斜拋撐與型鋼水泥土攪拌墻在深基坑中的應(yīng)用

顧 彬

上海市浦東新區(qū)建設(shè)（集團）有限公司 上海 201206

隨著城市化建設(shè)的深入發(fā)展，地下結(jié)構(gòu)施工工藝得到了長足發(fā)展。圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不僅關(guān)系到基坑自身及周邊保護建（構(gòu)）筑物的安全，而且直接影響著土方開挖以及地下室結(jié)構(gòu)等施工成本。因此，基坑支護結(jié)構(gòu)是個系統(tǒng)工程，圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅要保證圍護結(jié)構(gòu)受力合理，而且要節(jié)省工期、降低造價、方便施工。鉆孔灌注樁剛度大，可用于深大基坑，同時需止水措施配合使用，其造價相對較高；水泥土攪拌樁擋墻止水性好，造價低，但墻體難以提供足夠的剛度，圍護結(jié)構(gòu)變位大；型鋼水泥土攪拌墻＋斜拋撐組合技術(shù)適用于施工作業(yè)面空間狹隘的情況，其型鋼可重復利用，造價相對較低，且能提供足夠的剛度滿足基坑變形要求，具有縮短工期、節(jié)約造價、方便施工等特點。該圍護形式在安全、工程造價和工期之間達到一個最優(yōu)平衡點，兼具經(jīng)濟性、安全性與適用性[1-3]。

1 工程概況

本工程為住房項目，工程基坑為地下1層車庫，基坑面積較大，約43 800 m2，開挖深度較統(tǒng)一，為5.3 m左右，屬于深基坑工程。地下室輪廓較為規(guī)整，局部小陽角處較多。基坑西北角為已建未投入使用的幼兒園，幼兒園為樁基礎(chǔ)?；悠渌吘壘鶠槌鞘写胃陕?，如圖1所示?；游鞅苯菫闁|西走向、南北走向2條邊，基坑開挖2條邊線距離幼兒園圍墻均為2.8 m；鄰近幼兒園圍墻南北走向開挖邊線距幼兒園建筑最近處為9.4 m，鄰近幼兒園圍墻東西走向開挖邊線距幼兒園建筑最近處為29.4 m。

圖1 基坑總平面

根據(jù)工程勘察報告，擬建場地在勘察深度（最大深度為55.3 m）范圍內(nèi)揭露的地基土為第四紀全新世沉積層，屬于正常沉積區(qū)域，主要由填土、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉性土及砂土組成，場地內(nèi)情況較為簡單；在西北側(cè)基坑附近部分有多處暗浜，土質(zhì)較差，主要分布于幼兒園南側(cè)的東西向基坑邊緣上，浜底分布有浜土，土層厚度1.0～2.2 m，暗浜含有機質(zhì)、腐殖物、碎石，狀態(tài)差，需采取相應(yīng)措施進行處理。

根據(jù)上海市標準DG/T J08-61—2018《基坑工程技術(shù)規(guī)范》，本工程基坑西北角2條邊環(huán)境保護等級均可定為三級；基坑開挖深度小于7 m時，屬三級安全等級基坑工程，基坑開挖主要保護對象為幼兒園圍墻。

型鋼水泥土攪拌墻，即在水泥土攪拌樁中插入H型鋼構(gòu)成的復合擋土止水圍護體。該工法具有對周圍環(huán)境影響小、防滲性能好、環(huán)保節(jié)能、適應(yīng)土層范圍廣、工期短以及投資省等優(yōu)點。

2 設(shè)計方案

2.1 設(shè)計方案簡介

基坑北側(cè)、西北角2條邊及西側(cè)局部區(qū)域開挖邊線距圍墻較近，設(shè)置重力式擋墻的空間不足。因此本基坑北側(cè)、西北角2條邊、西側(cè)部分區(qū)域及東南角近管線處采用型鋼水泥土攪拌墻＋1道支撐的圍護形式。其中支撐采用混凝土角撐＋鋼管斜拋撐的形式（圖2）。

圖2 基坑斜拋撐現(xiàn)場

2.2 設(shè)計方案要點

根據(jù)驗算，圍護結(jié)構(gòu)最大正彎矩為298.9 kN·m/m，最大負彎矩為－158.8 kN·m/m，最大正剪力109 kN/m，最大負剪力115.8 kN/m，第1道支撐力為131.9kN/m，設(shè)計采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型鋼，型鋼長度15 m，插二跳一。經(jīng)驗算，結(jié)構(gòu)強度均滿足規(guī)范要求。最大位移23.9 mm，小于三級基坑圍護結(jié)構(gòu)最大側(cè)移37 mm的規(guī)范要求；整體穩(wěn)定安全系數(shù)1.70，大于規(guī)范要求的1.25；抗傾覆安全系數(shù)經(jīng)驗算為1.12，大于規(guī)范設(shè)計要求的1.05；坑底抗隆起安全系數(shù)2.11，大于規(guī)范設(shè)計要求的1.70。

