樁+內(nèi)支撐支護體系在武漢某深基坑工程中的應(yīng)用

吳鵬琴，李進勇，馮 勇，賀建飛

（1.中冶華亞建設(shè)集團有限公司，武漢 430081；2.中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司，武漢 430081）

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，建筑物密度日益增大，擬建工程周邊都存在著交通道路、建筑物及地下管線，對變形控制日趨嚴格[1-2]，加之國內(nèi)很多城市都限制紅線外使用錨桿（索），使得基坑開挖場地愈加狹小，樁+內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)形式逐漸成為深大基坑支護設(shè)計中首選形式之一[3]。

本文結(jié)合武漢市某深基坑支護設(shè)計及施工，對復(fù)雜環(huán)境條件下采用的排樁+內(nèi)支撐支護體系結(jié)構(gòu)進行總結(jié)介紹，以期給類似工程提供經(jīng)驗。

1 工程概況

本工程位于武漢市街道口某大學(xué)校內(nèi)，總建筑面積約120 000 m2，地上22 層，地下3 層，基坑周長約589 m，地下停車庫占地面積約15 000 m2，整個基坑開挖面積約17640 m2。建筑物±0.00 標高相當(dāng)于絕對標高32.00 m，自然地面標高為30.0~34.0 m，地下室底板標高為+17.00 m，開挖深度為13.0~17.0 m，工程重要性等級為一級。

基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，南側(cè)基礎(chǔ)外邊線距用地紅線約7 m，紅線外為珞瑜路；北側(cè)基礎(chǔ)外邊線距用地紅線約11～19 m，東側(cè)基礎(chǔ)外邊線距用地紅線約10～16 m；基坑?xùn)|側(cè)、北側(cè)紅線緊鄰學(xué)校家屬樓，建筑物密集。

2 場地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

場地地貌上屬長江Ⅲ級階地，場地地勢有一定起伏，北西側(cè)地勢較高，基坑施工前地面標高變化在33.94～30.02 m 之間?；觽?cè)壁土層自上而下分別如下。

1）①層雜填土（Qml）：黃褐色、結(jié)構(gòu)松散，主要由粘性土混少量碎石、植物根系組成；層厚0.5～3.4 m，重度γ＝18 kN/m3，黏聚力c＝10 kPa，內(nèi)摩擦角φ=15°，極限摩阻力τ=25 kPa。

2）②層黏土（Q2al+pl）：黃褐、黃紅色，硬塑，含有少量鐵、錳氧化物及灰白色高嶺土；層厚3.3～7.9 m，重度γ＝18 kN/m3，黏聚力c＝28 kPa，內(nèi)摩擦角φ=15°，極限摩阻力τ=35 kPa。

3）③層黏土（Qel+dl）：黃紅色，硬塑，含有少量鐵、錳氧化物，局部含有少量礫石及碎石；層厚0.8～2.9 m，重度γ＝19 kN/m3，黏聚力c＝40 kPa，內(nèi)摩擦角φ=17°，極限摩阻力τ=60 kPa。

4）④-1 層強風(fēng)化泥巖（S2f）：黃褐色，巖石風(fēng)化強烈，組織結(jié)構(gòu)大部分被破壞，可見原巖狀態(tài)，手可捏碎，失水開裂；層厚0.7～2.9m，重度γ＝18.5kN/m3，黏聚力c＝37kPa，內(nèi)摩擦角φ=16°，極限摩阻力τ=60 kPa。

5）④-2 層中風(fēng)化泥巖（S2f）：黃褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，巖芯呈短柱狀，采取率較高，屬極軟巖，巖芯基本質(zhì)量等級為Ⅴ級；揭露層厚4.9～9.0 m，重度γ＝19 kN/m3，黏聚力c＝75 kPa，內(nèi)摩擦角φ=25°，極限摩阻力τ=60 kPa。

2.2 水文地質(zhì)條件

場地對基坑有影響的地下水為賦存于（1）雜填土層中的上層滯水。地下水位主要受氣候因素影響，大氣降水、地表排水為其主要補給來源，上層滯水靜止水位為地面下1.7～2.4 m。

