姚晶

(杭州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310012)

1 引言

隨著我國(guó)房地產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的規(guī)?？焖贁U(kuò)大，建筑基坑工程的規(guī)模也變得越來(lái)越大，并呈現(xiàn)以下特征:①大底盤(pán)基礎(chǔ)，縱、橫向規(guī)模都比較大，基坑面積大。②開(kāi)挖深度較大，設(shè)一層地下室的，往往能達(dá)到6 m及以上。③建筑單體施工順序有先后，基坑開(kāi)挖、基礎(chǔ)施工等一般分區(qū)進(jìn)行。④土地利用率高，建筑結(jié)構(gòu)邊線距離用地紅線很近，施工場(chǎng)地十分狹小。⑤基坑周邊一般都有道路或建筑物，環(huán)境保護(hù)要求較為嚴(yán)格。在場(chǎng)地土質(zhì)軟弱地區(qū)的此類(lèi)基坑，采用復(fù)合土釘或水泥土重力式墻支護(hù)因?yàn)橐鲇玫丶t線而受到限制，采用懸臂單排樁支護(hù)則不能滿足變形控制要求，采用單排樁加水平內(nèi)支撐既無(wú)顯著的經(jīng)濟(jì)性又影響分區(qū)施工，采用單排樁加斜支撐會(huì)有施工周期長(zhǎng)、出土困難等不利因素等等。而適當(dāng)?shù)夭捎秒p排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，則能較好地解決這些問(wèn)題，滿足工程各方面的要求。所謂雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)是指沿基坑側(cè)壁前后平行設(shè)置兩排支護(hù)樁，呈矩形或梅花形布置，并且用剛度很大的梁或板將兩排樁頂連接起來(lái)，形成門(mén)字形空間的支護(hù)結(jié)構(gòu)［1］。該結(jié)構(gòu)具有側(cè)向剛度大、位移小、穩(wěn)定性強(qiáng)、占地少、布置靈活、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)。本文具體介紹一個(gè)應(yīng)用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑工程實(shí)例。

2 工程概況

某商品住宅工程位于杭州市拱墅區(qū)，包括7幢13層～15層高層住宅和地下車(chē)庫(kù)以及若干多層商業(yè)建筑，地上建筑面積 54 609 m2，地下建筑面積19 718 m2。住宅地下室與地下車(chē)庫(kù)共同組成一層大底盤(pán)地下室。建筑結(jié)構(gòu)采用框架—抗震墻結(jié)構(gòu)體系，預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管樁作基樁，由承臺(tái)、底板和地梁等構(gòu)成基礎(chǔ)。地下室基坑長(zhǎng)×寬大約為170 m×130 m，沿長(zhǎng)570 m，面積19 124 m2。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及場(chǎng)地高程，基坑計(jì)算開(kāi)挖深度主要為6.45 m。

圖1 某商品住宅工程周邊環(huán)境示意

本工程南起后橫港，北至文嵐街，東靠小河路，西與杭州市拱墅區(qū)老年公寓及殘疾人康復(fù)就業(yè)培訓(xùn)中心相鄰，基坑周邊環(huán)境如圖1所示?；泳嘤玫丶t線情況:北側(cè)約4.9 m～7.9 m，西側(cè)約 3.0 m～3.6 m，南側(cè)約2.5 m～7.6 m，東側(cè)約2.1 m～7.2 m。工程場(chǎng)地在小河路一側(cè)2#與4#樓之間設(shè)置一大門(mén)?；又苓叺缆废路植加须娏?、污水、雨水、給水、燃?xì)?、弱電等各?lèi)管線?；游鱾?cè)距離建筑物最近約為18.0 m，南側(cè)距離后橫港最近約為17.7 m。總體上，周邊環(huán)境較為復(fù)雜，基坑距離城市主干道及地下管網(wǎng)很近，環(huán)境保護(hù)要求較高。

3 工程和水文地質(zhì)條件

工程場(chǎng)地地勢(shì)起伏小，地表較為平整，屬錢(qián)塘江三角洲湖沼積平原地貌。場(chǎng)地淺部主要土層分布及物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。第四系覆蓋層上部全新統(tǒng)土層性質(zhì)軟弱，尤其是場(chǎng)地約20 m深度范圍內(nèi)厚薄不均地分布著淤泥質(zhì)黏土，該層飽和軟土具高壓縮性、高含水量、高靈敏度、低強(qiáng)度、易流變等特性，容易使基坑發(fā)生隆起、整體滑動(dòng)、位移過(guò)大等事故。

