——以昆明某基坑支護(hù)工程為例王國(guó)洪，劉華寧

(1.江蘇興水建設(shè)工程有限公司，江蘇南京 210001；2.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇揚(yáng)州 225003)

樁錨-土釘墻支護(hù)基坑變形特性分析

——以昆明某基坑支護(hù)工程為例王國(guó)洪1，劉華寧2

(1.江蘇興水建設(shè)工程有限公司，江蘇南京 210001；2.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇揚(yáng)州 225003)

在昆明某基坑支護(hù)工程中采用樁錨-土釘墻聯(lián)合支護(hù)體系的基坑支護(hù)方案，并對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中周邊土體水平位移、沉降及周邊建筑物處土體沉降進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析。結(jié)果表明，基坑開(kāi)挖過(guò)程中周邊土體最大水平位移接近15 mm，最大沉降接近22 mm，周邊建筑物處土體最大沉降接近20 mm，均小于變形預(yù)警值，達(dá)到基坑支護(hù)要求。

巖土力學(xué)；土釘墻；樁錨；變形；沉降；基坑監(jiān)測(cè)

土釘墻由于其造價(jià)經(jīng)濟(jì)、施工快捷簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在基坑支護(hù)工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用[1-8]。隨著土釘墻在基坑支護(hù)中的大量應(yīng)用，人們對(duì)其在基坑支護(hù)過(guò)程中的受力機(jī)理也進(jìn)行了較多的研究[9-12]。趙德剛等[9]結(jié)合實(shí)際工程，采用平面有限元程序分析了復(fù)合土釘墻和攪拌樁重力壩的變形特性，基于硬化模型模擬了土在卸荷條件下的變形特性，并在數(shù)值分析中利用強(qiáng)度折減法分析基坑開(kāi)挖后的穩(wěn)定性。秦四清等[10]基于自主開(kāi)發(fā)的SnEpFem土釘有限元分析系統(tǒng)，分析了預(yù)應(yīng)力施加位置及水平、坡面水平位移、坡頂沉降及其范圍、坑底隆起、張拉和塑性區(qū)的作用機(jī)制，并對(duì)一工程實(shí)例進(jìn)行了位移對(duì)比分析，驗(yàn)證了SnEpFem 系統(tǒng)的可靠性。宋二祥[11]對(duì)復(fù)合土釘支護(hù)中卸載條件下土體變形模式、模型參數(shù)的選用以及開(kāi)挖過(guò)程的模擬等問(wèn)題進(jìn)行了探討，并通過(guò)計(jì)算分析了水泥攪拌樁與土釘聯(lián)合形式的復(fù)合土釘支護(hù)的工作性能，加深了人們對(duì)復(fù)合土釘支護(hù)機(jī)理的理解。

目前對(duì)土釘支護(hù)的研究主要集中在其受力特點(diǎn)及破壞模式上[13-16]，對(duì)于采用土釘墻支護(hù)的基坑的周邊土體變形特征卻較少報(bào)道。采用護(hù)坡預(yù)應(yīng)力排樁加土釘墻的基坑支護(hù)形式能充分發(fā)揮護(hù)坡排樁的擋土作用，使基坑周邊土體保持穩(wěn)定，控制周邊土體變形，最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全、高效的基坑支護(hù)目的。

本文針對(duì)中國(guó)移動(dòng)云南有限公司呈貢通信生產(chǎn)樓基坑支護(hù)工程(其采用土釘墻加護(hù)坡預(yù)應(yīng)力排樁的基坑支護(hù)形式)，對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中土體的變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)基坑周邊土體變形數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)土體變形規(guī)律，并判斷基坑支護(hù)方案是否滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)其他類似工程有一定參考作用。

