一種新型擋護(hù)結(jié)構(gòu)在深基坑施工中的應(yīng)用研究

劉一翔

(中鐵十六局集團(tuán)置業(yè)投資有限公司 北京 101400)

1 引言

對城市非復(fù)雜地質(zhì)條件深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)施工，大多數(shù)采用單一支護(hù)方式。近年來，由于城市房建施工技術(shù)日益成熟，開始從經(jīng)濟(jì)和工期角度考慮多種支護(hù)方式結(jié)合。樊旭宏以某15 m深基坑為例，通過數(shù)值模擬結(jié)果與分析，得出反壓土和內(nèi)斜撐結(jié)合更有利于節(jié)省工期和造價(jià)的結(jié)論[1]。劉曉峰等以湖南某城市廣場2層地下室為例，利用有限元分析，提出樁前預(yù)留土臺結(jié)合支護(hù)樁與錨索綜合支護(hù)能發(fā)揮良好支護(hù)效果[2]。卓志飛等以深圳金融大廈深基坑工程為例，對其綜合支護(hù)方式進(jìn)行比較，分析表明樁基加多種支撐結(jié)構(gòu)有利于安全防護(hù)和保護(hù)施工環(huán)境[3]。莫莉等以深圳某城市商業(yè)中心深基坑為例，對利用灌注樁加止水帷幕擋水、混凝土支撐加預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)形式進(jìn)行研究，結(jié)果表明樁撐和樁錨結(jié)合能較好地控制變形，給樁基礎(chǔ)提供施工空間，并可降低工程造價(jià)[4]。潘駿等以南京某大學(xué)科研綜合樓為例，通過對在三軸水泥土攪拌樁中插入預(yù)應(yīng)力管樁形成水泥土止水，并由預(yù)應(yīng)力管樁承擔(dān)土體荷載的復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的研究，認(rèn)為PCMW工法多種支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)合工程總造價(jià)低、工期短，對周邊環(huán)境影響小，有利于保護(hù)周邊建筑及基礎(chǔ)設(shè)施[5]。

2 工程概況

中國鐵建淮北青秀城，地處安徽省淮北市，氣候類型為淮河流域暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，夏、秋季氣溫高且多雨。項(xiàng)目緊鄰市政道路主干道，占地61 579 m2，總建筑面積169 368 m2。該項(xiàng)目地下室一層、局部二層，基坑開挖深度5.5 m。土層構(gòu)成主要為腐土耕土層(第一層)、黏土層(第二層)、粉黏土層(第三層)。地下車庫利用天然地基承載，持力層為中砂層。根據(jù)區(qū)域水文資料及鄰近工程勘察資料，汛期地下水位埋深為1.5～2.5 m。

3 邊坡?lián)鯄Y(jié)合土釘墻支護(hù)措施

施工前通過勘測資料，了解到基坑附近有1條綜合管廊，南側(cè)基坑邊線距離綜合管廊最近點(diǎn)為5 m。而且基坑施工時(shí)間為當(dāng)?shù)囟嘤昙竟?jié)，對邊坡支護(hù)帶來挑戰(zhàn)。保證周邊結(jié)構(gòu)安全和防止環(huán)境污染成為建筑施工過程必須要面對和解決的問題。

3.1 原設(shè)計(jì)存在的問題

原設(shè)計(jì)施工邊坡為全土釘墻支護(hù)，坡率為1∶0.5；對地下水及地表水無處置措施。土釘采用?18螺紋鋼筋，梅花形布置，每道土釘水平間距與豎向間距均為1.5 m。結(jié)合周邊建筑已施工基坑，部分項(xiàng)目基坑施行全土釘墻支護(hù)，經(jīng)考察安全防護(hù)的支護(hù)強(qiáng)度不夠理想。主要問題在于上層耕土層在雨季吸存水嚴(yán)重，地表排水因地形影響，不能迅速排干，在短期內(nèi)未能達(dá)到降低土壤含水量的目的。耕土層呈流質(zhì)，排水效果不佳，影響了周邊管廊的干燥需求，對周邊道路造成污染，同時(shí)在一定程度上降低了土釘墻的錨固能力，在土坡重力作用下易出現(xiàn)位移和形變問題。同時(shí)，有研究表明，非對稱開挖會導(dǎo)致既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生趨向于坑內(nèi)側(cè)的水平位移及向上的豎向位移[6]。為防止上述問題出現(xiàn)，有必要進(jìn)行設(shè)計(jì)及施工優(yōu)化以應(yīng)對單一土釘墻防護(hù)中的缺陷。

