李濤濤

(河北大學建筑工程學院，河北保定 071002)

多種支護型式在深基坑工程中的組合應(yīng)用

李濤濤

(河北大學建筑工程學院，河北保定 071002)

結(jié)合邢臺市某工程的地質(zhì)條件，比選出了基坑支護方案，并從基坑超載、樁錨支護、土釘墻支護等方面，闡述了基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計技術(shù)，經(jīng)基坑監(jiān)測結(jié)果表明，基坑周圍土體、支護結(jié)構(gòu)、管線、道路、房屋的變形均滿足要求。

基坑，支護結(jié)構(gòu)，土釘墻，錨索

為了在城市中建筑地下結(jié)構(gòu)，需要對開挖的基坑采用合適的支護形式?，F(xiàn)在城市區(qū)域基坑深度和平面尺寸越來越大、幾何尺寸變得不規(guī)則，加上基坑周邊有密集的建(構(gòu))筑物、地下管線及道路等，基坑工程的設(shè)計和施工變得越來越復(fù)雜［1］。單一支護結(jié)構(gòu)已不能滿足復(fù)雜基坑的要求，需要靈活采用組合支護方案。

1 基坑支護的現(xiàn)狀

深基坑常見的支護形式主要有:放坡開挖、土釘支護、地下連續(xù)墻、排樁支護、懸臂式、內(nèi)撐式、拉錨式、逆作法等［2］?，F(xiàn)在出現(xiàn)了SMW工法［3］、TRD工法［4］等深基坑新的支護技術(shù)。不同的支護方式，具有很大支護性能、造價等方面的差異。在選擇基坑支護方案時需要考慮土體及水文地質(zhì)條件、地下結(jié)構(gòu)及施工的要求、周邊環(huán)境的要求、經(jīng)濟指標、當?shù)氐募夹g(shù)水平及習慣等因素，針對不同復(fù)雜情況的基坑，需要靈活使用支護結(jié)構(gòu)形式和施工技術(shù)。

2 工程概況

2.1 工程簡介

本文分析的工程項目位于邢臺市。主樓的占地面積為57 m× 38 m，地上建筑有2層～10層，高度在9.9 m～50.4 m之間，結(jié)構(gòu)是框架剪力墻結(jié)構(gòu)。該工程建筑物的主樓有1層地下車庫。建筑物的基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)。該工程項目深基坑的空間尺寸:南北方向的長度約為80 m，東西方向的寬度約為60 m，開挖的基坑深度為10.3 m。

基坑北側(cè)距離基坑下口線8.5 m處有埋深為1.5 m，直徑為160 mm的PE天然氣管道?；颖眰?cè)距離基坑下口線9.5 m處有埋深為1.0 m的高壓線桿和變電站。基坑北側(cè)距離基坑下口線10.0 m處有寬度為14 m的道路。基坑北側(cè)距離基坑下口線13.5 m、道路下有埋深為2.8 m、直徑為500 mm的污水混凝土管?；幽蟼?cè)距離基坑下口線4.5 m～8.5 m有圍墻。緊貼圍墻內(nèi)側(cè)有四排并列、直徑為200 mm的熱力管線。用埋深為1.0 m支架將管線架高2.5 m。圍墻外側(cè)0.5 m有1層食堂和餐廳，無化糞池、污排水管道等地下構(gòu)筑物或管道?；游鱾?cè)距離基坑下口線5.5 m處有3棟6層住宅樓、2棟1層儲藏室。其中磚混結(jié)構(gòu)住宅樓的條形基礎(chǔ)埋深為1.9 m?；訓|側(cè)現(xiàn)有1層樓房，基坑施工前需要拆除。其他位置1.5倍基坑深度范圍內(nèi)地上無建筑物、構(gòu)筑物，地下無管線等?；悠矫娌贾脠D見圖1。