1 工程概況

由中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)云南有限公司興建的呈貢通信生產(chǎn)樓及區(qū)域服務(wù)中心建設(shè)工程位于昆明市呈貢區(qū)東部新城區(qū)，彩云北路西側(cè)。整個(gè)建筑根據(jù)使用要求在地上劃分為通信生產(chǎn)綜合樓、附屬樓和營(yíng)業(yè)廳3個(gè)主體, 場(chǎng)地面積約20 713.82 m2。該工程基坑開(kāi)挖邊線距離周邊市政主干道及區(qū)行政中心較近，周邊場(chǎng)地環(huán)境復(fù)雜，基坑邊線填土較厚(局部達(dá)10 m厚)，基坑平均開(kāi)挖深度接近10 m，基坑開(kāi)挖深度較大。為了減小基坑周邊位移，確保周邊道路、建筑物安全，從安全、經(jīng)濟(jì)和施工工期等因素考慮，基坑總體支護(hù)方案為土釘墻+護(hù)坡預(yù)應(yīng)力錨樁，即基坑?xùn)|側(cè)和南側(cè)采用土釘墻支護(hù)，坑周壁根據(jù)地層及地面荷載情況分段采用土釘掛網(wǎng)噴砼支護(hù)，北側(cè)和西側(cè)采用護(hù)坡排樁+土釘墻聯(lián)合支護(hù)以保護(hù)城市道路，基坑?xùn)|北角局部夾有泥炭質(zhì)土，采用護(hù)坡樁+土釘墻支護(hù)。

2 工程地質(zhì)概況

根據(jù)巖土勘察報(bào)告，勘察鉆孔揭露深度范圍內(nèi)土層，按成因類型，結(jié)合巖性與物理力學(xué)特征劃分為6個(gè)單元，6個(gè)亞層，1個(gè)透鏡體，其中對(duì)基坑支護(hù)影響較大的地層現(xiàn)自上而下分述如下。

2.1 第四系人工填土(Qml)

1)素填土：棕紅、灰黃色，由黏土組成，自由膨脹率為26%～38%。厚度為3.50～12.20 m，平均為4.65 m，整個(gè)場(chǎng)區(qū)均有分布。

2)耕植土：褐灰色，由黏土組成，含有少量植物根莖及炭屑，結(jié)構(gòu)疏松，欠固結(jié)，厚度為0.20～1.70 m，平均為0.75 m，整個(gè)場(chǎng)區(qū)均有分布。

2.2 第四系沖洪積層(Qal+pl)

黏土：棕紅、灰黃色，硬～堅(jiān)硬狀，刀切面光滑，韌性及干強(qiáng)度高，該層土具有黏土特征，平均含水率為62%，硬塑狀態(tài)。頂板埋深為4.20～9.30 m，厚度為0.50～13.40 m，平均為5.41 m，整個(gè)場(chǎng)區(qū)均有分布。

2.3 第四系沖湖積層(Qal+l)

黏土：淺灰色，硬塑～堅(jiān)硬狀，刀切面光滑，韌性及干強(qiáng)度高，頂板埋深為6.70～23.30 m，厚度為0.40～12.20 m，平均3.66 m，分布于場(chǎng)區(qū)東側(cè)。

泥炭質(zhì)土：黑色，可塑～硬塑狀，有機(jī)質(zhì)含量為27.5%，具高孔隙比(e=2.176)，高含水量(W=104.2%)，具中壓縮性(a1-2=0.45 MPa-1),局部為高壓縮性(Es1-2=7.92 MPa),頂板埋深為9.80～20.10 m，厚度為0.60～3.70 m，平均2.34 m，呈透鏡體分布于本層黏土中。

2.4 第四系殘坡積層(Qel+dl)

粉質(zhì)黏土：紫紅、棕黃色，硬～堅(jiān)硬狀，刀切面光滑，韌性及干強(qiáng)度高，頂板埋深為5.60～31.00 m，厚度為3.50～28.70 m，平均為19.89 m，整個(gè)場(chǎng)地均有分布。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，場(chǎng)地內(nèi)無(wú)地表水體。場(chǎng)地地下水類型為第四系松散層孔隙水，主要含水層有填土、黏土、粉質(zhì)黏土、泥炭質(zhì)土，無(wú)統(tǒng)一地下水水位，基坑開(kāi)挖深度為6.6～11.2 m，各土層主要物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)如表1所示。

表1 各土層主要物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表

注：表中帶*號(hào)的為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 基坑支護(hù)方案

本基坑安全等級(jí)為一級(jí)，平均開(kāi)挖深度接近10 m，考慮施工工期、工程安全及經(jīng)濟(jì)性要求，基坑支護(hù)方案采用土釘墻+護(hù)坡排樁支護(hù)形式。上部邊坡采用1∶1放坡開(kāi)挖，設(shè)置兩排土釘，雙排土釘深度方向間隔為1.5 m，水平方向間隔為1.5 m。其中上排土釘長(zhǎng)度為6 m，下排土釘長(zhǎng)度為9 m，雙排土釘傾斜角為15°。上部邊坡土釘施工結(jié)束之后對(duì)坡面噴射混凝土，噴射混凝土面層采用C20混凝土，面層厚度為100 mm，配置雙向Φ8 mm鋼筋網(wǎng)，鋼筋間距為200 mm。