3.2 施工優(yōu)化措施

(1)地下水處理。合理處理基坑中地下水對安全施工至關(guān)重要[7]。施工前，采用管井圍降方式，將基坑內(nèi)地下水位降至槽底0.5 m以下，以滿足基礎(chǔ)施工要求。對于表層潛水，管井沿基坑內(nèi)側(cè)周邊布設(shè)[8]。針對地下水位較高區(qū)域可采取主體外圍治水方式進(jìn)行有效控制，預(yù)防地下水滲流，并可通過深層攪拌和壓力注漿等手段，實(shí)現(xiàn)地下水的精準(zhǔn)控制，以避免深基坑質(zhì)量問題發(fā)生，并且降低安全事故發(fā)生頻率[9]。

(2)針對本項(xiàng)目，使用一種深基坑作業(yè)新型擋護(hù)結(jié)構(gòu)——定型邊坡?lián)鯄?，目的在于通過批量預(yù)制的成品結(jié)構(gòu)進(jìn)行非復(fù)雜地質(zhì)層基坑防護(hù)。通過支護(hù)板和相關(guān)組件對基坑進(jìn)行支護(hù)圍擋，用來防止基坑四周的土方塌方和污水四溢污染(見圖1)。

圖1 定型邊坡?lián)鯄?/p>

定位機(jī)構(gòu):定位機(jī)構(gòu)包括支撐機(jī)構(gòu)和水平推力組件。支撐機(jī)構(gòu)連接底座和擋土板，對擋土板進(jìn)行支撐并且起到調(diào)節(jié)擋土板與底座間夾角的作用；底座側(cè)端面有固定組件，將底座與地面固定連接；水平推力組件與支撐機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動連接，水平推力組件受到支撐機(jī)構(gòu)的推力作用后產(chǎn)生水平運(yùn)動，能夠帶動固定組件豎向運(yùn)動并通過傳導(dǎo)壓力增加固定組件與地面的連接深度。

分壓機(jī)構(gòu):分壓機(jī)構(gòu)與擋土板連接，通過增大擋土板重力承載面積，轉(zhuǎn)移擋土板的正面承重力，對擋土板進(jìn)行分壓。

引流組件:包括引流槽和排水管。引流槽與擋土板固定連接，側(cè)端面相對擋土板側(cè)端面傾斜設(shè)置。側(cè)端面設(shè)置有排水管，排水管與引流槽連通，便于排水引流。

定型邊坡?lián)鯄τ傻鬃ㄟ^固定組件與地面連接。擋土板對土坡進(jìn)行支護(hù)，根據(jù)土坡的斜度與土體壓力大小來調(diào)節(jié)支撐機(jī)構(gòu)，可通過改變擋土板與底座間的夾角以提高擋土板的支撐強(qiáng)度。在擋土板承載力大小方面，通過分壓機(jī)構(gòu)增大擋土板的重力承載面積，或者將擋土板的正面承重力向其他方向分散，可有效增加擋土板的承載力。當(dāng)擋土板在土坡重力作用下推動水平推力組件水平移動時(shí)，水平推力組件受力，傳導(dǎo)至固定組件，固定組件插入地面，傳導(dǎo)至地面。此受力傳導(dǎo)能保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，增加基坑開挖支護(hù)裝置的整體穩(wěn)固。

(3)采用定型邊坡?lián)鯄Y(jié)合土釘墻聯(lián)合支護(hù)。基坑底高度1～2 m范圍內(nèi)采用定型邊坡?lián)鯄χёo(hù)。定型邊坡?lián)鯄Πǖ鬃跬涟?、定位機(jī)構(gòu)、分壓機(jī)構(gòu)和引流組件。場地內(nèi)預(yù)設(shè)預(yù)制組裝車間。定型邊坡?lián)鯄υ诮M裝車間預(yù)制成型并保養(yǎng)，在施工現(xiàn)場做最后拼裝及成型?；由疃? m以上范圍為土釘支護(hù)，坡率為1∶0.5，開挖時(shí)可有效保持土體強(qiáng)度，減少對土體的擾動[10]。土釘采用?18螺紋鋼筋，按梅花形布置，每道土釘水平間距及豎向間距為1.5 m。共布置3排土釘:第1排土釘長8 m，采用?18@1500鋼筋，在地表之下1.6 m；第2排土釘長7 m，采用?18@1500鋼筋，在地表之下3.3 m；第3排土釘長6 m，采用?18@1500鋼筋，在地表之下4.8 m。上覆鋼筋網(wǎng)片，預(yù)先在預(yù)制場成型，現(xiàn)場每單網(wǎng)片與上片搭接、為下片留茬，搭接長度不小于300 mm，同一平面上的接頭占比不超過50%。鋼筋網(wǎng)片與坡面間用預(yù)制墊塊墊起，使鋼筋網(wǎng)與坡面不產(chǎn)生接觸，保證鋼筋混凝土保護(hù)層厚度不小于20 mm。進(jìn)行噴混凝土作業(yè)時(shí)，垂直坡面自下而上進(jìn)行噴射，噴槍距坡面保持0.6～1.2 m距離(見圖2)[11]。

