方山耀, 曾　執(zhí), 鄧　薇

(湖北省地質(zhì)局 武漢水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊,湖北 武漢　430051)

0　引言

武漢市竹葉山、三眼橋路、香港路、新華下路一帶被稱為武漢地基工程的“百慕大三角區(qū)”。該地段的基坑工程事故頻發(fā),基本原因是地質(zhì)條件極差,沉積了厚度達(dá)14～19 m的淤泥或淤泥質(zhì)土,該類土具觸變性、流變性、高靈敏度等。

1　工程概況

本項目主要為 1棟 51層高層辦公樓(A棟，含 5層裙樓,結(jié)構(gòu)類型為框架核心筒)及 3棟 39層小戶型公寓(B1、B2、B3棟,結(jié)構(gòu)類型為框架剪力墻),滿鋪地下室,規(guī)劃用地面積 25 011 m2,總建筑面積 236 613.9 m2。采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

建筑±0.000高程為21.70 m,設(shè)四層地下室?；由疃?8.45～22.85 m,基坑支護(hù)面積約15 698.0 m2,基坑周長633.53 m*武漢地質(zhì)工程勘察院，中華城商業(yè)社區(qū)一期地下室基坑支護(hù)設(shè)計書,2010。?；影踩燃墳橐患?。

2　環(huán)境地質(zhì)條件

場地位于武漢市江漢區(qū),北鄰香港路，東臨建設(shè)大道,周邊環(huán)境較為緊張。地貌單元屬長江沖積一級階地,場區(qū)地勢較為平坦,地面高程在20.15～20.61 m之間。

2.1　地層*武漢市勘測設(shè)計研究院，中華城商業(yè)社區(qū)一期巖土工程勘察報告書,2009。

表1　場地土主要物理力學(xué)參數(shù)一覽表Table 1　Schedule of main physical and mechanical parameters of site soil

2.2　水文地質(zhì)條件

場區(qū)地下水按賦存條件及含水層性質(zhì)可分為上層滯水和孔隙承壓水,上層滯水賦存于人工填土中,無統(tǒng)一自由水面,其水位變化較大,勘察期間實測上層滯水的靜止水位位于自然地面下0.6～1.5 m,水量隨大氣降水及地表排水強度波動,總體有限,但不容忽視?？紫冻袎核x存于場地下部的⑤層砂土中,與長江有較密切的水力聯(lián)系,其水位變化幅度受長江水位漲落影響,年變幅3.0～4.0 m,標(biāo)高17.0～21.0 m左右,水量較大?；娱_挖已挖到砂層,需采取井點降水(圖1)。

3　設(shè)計思路

3.1　基坑特點分析

(1) 基坑開挖深度大，其深度在18.45～22.85 m。

(2) 基坑開挖深度范圍內(nèi)軟土層厚度巨大:第①層填土,結(jié)構(gòu)十分松散,土質(zhì)不均勻；②層淤泥,流塑狀,工程性能差,對基坑的穩(wěn)定極為不利。

(3) 基坑周邊環(huán)境條件及支護(hù)方式的選擇?；娱_挖面積大,平面不規(guī)則,開挖深度大,周邊環(huán)境條件差(要求基坑變形小),且地質(zhì)條件極差。綜合考慮地質(zhì)條件、建設(shè)周期、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)、施工可行性、對周邊環(huán)境及結(jié)構(gòu)施工影響等因素,經(jīng)過多次專家論證,最終確定基坑支護(hù)方案為:基坑上部放坡0.6 m,采用大直徑樁+三層混凝土支撐+淺層被動區(qū)換土、坑內(nèi)局部高噴樁加固的支護(hù)方案,同時在樁間高壓噴旋樁(到基巖面)和單獨高壓噴旋樁止水配合深井降水的水處理方案。支撐平面布置見圖2。