3 基坑設(shè)計

3.1 設(shè)計方案選擇

基坑支護體系的確定與眾多因素有關(guān)，如基坑深度、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、基坑周邊環(huán)境條件、主體地下結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)形式、基坑平面尺寸及形狀、支護結(jié)構(gòu)施工工藝、經(jīng)濟指標及環(huán)保性能、施工場地條件、施工季節(jié)和施工工期[4-5]等。本工程可選的支護體系有：排樁、地下連續(xù)墻、重力式水泥土墻、土釘墻及各種支護體系的組合等。其中，重力式水泥土墻、土釘墻支護體系適用于基坑側(cè)壁安全等級為二、三級，開挖深度不大，對基坑周邊沉降及位移要求不嚴的基坑；排樁、地下連續(xù)墻支護體系適用于基坑側(cè)壁安全等級為一至三級的基坑；排樁支護體系適當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力錨桿（索）或內(nèi)支撐后，能有效控制基坑周邊沉降及位移[4-6]，支護體系不占用基坑范圍內(nèi)空間，但錨桿（索）需伸入鄰地，有障礙時不能設(shè)置，也不宜錨入毗鄰建筑物地基內(nèi)，內(nèi)支撐不受此限制；地下連續(xù)墻支護體系也能有效控制基坑周邊沉降及位移，但施工成本高、造價大[6]。

本工程周邊建筑物密集，南側(cè)鄰近交通干道，東側(cè)、北側(cè)緊鄰大學(xué)家屬樓，需嚴格控制基坑周邊沉降及位移，基坑安全等級定為一級。綜合考慮上述因素，本工程采用排樁+內(nèi)支撐支護體系，樁頂冠梁標高設(shè)計在29.5 m 處，F(xiàn)AB 段樁頂邊坡采用土釘墻支護，其余段樁頂邊坡采用放坡+土釘掛網(wǎng)支護；樁間土采用土釘掛網(wǎng)噴砼保護。

對于地表水，在坡頂進行硬化，在適當(dāng)位置設(shè)置截水溝；對于上層滯水，在坡面設(shè)置一定數(shù)量的泄水孔，在坡底設(shè)置集水溝及集水井，集中向外排抽。

3.2 主要設(shè)計參數(shù)

1）支護樁設(shè)計樁徑900 mm，樁間距1 400 mm，有效樁長15.0～16.0 m。樁身砼強度等級C30。

2）立柱樁分為2 類，一類為對頂撐立柱樁，樁徑設(shè)計1 000 mm，A-A 截面（一、二道內(nèi)支撐之間部分）四角設(shè)置L125 mm×12 mm 角鋼；B-B 截面（二道內(nèi)支撐與基坑底之間部分）四角設(shè)置L140 mm×14 mm 角鋼；角鋼采用410 mm×150 mm×10 mm 鋼板四面焊接，間距800 mm；下部設(shè)置6 m 鉆孔灌注樁，樁徑1 000 mm。第二類為角撐立柱樁，樁徑設(shè)計900 mm，截面四角設(shè)置L125 mm×12 mm角鋼；角鋼采用410 mm×150 mm×10 mm 鋼板四面焊接，間距800 mm；下部設(shè)置5 m 鉆孔灌注樁，樁徑900 mm。鉆孔灌注樁主筋采用10Φ22 螺紋鋼，箍筋采用Φ8@200圓鋼，加強筋采用Φ16@2 000 螺紋鋼。鋼立柱進入鉆孔灌注樁3m，鋼立柱與地下室底板交接處設(shè)兩道止水環(huán)。

3）支護樁頂采用冠梁連接。冠梁截面尺寸設(shè)計1 100 mm×600 mm（b×h），砼強度C35。采用雙面對稱配筋，每側(cè)主筋7Φ20 鋼筋，上下各設(shè)4Φ16 鋼筋，箍筋四支箍Φ8＠180（轉(zhuǎn)角處1.5 m 范圍內(nèi)箍筋加密Φ8＠90）。

4）支護樁中段采用腰梁連接。腰梁截面尺寸設(shè)計1 200 mm×800 mm（b×h），砼強度C35。采用雙面對稱配筋，每側(cè)主筋8Φ28 鋼筋，上下各設(shè)4Φ18 鋼筋，箍筋四支箍Φ10＠100（轉(zhuǎn)角處1.5 m 范圍內(nèi)箍筋加密Φ10＠50）。

5）內(nèi)支撐采用鋼筋砼角撐和對頂撐，設(shè)計兩道支撐。第一道內(nèi)支撐：對頂撐截面600 mm×800 mm；角撐及桁架撐截面500 mm×600 mm；連系梁截面400 mm×500 mm；第二道內(nèi)支撐：對頂撐截面900 mm×1 200 mm；角撐及桁架撐截面800mm×1000mm；連系梁截面500mm×600mm。

6）冠梁、腰梁及支撐梁砼強度等級均為C35。冠梁應(yīng)與其相應(yīng)的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)一同澆筑，砼內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)施工完必須養(yǎng)護28 d 或達到設(shè)計強度80%[5]后方可開挖支撐梁以下的土方。