圖2 邊坡支護(hù)布置

依據(jù)?建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程?(JGJ 120—2012)第5.2條，要求單根土釘極限抗拔承載力Rk，j/Nk，j≥1.4(受力簡圖見圖 3)。

圖3 邊坡支護(hù)受力簡圖

對于最不利黏土:Rk，j/Nk，j＝ 1.45≥1.4 滿足要求。

4 支護(hù)效果監(jiān)測及評價(jià)

4.1 監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)場情況，監(jiān)測內(nèi)容為基坑水平及垂直位移監(jiān)測，護(hù)坡頂布設(shè)觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測，具體見表1。

表1 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

4.2 監(jiān)測布點(diǎn)及采集

共布設(shè)77個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)位布置見圖4。

圖4 基坑監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)

在結(jié)束深基坑監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集之后，對記錄情況實(shí)施全面檢查和復(fù)盤，同時(shí)結(jié)合深基坑作業(yè)內(nèi)容構(gòu)建閉環(huán)式安全管理平臺[11]。由于基坑開挖深度會直接影響鄰近綜合管廊的變形，因此不定期進(jìn)行管廊位移監(jiān)測[12]。

4.3 監(jiān)測方法

水平位移控制點(diǎn)采用導(dǎo)線測量法進(jìn)行觀測，監(jiān)測點(diǎn)采用極坐標(biāo)法進(jìn)行觀測，全程使用全站儀進(jìn)行。豎向位移控制點(diǎn)，采用數(shù)字水準(zhǔn)儀按二等水準(zhǔn)測量精度進(jìn)行沉降觀測[13]。

基坑圍護(hù)完成時(shí)間為07月14日，進(jìn)場布設(shè)點(diǎn)位和觀測時(shí)間為07月15日，共觀測10次。

4.4 支護(hù)效果評價(jià)

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)結(jié)果，水平位移最大點(diǎn)位為24，偏移量為1.03 mm，變化速率為0.01 mm/d；水平位移最小點(diǎn)位為73，偏移量為0.06 mm，變化速率接近0.00 mm/d。豎向位移最大點(diǎn)位為29，偏移量為8.69 mm，變化速率為0.055 mm/d；豎向位移最小點(diǎn)位為 58點(diǎn)，偏移量為0.52 mm，變化速率為0.008/d，平均偏移量為5.76 mm，沒有超過警戒值。

根據(jù)基坑監(jiān)測點(diǎn)垂直位移和水平位移變化分析可知，在基坑開挖施工過程中基坑邊緣受外界因素影響較小，相對穩(wěn)定，支護(hù)方法達(dá)到預(yù)期目的；同時(shí)，經(jīng)過巡查目測，施工場地?zé)o污水溢流，相鄰管廊及道路無地表存水，水土保持及環(huán)境保護(hù)達(dá)到預(yù)期目的。

5 結(jié)論

(1)使用土釘墻結(jié)合定型邊坡?lián)鯄Φ闹ёo(hù)方式，在表層水豐富、土質(zhì)疏松、施工干擾大的城市狹小施工環(huán)境中進(jìn)行深基坑支護(hù)，利用支撐體系與導(dǎo)流排水體系相結(jié)合，降低了對土體干擾，并有效排空地面積水，在鄰近建筑物未采取其他防護(hù)措施的情況下保證了既有管廊干燥及不產(chǎn)生偏移。

(2)定型邊坡?lián)鯄Σ捎眉蓄A(yù)制組裝的形式，以半成品形態(tài)運(yùn)抵現(xiàn)場拼裝成型，有利于節(jié)省施工時(shí)間，更有利于控制施工精度、節(jié)約工程造價(jià)。支護(hù)結(jié)構(gòu)的批量成品化可為施工提供更多便利條件。

(3)以新型技術(shù)、設(shè)備為主要手段，支護(hù)受力結(jié)構(gòu)兼顧地表有組織排水，有利于深化現(xiàn)場施工質(zhì)量，可獲得理想的深基坑作業(yè)環(huán)境。