圖1　典型地質(zhì)剖面圖Fig.1　Profile of typical geology

圖2　基坑支護(hù)平面圖Fig.2　Planar graph of foundation pit support

3.2　鄰近基坑工程概況

漢口香港路一帶有深厚流塑狀淤泥或淤泥質(zhì)粘土,系湖塘相沉積物,強度很低,對基坑的穩(wěn)定十分不利,此地區(qū)是基坑事故的多發(fā)區(qū)。前期有橋苑小區(qū)B棟(18層樓已拆除)等多個基坑工程周邊出現(xiàn)較大變形。一般來說,建設(shè)大道及漢口香港路一帶的一、二層地下室的基坑被動區(qū)在淤泥層中,容易引發(fā)基坑事故。一層地下室基坑不需降水,二層地下室基坑需降水,但降水幅度小。開挖10 m左右,電梯間深12～14 m,降水引起的沉降實際為40～60 mm。國貿(mào)大廈基坑的降水幅度與本工程類似,降幅16.0 m,設(shè)計布置17口排量為1 920 m3/d的降水井,降水引起的沉降實際為72.28～97.15 mm。

3.3　擋土結(jié)構(gòu)選型

鉆孔灌注樁是目前武漢市基坑支護(hù)最常用的擋土方式,工程經(jīng)驗多,理論計算方法也比較成熟。不受場地和地層條件限制,安全,質(zhì)量易控制。

地下連續(xù)墻是武漢地區(qū)基坑支護(hù)采用較多的另外一種方式,可以三墻合一,既擋土又防水,還可直接作為地下室外墻,但由于場地存在厚度巨大的淤泥,地下連續(xù)墻必須先施工導(dǎo)墻,兩側(cè)的導(dǎo)墻須達(dá)到淤泥層底以下,否則在施工地下連續(xù)墻時極易引起周邊地面塌陷。一般情況下矩形截面的自穩(wěn)性低于圓形,成樁性能比圓形狀差。地下連續(xù)墻部分替代地下室內(nèi)墻可能得不償失,總造價大于樁支護(hù)+側(cè)壁防水+地下室外墻三項。因此,不宜選擇造價高昂的地下連續(xù)墻。

3.4　淺層被動區(qū)換土

基坑淺部存在厚層軟土,三層混凝土內(nèi)支撐均位于淤泥或淤泥質(zhì)土層中,這類軟土的強度不滿足混凝土梁支模的要求,極易造成混凝土梁支模變形。采取局部換填的辦法,在每層支撐梁下采用建筑磚渣擠密換土,該方法材料費用低,效果好,能保證混凝土梁的澆筑質(zhì)量。

4　地下水處理

4.1　基坑側(cè)壁止水方案

填土中上層滯水量有限,水壓力小,工程實踐證明,施工噴錨(土釘)網(wǎng)時采取分段開挖引流措施、分段噴錨掛網(wǎng)護(hù)面止水,一般能保證順利開挖填土層。

側(cè)壁的淤泥質(zhì)粘土局部地段底部夾不均勻粉土薄層,基坑底部接近粉砂。粉土、粉砂結(jié)構(gòu)松散,透水性強,易發(fā)生水土流失,引發(fā)地面沉陷,需要設(shè)置側(cè)壁止水。由于降深大,側(cè)壁止水深度盡可能深一些。止水方法常見的為攪拌樁、花管壓注水泥漿,其止水效果難以保證,側(cè)壁隔水帷幕選用高壓旋噴樁。高壓旋噴樁的止水性能遠(yuǎn)高于攪拌樁,其施工受深度影響較小,但工藝要求較高,造價相對較高。

4.2　基坑降水方案

場地離長江很近,水量很豐富,本場區(qū)承壓含水層頂板埋深15.4～21.7 m,基坑開挖深度18.5～22.9 m,底高程為2.65～-1.15 m,已挖到含水層,必須進(jìn)行基坑降水,且降幅較大。枯水季節(jié),設(shè)防的承壓水位17.0 m；豐水季節(jié),設(shè)防的承壓水位20.0 m。采取深井降水。共設(shè)有32口降水井,井徑650 mm,單井抽水量1 920 m3/d。

