西安某基坑支護選型及設(shè)計分析

盛 超，劉念新

（西北有色勘測工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710038）

1 前言

1.1 工程概況

西安市某基坑支護項目場地位于西安市蓮湖區(qū)。擬建場地東側(cè)有一排一層廢棄待拆房屋，現(xiàn)已無人居住，距基坑上邊線約1.6 m；場地北側(cè)為市政道路，距基坑上邊線17 m～20 m；場地西側(cè)為汽車修理倉庫，距基坑上邊線2.7 m～3.5 m；南側(cè)為鐵路線，距基坑上邊線9 m～11 m。場地內(nèi)自然標高398.70 m～399.43 m，地下車庫坑底標高為388.00 m，基坑底設(shè)計標高為388.25 m～388.50 m，基坑實際開挖深度10.45 m～11.43 m。

擬建場地平坦，場地地貌單元為皂河二級階地。

擬建場地勘察期間測得地下水穩(wěn)定水位埋深10.40 m～11.40 m，標高387.71 m～388.52 m，屬豐水期水位，水位年變化幅度＜1 m，呈下降趨勢，地下水類型屬孔隙潛水。實際開挖過程中地下水位為12.50 m～13.20 m，故本次基坑支護不涉及降水工程。

1.2 地層分布特征

根據(jù)該項目勘察報告結(jié)果可知，擬建場地主要地層為填土、第四系上更新統(tǒng)黃土、古土壤、粉質(zhì)粘土和中粗砂?；又ёo設(shè)計主要涉及的地層描述如下：

①層第四系填土（Q4ml）：以粘性土為主，土質(zhì)不均，偶見碎磚塊、白灰渣。層厚0.40 m～5.30 m。

②層第四系黃土（Q3eol）：褐黃色，硬塑，濕，針孔、大孔發(fā)育，含少量結(jié)核，偶見植物根系、蝸牛殼碎片。層厚3.00 m～7.90 m。

③層第四系黃土（Q3eol）：褐黃色，可塑，濕，含少量結(jié)核，偶見針孔、植物根系、蝸牛殼碎片。層厚2.70 m～5.60 m。

④層第四系古土壤（Q3el）：棕紅色，硬塑-可塑，濕，含鈣質(zhì)結(jié)核，可見白色鈣質(zhì)條紋，底部有厚約20 cm～30 cm 結(jié)核層。層厚0.80 m～3.10 m。

⑤層第四系粉質(zhì)粘土（Q3al+pl）：褐黃色，可塑，濕，可見云母、氧化鐵條紋、鐵錳質(zhì)斑點，偶見結(jié)核、蝸牛殼碎片，局部夾有20 cm～30 cm 厚的結(jié)核層和中粗砂透鏡體。層厚12.00 m～16.60 m。

2 基坑支護工程設(shè)計要求

2.1 設(shè)計基本參數(shù)

按照擬建場地勘察報告中提供的巖土參數(shù)推薦值，本次支擋設(shè)計各地層物理力學(xué)指標見表1。

表1 基坑支護設(shè)計參數(shù)表

2.2 基坑等級

此基坑為深基坑。根據(jù)基坑開挖深度、基坑周邊環(huán)境及其它影響因素，本基坑安全等級一級，重要性系數(shù)取1.1[1]。

2.3 基坑荷載

計算采用理正基坑設(shè)計軟件7.0 版。

基坑西側(cè)有已建倉庫區(qū)域地面附加均布荷載按20 kPa考慮，基坑?xùn)|側(cè)有已建民房區(qū)域地面附加均布荷載按15 kPa考慮。

3 基坑支護設(shè)計選型

經(jīng)過對擬建場地及擬建基坑的勘察評價，針對基坑深度較大及基坑周邊環(huán)境復(fù)雜程度，對該基坑不同區(qū)段采取2種支護形式。

3.1 錨拉排樁支護

擬建基坑西側(cè)基坑深度為11.20 m～11.43 m，基坑頂邊線距已有汽車修理倉庫較近。汽車修理倉庫為框架結(jié)構(gòu)、獨立基礎(chǔ)，對沉降變形敏感。為保證基坑周邊建筑和基坑工程在開挖使用中的安全，綜合考慮后，采用錨拉排樁的支護形式。

圖1 錨拉排樁支護斷面圖

排樁：樁徑0.70 m，樁間距1.80 m，樁長20.20 m（懸臂段長11.20 m，嵌固段長9.00 m），C30 混凝土澆筑。樁頂設(shè)置冠梁，冠梁界面尺寸寬0.70m，高0.50 m，C30 混凝土澆筑。

排樁采用16 根直徑為18 mm 的HRB400 級鋼筋，箍筋采用直徑為8 mm 的HPB300 級鋼筋。冠梁采用12 根直徑為14 mm 的HRB400 級鋼筋，箍筋采用直徑為8 mm 的HPB300 級鋼筋。