攪拌樁水泥摻量20%，局部暗浜區(qū)域水泥摻量提高至23%；坑內(nèi)設(shè)置16.3 m長的鋼管斜拋撐，相鄰斜拋撐間隔約6 m，坑內(nèi)局部設(shè)置φ700 mm@1 000 mm雙軸水泥土攪拌樁暗墩加固，水泥摻量13%，并于暗墩上部設(shè)置低摻量加固。

斜拋撐區(qū)域的土方進行2級放坡開挖，并按1∶1.5放坡。為了保持土方開挖邊坡的穩(wěn)定性，坡面鋪設(shè)φ6.5 mm@200 mm的雙向配筋，并噴射60 mm厚C20混凝土進行護坡。位于地庫底板上的混凝土牛腿必須達到設(shè)計強度后，方可施工鋼管斜拋撐（圖3）。

圖3 圍護結(jié)構(gòu)剖面

3 施工方案

3.1 施工方案總體思路

本工程斜拋撐區(qū)域周邊底板及換撐達到設(shè)計強度后，方可架設(shè)鋼管斜拋撐，并對留土區(qū)域進行開挖施工。車庫全部底板及換撐達到設(shè)計強度后，方可拆除支撐，并對車庫結(jié)構(gòu)主體進行施工。

3.2 施工要點

斜拋撐施工區(qū)域場地狹隘，土方清運慢，但工期較為緊張；斜拋撐區(qū)域基坑變形控制要求高。工程西北側(cè)緊鄰已建幼兒園，由于基坑開挖邊緣緊鄰幼兒園圍墻，故在實際施工中必須嚴控基坑變形。在工程施工組織中，合理安排土方開挖順序和嚴控基坑變形成為工程質(zhì)量控制的重點與難點。

考慮到需嚴控基坑變形，對斜拋撐區(qū)域土方采用一次安裝1根、2根及3根斜拋撐等3種方案，并對相應(yīng)斜拋撐下方的土方進行清運開挖。土方開挖的同時，加強對基坑變形的監(jiān)測（表1）。

表1 基坑監(jiān)測變形量統(tǒng)計

由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，土方開挖施工時，基坑最大變形主要位于基坑深度中部范圍內(nèi)，橫向?qū)Ρ葋砜?，同時開挖3根斜拋撐的土方對基坑的變形影響最大，位移為45.6 mm，大于規(guī)范要求。單根開挖基坑變形量最小，基坑最大變形量為12.9 mm。當開挖范圍為2根斜拋撐區(qū)域時，基坑最大變形量為32.8 mm，大于設(shè)計驗算值，但依然小于規(guī)范要求的37 mm。因此，本工程斜拋撐區(qū)域基坑施工開挖選擇一次施工2根，在確?；幼冃螡M足設(shè)計要求的同時，兼顧土方的外運效率，加快施工進度。

根據(jù)地勘報告，基坑西北側(cè)斜拋撐區(qū)域施工時，部分暗浜區(qū)域基坑變形量較大，據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測，部分變形量一度超過基坑報警值，累計變形達到41 mm左右。雖然前期地基處理時已對暗浜進行加固，但實際斜拋撐開挖區(qū)域較大，暗浜區(qū)域土質(zhì)差，對圍護結(jié)構(gòu)難以提供足夠剛度，使圍護結(jié)構(gòu)形成剛度薄弱區(qū)，導致基坑變形較大，因此暗浜區(qū)域斜拋撐調(diào)整為單根施工。當施工方案調(diào)整為一次施工1根斜拋撐時，基坑變形量明顯變小，此時基坑最大位移變形量為13.2 mm。

4 結(jié)語

根據(jù)本工程斜拋撐的施工經(jīng)驗，為在基坑開挖變形量符合設(shè)計要求的前提下，兼顧施工效率，斜拋撐施工時宜采用一次安裝2根并進行土方開挖的方法，一次施工量沿基坑邊緣方向長度不宜超12 m。這樣既可滿足變形要求，又能兼顧土方清運效率。對于土質(zhì)較差的部分，尤其涉及一些暗浜區(qū)域或軟弱土層，圍護結(jié)構(gòu)難以獲得足夠的剛度。為嚴控基坑變形量，斜拋撐開挖宜縮小工作面，一次施工量沿基坑邊緣方向長度不超過6 m，同時應(yīng)提高基坑變形監(jiān)測頻率，防止基坑超挖引起變形過大而造成安全事故。