4.3　基坑降水對環(huán)境的影響

對降幅不大(13～14 m 以內(nèi))的淺、中基坑,中深井降水是武漢地區(qū)目前應(yīng)用較多的承壓水處理方法。軟土區(qū)沉降率約為降水1m 產(chǎn)生沉降0.3～0.5 cm?；右酝?0 倍降深處的沉降約為基坑邊緣最大沉降的45%左右,地面傾斜率多數(shù)在1‰以內(nèi),個別地面傾斜率可能達(dá)到1.5‰?？刂坪傲啃∮谑f分之一,對周邊環(huán)境影響很小。本場區(qū)降幅19～21 m,降幅較大,在深厚軟土層降水,預(yù)測基坑周邊的沉降100～120 mm。對降水影響半徑內(nèi)的周邊環(huán)境影響較大。

4.4　解決降水對環(huán)境影響的辦法

解決沉降過大的方法有封底、落地式帷幕。該類工程實例主要有泰合廣場和世貿(mào)廣場,兩工程均為二層地下室,最大的開挖深度在14 m 以內(nèi)。采用高壓旋噴或擺噴工藝,但泰合廣場和世貿(mào)廣場基坑的封底或落地式帷幕并不完全成功,最后都補打降水井才得以開挖到底。主要原因是:高噴樁偏斜過大或高噴或擺噴直徑達(dá)不到設(shè)計取值,封底難以保證重疊系數(shù)。側(cè)封時,底部砂層強度高,止水樁易偏斜,難以保證重疊系數(shù)。另一方面高噴工藝要求高,準(zhǔn)確定位和保證連續(xù)供漿非常關(guān)鍵。綜上所述,本方案采取支護(hù)樁和樁間高噴樁形成落地式帷幕,再配合深井降水的方法。

5　基坑支護(hù)設(shè)計

5.1　支護(hù)樁設(shè)計

為限制樁頂位移,采用鉆孔灌注樁加3層內(nèi)支撐的支護(hù)方法,支護(hù)樁采用大直徑鉆孔灌注樁,樁徑為1 500 mm,樁端深入到基巖一定深度,砼標(biāo)號C30,樁間距1.7 m,樁頂用冠梁連結(jié),冠梁高800 mm。

5.2　內(nèi)支撐設(shè)計

選用角撐+對頂式對撐,場地土壓力大,為保持支撐密度,冠梁和腰梁上的支撐跨度一般≤9 m。一層支撐采用C30混凝土,主撐截面:寬×高=800×800,聯(lián)系撐截面:寬×高=400×600。二層、三層支撐采用C40混凝土,主撐截面:寬×高=1 000×800,次撐截面:寬×高=800×800,聯(lián)系撐截面:寬×高=400×600。

支撐梁截面已考慮自重、次撐自重、附加荷載、溫度應(yīng)力、安裝偏差及桿件細(xì)長比的折減系數(shù)等影響,依據(jù)變形特點確定。典型支護(hù)斷面設(shè)計見圖3。

5.3　豎向支撐體設(shè)計

支撐重量按1/2分擔(dān)法[1]確定,樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值=支撐自重+偏心荷載。其中最大的支撐自重=支撐重量+鋼立架重量+支撐活載+偏心荷載,偏心荷載取支撐力的0.1。支墩形式采取鉆孔灌注樁及鋼架,鉆孔灌注樁砼C30,直徑1 000 mm,主筋保護(hù)層50 mm,支撐樁凈長30 m,豎向井字形鋼架,一層撐鋼架采用4支16#×12角鋼。綴板厚10 mm,寬200 mm。二層、三層鋼架采用8支16#角鋼,厚12 mm。