預(yù)應(yīng)力錨桿：錨桿全長20.0 m，自由段為7.0 m，錨固段為13.0 m。錨桿直徑為150 mm，水平間距為1.80m，傾角為15°。桿體采用2 根直徑為20 mm 的HRB400 級鋼筋。錨桿施加預(yù)應(yīng)力為120 kN。預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)置于基坑深度5.2 m 處。

預(yù)應(yīng)力錨桿和排樁通過設(shè)置腰梁使其成為一個受力整體。腰梁采用2 根18 號的工字鋼制作。預(yù)應(yīng)力錨桿通過錨頭、墊塊錨固在腰梁上。

經(jīng)過軟件計算，錨拉排樁的最大位移變形不超過10 mm，滿足擬建基坑工程的要求。

3.2 復(fù)合土釘墻支護

擬建基坑?xùn)|側(cè)、南側(cè)基坑深度為11.30 m～11.43 m，基坑頂邊線距已有建筑較遠但距離用地紅線及圍墻較近。為保證基坑周邊建筑和基坑工程在開挖使用中的安全，采用復(fù)合土釘墻的支護形式。

圖2 復(fù)合土釘墻支護斷面圖

預(yù)應(yīng)力錨桿：錨桿全長14.0 m，自由段為6.0 m，錨固段為8.0 m。錨桿直徑為150 mm，水平間距為1.60 m，傾角為15°。桿體采用2 根直徑為20 mm 的HRB400 級鋼筋。錨桿施加預(yù)應(yīng)力為70kN。預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)置于基坑深度2.8 m～3.2 m 處（土釘墻第二道）。

土釘：土釘長度為10.0 m～12.0 m，土釘直徑為120 mm，水平間距1.60 m，豎向間距為1.50 m，傾角為15°。桿體采用1 根直徑為20 mm 的HRB400 級鋼筋。自上而下共布置5 道土釘及1 道預(yù)應(yīng)力錨桿。

預(yù)應(yīng)力錨桿通過設(shè)置腰梁使其成為一個受力整體。腰梁采用1 根18a 號的槽鋼制作。預(yù)應(yīng)力錨桿通過錨頭、墊塊錨固在腰梁上。

預(yù)應(yīng)力錨桿及土釘孔注漿材料均采用水泥漿或水泥砂漿；水泥漿的水灰比為0.5，水泥砂漿水灰比為0.45，灰砂比為0.5。

復(fù)合土釘墻面層鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，噴射C20 級混凝土，面層厚度不小于80 mm。

4 基坑支護方案實施

支護施工前，應(yīng)按照基坑支護平面圖布置圖復(fù)核與周邊建筑的平面距離；摸清基坑周邊地下給排水管道、供氣管道、通信電力管道平面距離及埋深，如與施工圖紙沖突，應(yīng)及時反饋設(shè)計單位進行設(shè)計變更。

4.1 排樁

嚴格按照施工圖進行定位。施工時應(yīng)隔樁跳打，鉆孔完成后清理孔底沉渣，其厚度不大于100 mm。鋼筋籠的長度、配筋應(yīng)按施工圖嚴格執(zhí)行。鋼筋籠在制作和運輸、吊裝過程中應(yīng)采取措施防止鋼筋籠變形。

施工順序：護坡樁定位成孔——鋼筋籠制作和安裝——安裝灌注導(dǎo)管——灌注砼——鑿樁頭。

4.2 土釘墻

每層土釘（錨桿）按照施工圖紙進行定位。確保孔徑為120mm，面層噴厚度為100mm，強度等級C20 砼。

施工順序：人工刷坡——土釘（錨桿）孔定位——成孔——編網(wǎng)和土釘制作——土釘（錨桿）安裝——注漿——焊接拉接筋——噴射砼面層——灑水養(yǎng)護。

4.3 成孔及注漿

1）土釘（錨桿）孔采用干法成孔。

2）土釘（錨桿）孔采用重力注漿法施工工藝。注水灰比為0.5 水泥漿，注漿管距孔底200 mm，邊注邊拔注漿管直至漿液從孔口溢出為止。當漿液液面下降時，應(yīng)及時進行補漿。

4.4 基坑壁滲水管設(shè)置

基坑壁如有透水層或滲水土層時，混凝土面層上要做泄水孔，即按間距2.0 m～2.5 m 均布插設(shè)長1.0 m～1.5 m、直徑不小于40 mm 的塑料排水管，外管口略向下傾斜，管壁上半部分可鉆些透水孔，以防止土顆粒流失（見圖3）。