由于場(chǎng)地限制及基坑穩(wěn)定性要求，基坑下部采用護(hù)坡排樁+錨索支護(hù)形式。護(hù)坡排樁為現(xiàn)澆灌注樁，樁徑為600 mm，樁頂部設(shè)置兩排預(yù)應(yīng)力錨索，錨索深度方向間隔為3.4 m，水平方向間距為3 m。其中上排錨索自由段長(zhǎng)度為6 m，錨固段長(zhǎng)度為12 m，下排錨索自由段長(zhǎng)度為6 m，錨固段長(zhǎng)度為10 m，兩排預(yù)應(yīng)力錨索傾斜角為25°。具體基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示。

圖1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

4 基坑監(jiān)測(cè)及結(jié)果分析

4.1 基坑監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)

基坑監(jiān)測(cè)是基坑信息化施工的重要保障，通過(guò)基坑監(jiān)測(cè)可以實(shí)時(shí)了解基坑穩(wěn)定狀態(tài)，并依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整基坑施工手段，確保周邊建構(gòu)筑物、道路及施工人員的安全。

依據(jù)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，在基坑周邊15～20 m布置沉降觀測(cè)點(diǎn)，并在周邊建構(gòu)筑物、道路上布置沉降觀測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)在基坑施工過(guò)程中周邊環(huán)境的變化，保證基坑自身及臨近建構(gòu)筑物的安全穩(wěn)定性，另外在基坑邊緣2.5，4 m處打設(shè)2個(gè)測(cè)斜孔以觀測(cè)基坑開(kāi)挖過(guò)程中土體深度方向水平位移變化情況?；颖O(jiān)測(cè)頻率為2天，若遇暴雨及異常情況，加密監(jiān)測(cè)頻率。

本基坑工程安全等級(jí)為一級(jí)，依據(jù)工程規(guī)范[17]，墻頂豎向位移報(bào)警值為45 mm，水平位移報(bào)警值為35 mm，基坑周邊沉降預(yù)警值為25 mm?；颖O(jiān)測(cè)資料及時(shí)報(bào)施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位，當(dāng)變形值過(guò)大或變形速率過(guò)快時(shí)，應(yīng)立即分析處理，并采取相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案措施，基坑變形控制要求見(jiàn)表2。

表2 基坑監(jiān)測(cè)要求

本基坑監(jiān)測(cè)在基坑北側(cè)區(qū)域布置了5個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，編號(hào)分別為N-1—N-5，在基坑南側(cè)區(qū)域布置了5個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，分別為S-1—S-5，此外，在基坑北邊界及南邊界布置了2個(gè)測(cè)斜孔，分別為C-1，C-2，其中C-1距離基坑邊界為2 m，C-2觀測(cè)點(diǎn)距基坑邊界為4.5 m。為了分析基坑開(kāi)挖對(duì)周邊建筑物的影響，在基坑西側(cè)兩棟建筑物周邊，分別布置了5個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)編號(hào)分別為NJ-1—NJ-5，SJ-1—SJ-5。具體沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)及測(cè)斜孔布置圖見(jiàn)圖2。

圖2 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置平面圖

4.2 基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果

4.2.1 基坑周邊土體水平位移

為了分析在基坑開(kāi)挖過(guò)程中周邊土體深度方向水平位移的大小，在基坑北邊界及南邊界設(shè)置2個(gè)測(cè)斜孔，測(cè)斜孔距離基坑開(kāi)挖邊緣分別為2.5，4 m。兩側(cè)斜孔水平位移圖如圖3和圖4所示，需要說(shuō)明的是，圖中所指的水平位移為測(cè)斜孔絕對(duì)位移，實(shí)際土體水平位移為不同日期絕對(duì)位移差值。