7）地下室底板澆筑時應(yīng)同時設(shè)置鋼筋砼暗撐，同底板一起澆筑，厚度為500 mm，暗撐標高同底板面標高。

8）地下一層、二層樓板處設(shè)置鋼筋砼換撐，同樓板砼一起澆筑。換撐板厚同樓板厚度，寬度為外墻與排樁之間距離，長度為3 m，為格構(gòu)式，中間空格長3 m?；炷恋燃壨瑯前寤炷?。換撐板雙層雙向配筋，主筋插入樓板35d，配筋同底板。

9）主樓和裙樓間設(shè)置有后澆帶處，綁扎板筋時在后澆帶處預(yù)埋[14 槽鋼，間距為2 m，長度為1.2 m。若車道臨邊，換撐前必須對樓道開孔部分進行加固。在墻體間增加鋼管支撐，為Φ194 鋼管，壁厚7 mm，水平間距為1.2 m，其標高同地下室樓板標高。

10）待換撐強度達80%[7-8]后拆除支撐。支撐拆除采用人工與機械風(fēng)鎬相結(jié)合的方式，或者控制爆破[9]。拆撐順序：先拆輔撐，后拆主撐。拆撐時間同步進行基坑監(jiān)測，以確?；舆吰掳踩?。

4 基坑施工

本工程支護樁施工完成后，先進行了養(yǎng)護，對達到齡期的支護樁進行了小應(yīng)變檢測，結(jié)果均合格。隨后根據(jù)支護樁齡期分段進行了第一層土方開挖—第一層內(nèi)支撐施工—第二層土方開挖—第二層內(nèi)支撐施工—開挖到底—底板及換撐板帶施工—地下二層樓板及換撐板帶施工—第二層內(nèi)支撐拆除—地下一層樓板及換撐板帶施工—第一層內(nèi)支撐拆除—基坑回填[5]。整個施工情況進展順利。本工程重點控制的施工項目如下。

4.1 土石方開挖

土石方分多次開挖，均嚴格按照施工組織設(shè)計進行。開挖第一層土方至第一層冠梁及支撐梁時，進行第一層冠梁及支撐梁施工，待支撐梁砼達到設(shè)計強度后，再進行第二層土石方開挖。第二層土石方開挖因部分區(qū)域包含強、中風(fēng)化泥巖，巖體強度較高，采用啄木鳥配合反鏟的方式開挖，機械作業(yè)時，安排專人專職管理一臺機械，嚴禁設(shè)備碰撞支撐體系。第二層土石方開挖完畢后，進行第二層腰梁及支撐梁施工，施工同第一層，并待其強度達到設(shè)計強度后，再開挖第三層土石方。開挖方式同第二層土石方，開挖至底板底以上300 mm 時，留300 mm 進行人工開挖，防止超挖造成地基承載力破壞。

4.2 內(nèi)支撐拆除

由于內(nèi)支撐對基坑開挖的影響很大，擬采用以機械拆除為主、人工拆除為輔的支撐梁拆除方案。選用啄木鳥設(shè)備主要拆除兩道對頂撐支撐梁、支護樁周邊支撐梁；其他啄木鳥等設(shè)備無法到達、操作的部位采用人工手持風(fēng)鎬進行拆除。人工拆除時，采用風(fēng)鎬分段截斷方式，用塔吊將混凝土塊吊運至集中堆場，而后在堆場集中破碎。

拆撐時，為了減少拆撐對支護樁的振動影響，先用風(fēng)鎬鑿除支護樁與立柱樁之間的主撐梁，再鑿除與之相連的角撐或聯(lián)系梁，使支護樁與支撐梁全部分離，確保啄木鳥拆撐時支撐梁的振動無法影響支護樁，避免已穩(wěn)定的基坑荷載出現(xiàn)變化。啄木鳥拆撐時，在須拆除的支撐梁下方鋪設(shè)腳手架，對樓板進行保護，防止混凝土塊直接掉落至樓板上。

人工拆撐：地下室二層樓板頂標高約為22.540 m，基坑支護設(shè)計的第二層支撐梁底標高為23.500 m，因此，操作人員可以站立于地下室二層樓板，手持風(fēng)鎬工作；地下室一層樓板頂標高約為26.000 m，第一層支撐梁底標高為28.500 m，即地下室一層樓板施工完畢后，第一層支撐梁相對于樓板凈空2.500 m 左右，操作人員無法站立于樓板施工，此時需要搭設(shè)腳手架平臺。