圖3 面層內(nèi)泄水管

4.5 基坑土方開挖

1）基坑定位放線時，要以基坑開挖圖為準，復(fù)核基坑支護平面布置圖坐標。

2）本基坑采用明挖法施工，應(yīng)分段分層開挖。分段長度不應(yīng)大于15.0 m。在基坑支護深度范圍內(nèi)，必須做到隨挖隨支護。挖土應(yīng)自上而下分段分層進行，邊挖邊檢查坑底的寬度和坡度，不夠時及時修整?；油练绞┕ず突又ёo施工必須密切配合，滿足基坑支護施工的工作面、邊坡安全以及進度要求。

3）土方開挖期間，土釘墻每層施工完成且噴射面層砼強度達75%以上，才能開始下一層土的開挖，開挖深度為每層土釘高程下500 mm。

5 基坑及周邊建筑物監(jiān)測

本工程為深基坑工程，基坑開挖及支護對周邊環(huán)境有一定的影響。為確?；邮褂冒踩?，施工中必須加強監(jiān)測，及時準確地掌握變形情況，及時反饋監(jiān)測信息，做到信息化施工。

5.1 變形觀測要求

1）監(jiān)測項目在基坑開挖前應(yīng)測得初始值，且不應(yīng)少于兩次。

2）當基坑頂水平位移達到報警值30 mm 或有事故征兆、連續(xù)5 天內(nèi)變形大于1 mm／天，應(yīng)連續(xù)觀測，并應(yīng)及時通知設(shè)計單位和建設(shè)方，采取應(yīng)急措施確?；邮褂冒踩?/p>

3）監(jiān)測須委托具有相應(yīng)資質(zhì)的單位，監(jiān)測前檢測單位應(yīng)編制監(jiān)測方案，工程結(jié)束時應(yīng)提交完整的監(jiān)測報告。

5.2 監(jiān)測項目及內(nèi)容

①樁頂位移監(jiān)測；②基坑坡頂及深部位移的監(jiān)測；③地表開裂狀態(tài)（位置、裂寬）的觀察；④重要管線等設(shè)施的變形觀測和墻體、地面裂縫觀察；⑤基坑滲漏水觀察。

5.3 支護體系監(jiān)測計劃

1）每20m 左右布置一個觀測點（詳見施工圖）。測點位置選取變形最大或地質(zhì)條件最不利地段。

2）滿足國家二等水準測量精度要求，水平誤差控制＜6.00mm，垂直誤差控制＜0.5 mm。

3）觀測時間的確定：基坑開挖及支護施工時每天觀測一次，自基坑開挖至基坑底標高后一個月內(nèi)每周觀測一次，此后至回填期間每兩周觀測一次。遇暴雨時加密監(jiān)測頻率。

4）場地查勘與記錄：施工前對原場地進行及周邊建筑物全面調(diào)查，查清有無原始裂縫和異常并作記錄，并照相存檔。

6 基坑維護及使用要求

1）基坑邊道路硬化時，必須設(shè)置排水系統(tǒng)。平時應(yīng)定期維護及清理，特別在雨天加強基坑的巡察，防止場地積水排入基坑內(nèi)。并及時排出坑內(nèi)積水。

2）坡頂3 m 以內(nèi)不得堆載，坡頂3 m 以外堆載不得超過15 kPa，嚴禁超載，土方運輸車輛及大型施工機械應(yīng)在坡頂5 m外運行。

3）本工程為臨時性支護，使用期限不宜超過12 個月。否則須重新論證或及時采取結(jié)構(gòu)補強措施。

7 基坑危險源辨識及處置措施

該項目基坑危險源主要有：①基坑側(cè)壁為濕陷性黃土層，遇水后發(fā)生變形從而引發(fā)基坑側(cè)壁失穩(wěn)事故；②基坑西側(cè)為倉庫且距基坑較近，危險性較大；③基坑頂部截水設(shè)施失效引起基坑側(cè)壁失穩(wěn)；④雨期施工，土釘墻可能失效或承載力嚴重下降[2]。

危險源處置措施為：①基坑施工、使用中應(yīng)加強排水系統(tǒng)的巡查保護；②基坑西側(cè)采用錨拉排樁方案，基坑使用中需加強巡查保護；③基坑頂截水設(shè)施，施工中要定期檢查其使用情況，確保其能正常施工，進行必要的維護修理；④盡量趕在雨期來臨前完成基坑支護的施工，在雨期使用中加強監(jiān)測及巡查。

8 結(jié)語

隨著城市的發(fā)展，擬建基坑深度越來越大，基坑周邊環(huán)境也越來越復(fù)雜。在單個基坑支護工程中，應(yīng)先排查基坑周邊環(huán)境、收集擬建場地地層情況、地下水水位、地下管線分布等重要資料。然后針對現(xiàn)場情況進行基坑支護的設(shè)計。設(shè)計選型要以基坑支護工程的安全穩(wěn)定為第一要務(wù)。而后再考慮經(jīng)濟型對方案進行優(yōu)化。