圖3 C-1測(cè)點(diǎn)水平位移圖

圖4 C-2測(cè)點(diǎn)水平位移圖

從圖3和圖4可以看出，隨著基坑開(kāi)挖深度的不斷增大，基坑周邊土體水平位移不斷增加，且距基坑邊緣4.5 m處的觀測(cè)點(diǎn)其水平位移大小要小于距基坑邊緣2.5 m處水平位移觀測(cè)點(diǎn)。對(duì)于C-1測(cè)斜孔，在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)土體最大水平位移接近15 mm，而C-2孔在監(jiān)測(cè)期間內(nèi)最大水平位移僅有5 mm左右，兩孔最大水平位移均位于地表面。

施工開(kāi)挖步驟對(duì)水平位移變化速率有著重要影響，在基坑開(kāi)挖初期，由于是采用放坡開(kāi)挖加土釘支護(hù)的形式進(jìn)行基坑支護(hù)，基坑周邊上部土體水平位移速率變化較快。到2012-02-05之后，土釘墻支護(hù)已經(jīng)施工完成，基坑開(kāi)始進(jìn)行排樁下方土方開(kāi)挖。由于排樁加錨索的支護(hù)形式其支護(hù)剛度大，周邊土體水平位移變化較小，土體水平位移主要集中在基坑土釘支護(hù)深度范圍內(nèi)，主要是由周邊道路車輛荷載及場(chǎng)地內(nèi)一些零星堆載所引起，排樁支護(hù)深度范圍內(nèi)土體水平位移變化很小。

對(duì)于C-2測(cè)斜孔而言，其水平位移變化規(guī)律與C-1孔基本一致，但由于其距基坑開(kāi)挖邊緣較遠(yuǎn)，其土體水平位移值較小。此外需要說(shuō)明的是，由于施工操作的影響，C-2測(cè)斜孔在后期遭到破壞，無(wú)法獲得排樁下土方開(kāi)挖過(guò)程中土體的水平位移觀測(cè)數(shù)據(jù)。

根據(jù)對(duì)基坑開(kāi)挖中土體水平位移的分析，土體在開(kāi)挖過(guò)程中最大水平位移均未超過(guò)監(jiān)測(cè)預(yù)警值20 mm，表明采用土釘+護(hù)坡排樁的基坑支護(hù)形式，達(dá)到了基坑支護(hù)要求。

4.2.2 基坑周邊土體豎向沉降

基坑開(kāi)挖引起周邊土體沉降如圖5—圖6所示，由于基坑面積較大，在基坑北側(cè)區(qū)域布置沉降觀測(cè)點(diǎn)5個(gè)，在基坑南側(cè)布置沉降觀測(cè)點(diǎn)5個(gè)，沉降觀測(cè)點(diǎn)位置分布見(jiàn)圖2。

圖5 基坑北側(cè)土體沉降曲線

圖6 基坑南側(cè)土體沉降曲線

從圖中可以看出，基坑開(kāi)挖引起的土體沉降主要集中在土釘墻施工階段，在這一階段土體沉降速率較大，對(duì)于北側(cè)基坑周邊土體而言，其最大沉降值為19 mm，位于N-5觀測(cè)點(diǎn)附近，南側(cè)基坑周邊土體最大沉降值為22 mm，位于S-5觀測(cè)點(diǎn)附近。

在土釘墻支護(hù)階段，由于采用開(kāi)挖放坡的形式，土釘墻剛度相對(duì)較小，土體沉降速率較大，在排樁下方土體開(kāi)挖階段，由于排樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)剛度較大，土體沉降區(qū)域穩(wěn)定，土體變形較小。為了監(jiān)測(cè)基坑開(kāi)挖對(duì)基坑北側(cè)主干道的影響，在主干道外側(cè)布置沉降觀測(cè)點(diǎn)N-1，從該點(diǎn)土體沉降曲線來(lái)看，由于該觀測(cè)點(diǎn)距基坑開(kāi)挖距離較遠(yuǎn)，該處土體最大沉降為5 mm，說(shuō)明基坑開(kāi)挖對(duì)主干道的正常運(yùn)營(yíng)影響較小，滿足變形要求。

基坑南北兩側(cè)土體最大沉降點(diǎn)分別位于觀測(cè)點(diǎn)S-5，N-5，這可能是因?yàn)樵谠摬课换有螤钭兓町愝^大，拐角較多，且土釘墻支護(hù)深度較深，支護(hù)剛度較小，綜合以上因素考慮，在該部位基坑周邊土體沉降較大。