主要土層分布及物理力學(xué)指標(biāo) 表1

場(chǎng)地淺層地下水類(lèi)型主要為雜填土層中的孔隙潛水及黏性土層中的上層滯水。豐水期潛水位埋深一般在地表下0.1 m～2.3 m。該層潛水主要受大氣降水和地表水補(bǔ)給，地下水位隨季節(jié)性有所變化。場(chǎng)地水文地質(zhì)條件較為穩(wěn)定，為黏性土分布區(qū)域，滲透系數(shù)小。場(chǎng)地深層地下水類(lèi)型為基巖裂隙水，主要處于基巖裂隙帶內(nèi)，水量較小，對(duì)本工程影響較小。場(chǎng)地南側(cè)后橫港河道深約4.0 m，常水位深約1.5 m，水流平緩。

4 基坑工程支護(hù)設(shè)計(jì)

4.1 基坑支護(hù)方案選型

根據(jù)工程地質(zhì)、開(kāi)挖深度、周邊環(huán)境、用地紅線等條件，可以判斷復(fù)合土釘或水泥土重力式墻、懸臂單排樁等支護(hù)方案不適用于本基坑工程，一般可以考慮采用單排樁加水平內(nèi)支撐的支護(hù)方案，如圖2所示。但本工程建設(shè)方要求在樁基工程全部完成后，先行并且按順序7#、6#、5#、3#樓安排工程進(jìn)度，時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，當(dāng)施工其±0.00層時(shí)，其他住宅樓和地下車(chē)庫(kù)的底板尚未澆筑。而為了施工該±0.00層，又必須拆除支撐，如此，就必然與其他施工區(qū)域的基坑支護(hù)產(chǎn)生矛盾。采用如圖2所示以及類(lèi)似支撐布置方案都會(huì)不同程度地遇到這一問(wèn)題。

圖2 支撐平面布置方案示意圖

如果分區(qū)采用單排樁加斜支撐的支護(hù)方案，則不具備可行性，主要有兩點(diǎn):①基坑周邊用地紅線以內(nèi)沒(méi)有可供挖土機(jī)械和運(yùn)輸車(chē)輛操作、行走的空間，當(dāng)斜支撐布置以后，坑邊土堤的挖除和土方的運(yùn)出等工作只能在基坑內(nèi)進(jìn)行，土方需要多次轉(zhuǎn)運(yùn)，施工速度慢。②基坑開(kāi)挖面下是淤泥質(zhì)黏土，作為地基土質(zhì)很差，而且基坑不能實(shí)現(xiàn)對(duì)稱開(kāi)挖，故利用建筑基礎(chǔ)底板結(jié)構(gòu)作為斜支撐基礎(chǔ)［2］。因本工程主樓緊靠坑邊，為了避免影響其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，而用地下車(chē)庫(kù)的底板作斜支撐基礎(chǔ)。但是，地下車(chē)庫(kù)底板施工完成以后，基坑開(kāi)挖和出土將變得很困難。因此采用單排樁加斜支撐的支護(hù)方案，是無(wú)法滿足建設(shè)方對(duì)工程進(jìn)度和成本的要求的。

在一定條件下，采用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)方案，不設(shè)支撐，基坑開(kāi)挖方便、快速，很適用于分區(qū)施工。經(jīng)過(guò)權(quán)衡和計(jì)算，從確?；雍椭苓叚h(huán)境安全穩(wěn)定以及如期完成工程節(jié)點(diǎn)等出發(fā)，基坑支護(hù)方案最終采用了雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。

4.2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

支護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面如圖3所示。

圖3 支護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面

①支護(hù)樁長(zhǎng)度如圖3，鋼筋砼鉆孔灌注樁，樁徑700 mm，砼強(qiáng)度等級(jí)C30，縱筋采用HRB400級(jí)鋼筋。樁間距1 m，前、后排支護(hù)樁中心距1.8 m，呈矩形布置。前排支護(hù)樁縱筋為6φ22，后排支護(hù)樁縱筋為12φ22。

