：以錨桿為節(jié)點設(shè)置橫向腰梁。

(5)面層：設(shè)置鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層，采用成品鋼筋網(wǎng)φ6@200×200mm，面層厚度80mm。

(6)排水：坡頂設(shè)擋水臺，坡底設(shè)排水溝與集水井，對基坑內(nèi)外的水進行疏排；全坡面設(shè)置泄水孔，采用φ50mmPVC管，每2m×2m設(shè)置一處并根據(jù)坡面滲水情況適當(dāng)調(diào)整(不少于10m2設(shè)置一處)。

4 結(jié) 語

當(dāng)前建設(shè)工程項目中，基坑工程經(jīng)常在周邊環(huán)境條件、工程地質(zhì)條件方面存在類似的支護問題，解決這些問題的設(shè)計方案往往是不唯一的。本文在混凝土灌注樁和微型鋼管樁均可滿足支護要求的情況下，對兩種樁型多方面進行分析和比對，在滿足安全性的前提下，選擇了造價較低、施工方便的微型鋼管樁，再針對微型鋼管樁支護方案中的缺陷做了優(yōu)化補充設(shè)計，最終確定“微型鋼管樁+錨桿”并結(jié)合土釘墻的組合支護方案，為之后類似的基坑工程設(shè)計提供借鑒。

表2 錨桿參數(shù)表