根據(jù)對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中周邊土體沉降的分析，土體在開(kāi)挖過(guò)程中最大水平位移均未超過(guò)監(jiān)測(cè)預(yù)警值25 mm，表明本工程所采用的基坑支護(hù)形式，達(dá)到了基坑變形控制要求。

4.2.3 周邊建筑物土體豎向沉降

為了分析基坑開(kāi)挖對(duì)周邊建筑物的影響，在基坑西側(cè)兩棟建筑物周邊分別布置了5個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)周邊建筑物處土體沉降變化情況，建筑物沉降觀測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2。兩棟建筑物處土體沉降變化曲線如圖7和圖8所示。

圖7 北側(cè)建筑物周邊土體沉降圖

圖8 南側(cè)建筑物周邊土體沉降圖

從圖7和圖8可以看出，由于2棟建筑物距離基坑開(kāi)挖邊緣較近，其周邊土體變形值也較大，最大變形值接近20 mm，但均小于沉降預(yù)警值。與基坑周邊土體沉降變形規(guī)律一致，土體沉降變化較大階段主要集中在土釘墻支護(hù)階段，在護(hù)坡排樁下部土體開(kāi)挖階段，土體沉降基本保持穩(wěn)定。從圖中還可以看出，雖然建筑物周邊各監(jiān)測(cè)點(diǎn)土體沉降規(guī)律基本一致，但不同觀測(cè)點(diǎn)處土體沉降值差別較大，總體表現(xiàn)為距離基坑開(kāi)挖邊緣越近，土體沉降值越大，因此在基坑開(kāi)挖過(guò)程中不僅需要對(duì)周邊建筑物周邊土體絕對(duì)沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還需對(duì)建筑物周邊土體差異沉降進(jìn)行分析，從而確保在基坑開(kāi)挖過(guò)程中周邊建筑物的穩(wěn)定性。

5 結(jié) 語(yǔ)

1)采用土釘墻+護(hù)坡排樁基坑支護(hù)形式，基坑周邊土體變形主要集中在土釘墻施工階段內(nèi)，排樁下部土體開(kāi)挖階段基坑變形較小，因此在基坑施工過(guò)程中需重點(diǎn)關(guān)注初期土釘墻施工階段基坑周邊土體變形狀況，確保工程施工的順利進(jìn)行。

2)在本基坑開(kāi)挖過(guò)程中，基坑周邊土體水平位移、沉降值及周邊建筑物土體沉降值均小于預(yù)警變形值，表明采用土釘墻+護(hù)坡排樁的支護(hù)形式周邊土體變形可控，滿足支護(hù)要求。

3)在地下水位較低的場(chǎng)地中，土釘墻+護(hù)坡排樁基坑支護(hù)方式施工速度較快，支護(hù)效果較好，工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)，適用于開(kāi)挖深度在10 m以內(nèi)的基坑。

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Deformation analysis of foundation pit supported by soil nailing wall-anchored pile system:

Taking a foundation pit excavation project in Kunming as exampleWANG Guohong1, LIU Huaning2

(1.Jiangsu Xingshui Jianshe Gongcheng LTD, Nanjing, Jiangsu 210001, China; 2. Jiangsu Hydraulic Engineering Construction Company LTD, Yangzhou, Jiangsu 225003, China)

The supporting scheme of soil nailing wall combined with anchored pile was applied in a foundation pit excavation project in Kunming. The soil horizontal displacement and soil settlement around the foundation pit, and the soil settlement near the adjacent buildings were monitored and analyzed. The result shows that the maximum horizontal displacement is about 20 mm, the maximum soil settlement is 22 mm, and the soil settlement near the adjacent buildings is about 20 mm. All the soil deformation values are smaller than the prewarning value, showing that the scheme meets the foundation excavation requirement.

rock and soil mechanics; soil nailing wall; anchored pile; deformation; settlement; foundation pit monitoring

1008-1534(2015)06-0503-06

2015-06-15;

2015-09-10；責(zé)任編輯：馮 民

王國(guó)洪(1967—)，男，江蘇丹陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事工程施工方面的研究。

E-mail:497171320@qq.com

TU413

A

10.7535/hbgykj.2015yx06007

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