②帷幕樁長(zhǎng)度如圖，單排水泥土攪拌樁，樁徑600 mm，樁間距450 mm，水泥摻量15%。

③在確保土體穩(wěn)定和場(chǎng)地空間允許的條件下，盡可能放坡，以減小支護(hù)結(jié)構(gòu)位移，如圖3所示。

④頂板尺寸如圖，現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，砼強(qiáng)度等級(jí)C30。達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，往下開(kāi)挖土方。

(2)支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

使用商業(yè)軟件計(jì)算內(nèi)力與位移，其計(jì)算原理采用的是“彈性支點(diǎn)法”理論，計(jì)算模式為:作用在前(后)排支護(hù)樁上的土壓力作為水平荷載，前(后)排支護(hù)樁由開(kāi)挖面(等效開(kāi)挖面)下的土體彈性作用作為支承，由此求得支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力。計(jì)算模型簡(jiǎn)圖如圖4所示，圖中H表示開(kāi)挖面深度，H1表示等效開(kāi)挖面深度。前排支護(hù)樁按開(kāi)挖面深度計(jì)算土壓力并乘以其分擔(dān)系數(shù)，后排支護(hù)樁按等效開(kāi)挖面深度計(jì)算土壓力并乘以其分擔(dān)系數(shù)。

支護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面計(jì)算結(jié)果如圖5所示。圖中，實(shí)曲線和虛曲線分別代表前排和后排支護(hù)樁的計(jì)算結(jié)果。

圖4 計(jì)算模型簡(jiǎn)圖

圖5 支護(hù)樁位移內(nèi)力圖

5 基坑工程實(shí)施和監(jiān)測(cè)

從2010年10月26日開(kāi)始，最先從7#樓西部開(kāi)挖基坑，至2011年5月8日完成全部地下室頂板澆筑、土方回填等工作，施工按既定方案進(jìn)行，完全滿足了建設(shè)方的要求。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:基坑工程實(shí)施過(guò)程平穩(wěn)順利，基坑安全，周邊環(huán)境所受影響微小，均處于安全可控的狀態(tài)。

圖6所示為支護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面的土體深層位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，均為施工至開(kāi)挖面深度(H)時(shí)的深度－位移曲線。施工場(chǎng)地十分狹窄，測(cè)斜管就設(shè)置在前排與后排支護(hù)樁之間，所測(cè)結(jié)果為前排支護(hù)樁后土體的位移。測(cè)斜管口深度為0，管口距離頂板0.5 m。從圖中可以看出:①土體位移實(shí)測(cè)值20.84 mm～29.40 mm，樁后土體實(shí)測(cè)位移曲線與樁體計(jì)算位移曲線形態(tài)接近;②土體位移大小在基坑開(kāi)挖面深度的0.5%以內(nèi)。

圖6 土體深層位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)

(1)杭州市拱墅區(qū)某商品住宅工程場(chǎng)地土質(zhì)軟弱，基坑開(kāi)挖比較深，面積比較大，周邊環(huán)境較復(fù)雜，施工工作面狹小，并且分區(qū)開(kāi)挖基坑和施工地下室。

(2)根據(jù)工程具體實(shí)施要求，通過(guò)基坑支護(hù)方案選型，具體分析了單排樁加水平內(nèi)支撐或者斜支撐的支護(hù)方案在本工程中的應(yīng)用問(wèn)題，考慮到雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和運(yùn)用于本工程所能發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)，確定基坑支護(hù)采用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。

(3)本工程施工按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)，安全、順利地實(shí)施了，并且結(jié)合基坑工程監(jiān)測(cè)結(jié)果，驗(yàn)證了雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和可行性。

(4)通過(guò)本工程實(shí)例可以看到雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑工程中的廣闊應(yīng)用前景。雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)利用前后兩排支護(hù)樁對(duì)土壓力的有效分擔(dān)，使支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布趨于合理，抗傾覆和抗滑移穩(wěn)定性得到增強(qiáng)，位移得到有效控制。根據(jù)工程具體情況和要求，采用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的方案，可不設(shè)置支撐或減少支撐設(shè)置層數(shù)，從而方便地下室結(jié)構(gòu)施工，縮短工期，節(jié)約成本。

［1］劉國(guó)彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)(第二版)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］聶慶科，梁金國(guó)，韓立君等.深基坑雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］DG/TJ08－61－2010.基坑工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］JGJ120－99.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［5］林鵬，王艷峰，范志雄等.雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在軟土基坑工程中的應(yīng)用分析［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2010(8).