腳手架搭設(shè)須嚴格按照JGJ 128—2000《建筑施工門式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。操作人員持風(fēng)鎬鑿除支撐梁混凝土，耗時費力[8]，可先使用劈裂機劈裂支撐梁混凝土，再使用風(fēng)鎬鑿除混凝土。首先，操作人員先使用空壓機于支撐梁頂部鉆孔，一般孔深500 mm（且距離支撐梁底距離為100～200 mm）、孔間距500 mm、孔徑6～10 mm；其次，使用劈裂機插在孔中，依靠油壓，劈裂支撐梁身混凝土，代替?zhèn)鹘y(tǒng)靜態(tài)爆破拆撐方式；操作人員再手持風(fēng)鎬，將已劈裂的支撐梁身混凝土與梁鋼筋剝離；其次，操作人員使用氣割設(shè)備將鋼筋裂斷，回收；最后清掃人員配合塔吊將樓板上的碎混凝土塊轉(zhuǎn)運出場。

在支撐梁拆除過程中，需加大坑監(jiān)測力度，安排專人專職對于基坑坡、坑壁、坑底進行每日兩次巡視，若發(fā)現(xiàn)有新發(fā)育裂縫，立即進行處理，并對此相關(guān)區(qū)域加強監(jiān)測。

4.3 應(yīng)急預(yù)案

在基坑周邊，嚴禁任何單位或個人進行材料、機械、機具堆載，以免加大支護體系荷載。在拆撐過程中，如發(fā)現(xiàn)有位移、變形較大時，立即停止相關(guān)區(qū)域內(nèi)的機械作業(yè)，同時在基坑周邊卸載，支護樁附近加直撐或斜撐，以防止位移、變形進一步擴大，同時加強此區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測力度。

5 施工監(jiān)測

為使基坑開挖順利進行，確?；A(chǔ)工程施工安全，對基坑及周邊建（構(gòu)）筑物、市政設(shè)施進行跟蹤監(jiān)測，及時為信息法施工提供可靠的監(jiān)測資料，本工程在基坑支護體系及周邊共布置監(jiān)測點111 個。其中，周邊建筑物上布設(shè)垂直位移監(jiān)測點28 個，基坑支護體系的冠梁、立柱樁及邊坡上布置垂直位移監(jiān)測點40 個，基坑支護體系的冠梁及邊坡上布置垂直位移監(jiān)測點兼做水平位移觀測點34 個，基坑支護樁上布設(shè)深層水平位移監(jiān)測孔共7 個，內(nèi)支撐上布設(shè)應(yīng)力監(jiān)測點36 個。

監(jiān)測單位于整個施工期間共進行了65 次基坑監(jiān)測，通過65 次的監(jiān)測結(jié)果來看基坑部位處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，其中，基坑周邊建筑物最大沉降量為11.86 mm；基坑周邊道路最大沉降量為6.47 mm；基坑支護體系最大沉降量為27.12 mm，最大水平位移量為向基坑內(nèi)側(cè)偏移28 mm；深層水平位移監(jiān)測最大位移為向基坑內(nèi)側(cè)偏移30.85 mm；應(yīng)力監(jiān)測最大值為64.494 kN。

根據(jù)上述監(jiān)測結(jié)果，基坑支護體系水平位移、深層水平位移及應(yīng)力均未出現(xiàn)超過預(yù)警值[10]的情形，基坑支護體系處于安全狀態(tài)。

6 結(jié)束語

1）基坑設(shè)計施工要確保基坑邊坡穩(wěn)定或支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，保證坑內(nèi)施工作業(yè)安全、順利，保證坑內(nèi)工程樁的安全或保護天然地基土。

2）在進行基坑支護設(shè)計時，不僅應(yīng)考慮基坑側(cè)壁自身的安全，還必須注意基坑開挖產(chǎn)生的沉降變形對周邊建筑物的影響[4]。在周邊環(huán)境復(fù)雜的地段，要嚴格控制基坑周邊沉降及位移，避免不良社會影響，維護社會的穩(wěn)定和諧。

3）在選擇基坑支護方案時，需詳細了解基坑周邊的環(huán)境條件，根據(jù)地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件、基坑規(guī)模、當(dāng)?shù)氐氖┕ぜ夹g(shù)經(jīng)驗等合理選擇支護形式。

4）內(nèi)支撐的拆除對基坑的安全影響很大，需制訂詳細的基坑拆除施工方案及應(yīng)急救援措施，避免拆撐造成基坑支護結(jié)構(gòu)失效而影響施工安全及周邊環(huán)境。

5）為保證工程安全和周邊建筑物及道路安全，施工需嚴格按照“信息法”施工，加強監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時修改設(shè)計并采取防范措施，同時也對設(shè)計文件進行驗證，積累經(jīng)驗。