5.4　換撐設(shè)計

為不影響地下結(jié)構(gòu)的施工,須換撐施工。換撐過程是:地下室建筑梁板達(dá)到強度后,利用地下室梁板作為支撐點,加設(shè)換撐以便代替支撐,換撐具強度后,拆除支撐。換撐設(shè)于地下各層樓面和支撐樁之間,換撐采用吊筋和預(yù)埋鋼筋固定。本工程地下室外墻空間小,適合采用逐樁換撐;換撐剖面0.4 m×0.3 m,換撐間距1.7 m。在一期與二期之間換撐,一期換撐時,加設(shè)換撐頂?shù)蕉诘耐叨葍?nèi)支撐上,二期換撐時將采用槽鋼頂?shù)揭呀ǔ傻牧硪粋?cè)的地下室建筑梁板作為支撐點,然后再逐樁換撐。

5.5　出土棧橋設(shè)計

本基坑挖深大,土層極軟,深厚軟土區(qū)出土也是難點。土方運輸采用出土棧橋,車輛按重載考慮,棧橋采取鉆孔灌注樁,嵌巖樁基,部分利用工程樁,棧橋采取現(xiàn)澆C30混凝土,橋面平冠梁頂,進(jìn)入基坑內(nèi)長21.5 m,寬11.2 m,板厚0.4 m。車輛行使在坑內(nèi)道路上采取建筑垃圾墊路,分層開挖,最后采取小型挖機,垂直出土收尾,清除棧橋下的余土。

圖3　典型支護(hù)斷面圖Fig.3　Section of representative for foundation excavation

6　監(jiān)測結(jié)果

本基坑工程已竣工二年多,在施工中基本保持了基坑底干燥,施工作業(yè)順利?；幼罱K監(jiān)測可見,支護(hù)樁水平位移為25～35 mm*湖北萬鈞工程技術(shù)有限責(zé)任公司，中華城商業(yè)社區(qū)一期基坑變形監(jiān)測報告，2011。,支護(hù)樁頂沉降量為16.8～27.4 mm,周邊建筑最大沉降32.5 mm,周邊道路最大沉降38.2 mm;支護(hù)樁體深層變形主要集中在樁頂;內(nèi)支撐桿件的軸向受力處于受控狀態(tài)。在整個基坑開挖和基礎(chǔ)施工過程中,支護(hù)系統(tǒng)及周邊環(huán)境安全、穩(wěn)定。

7　結(jié)語

本工程采取鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐的支護(hù)體系較好地解決了深厚淤泥地段超深基坑的支護(hù)問題，結(jié)束了武漢深厚軟土地帶不能開挖超深基坑的歷史。根據(jù)本項目的成功實施可初步歸納為以下幾點:

(1) 淺層被動區(qū)換土的辦法有效地減少了樁的側(cè)向位移,同時防止了內(nèi)支撐梁的垂向變形,保證了支護(hù)體系的整體受力狀態(tài),內(nèi)支撐桿件不產(chǎn)生過大的偏心荷載。

(2) 在砂礫層中落地式超深帷幕的施工,采取鉆孔灌注樁的施工方法,用素混凝土樁加高壓旋噴樁止水效果良好,基本保持了基坑底有干燥的作業(yè)環(huán)境。

(3) 在深厚淤泥或軟土地區(qū)的超深基坑,采取鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐的支護(hù)體系可以很好地解決基坑穩(wěn)定問題,可以取代造價高昂的地下連續(xù)墻。

(4) 對于超大超深基坑采取多層桁架式對頂撐加角撐是一種受力明確、施工簡明的內(nèi)支撐體系,可以逐樁換撐,施工較靈活。

本工程實例是對深厚淤泥地段超深基坑支護(hù)方法的嘗試,較好地解決了深厚淤泥地段超深基坑的支護(hù)問題。為以后類似的基坑工程提供了經(jīng)驗,本基坑支護(hù)工程采取的工法縮短了施工周期,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,可為類似基坑支護(hù)設(shè)計提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]DB42/T159—2012，湖北省深基坑工程技術(shù)規(guī)定[S].