2.2 工程地質(zhì)條件

擬建場地屬太行山山前沖洪積平原區(qū)，地勢較為平坦。該場地地質(zhì)構(gòu)造較簡單，無發(fā)震斷裂。場地及其附近沒有發(fā)現(xiàn)巖溶、土洞、塌陷、泥石流、采空區(qū)等不良地質(zhì)作用，也不存在影響地基穩(wěn)定性的邊坡、陡坡和局部軟弱的土層，沒有發(fā)現(xiàn)古河道、溝浜、墓穴、防空洞、孤石等對工程不利的埋藏物。場地基本穩(wěn)定，較適宜建筑。

圖1 基坑平面布置圖

該場地在勘察深度范圍內(nèi)，穩(wěn)定孔隙潛水的水位為16.4 m～16.9 m。場地類別為Ⅲ類，是建筑抗震一般地段。該場地不存在地震液化現(xiàn)象。經(jīng)調(diào)查本場地及附近未發(fā)現(xiàn)污染源，根據(jù)水質(zhì)、土層性質(zhì)的分析，地下水、地基土均對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)有微腐蝕性。

根據(jù)鉆探資料，將場區(qū)第四系沖、洪積土層自上而下進行劃分。通過試驗結(jié)果、當?shù)毓こ探?jīng)驗，確定各個土層的主要物理力學指標，見表1。地層分布連續(xù)，厚度較穩(wěn)定。

表1 土層的主要物理力學指標

3 方案選定

根據(jù)基坑的周圍環(huán)境，將基坑劃分為三個區(qū)域，見圖1?；拥纳疃群艽?，區(qū)域三如果采用放坡的形式，在滿足邊坡穩(wěn)定性的條件下，要求坡壁周圍有很大的場地。在土體中插入土釘，土釘與土體通過灌漿的作用將兩者結(jié)合成了一個整體，能有效提高土體的整體強度。土釘墻支護形式比單純的放坡更加節(jié)省場地、更加安全。該基坑區(qū)域三坡壁周圍建筑物、管線等離基坑有一定距離，基坑側(cè)壁安全等級為Ⅱ級。雖然基坑的東南角距離建筑物很近，但是這部分平面形狀為圓弧形。圓弧形的基坑坡壁的空間效應(yīng)明顯，有利于基坑的穩(wěn)定［5］。該場區(qū)的地層允許采用放坡的土釘墻支護形式。

基坑區(qū)域一、二坡壁周圍有距離很近、需要保護的建筑物，基坑側(cè)壁安全等級為Ⅰ級。這兩個區(qū)域土釘墻支護不能很好地控制基坑的變形。若針對該工程采用重力式擋土墻，工程造價太大。結(jié)合當?shù)毓こ探?jīng)驗，可以考慮利用護坡樁進行基坑的支護。單純護坡樁的直徑大、配筋強度高、工程造價高，不利于基坑變形的控制［6］。這兩個區(qū)域坡壁周圍允許設(shè)置錨桿，為了便于地下結(jié)構(gòu)的施工，選擇單排樁加多層預(yù)應(yīng)力錨索進行基坑的支護。

4 支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計

4.1 基坑超載

在進行基坑各個區(qū)域支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，需要分別考慮不同區(qū)域周圍實際的荷載情況?；悠卤谥車腥撕奢d5 kPa。道路和街道中間部分的荷載按20 kPa考慮。街道的荷載按25 kPa考慮。6層住宅樓對地基的豎向荷載按110 kPa考慮。本文支護結(jié)構(gòu)設(shè)計時，利用荷載的位置見圖1，具體的荷載參數(shù)見表2。

表2 基坑附加荷載標準值

4.2 樁錨支護

在進行樁錨支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，分別對擋土結(jié)構(gòu)、錨拉結(jié)構(gòu)(錨桿、冠梁)進行分析。土、錨桿對護坡樁按彈性支座的作用考慮［7］。同一坡面按最危險的土層、荷載情況進行平面分析。按照規(guī)范［2］及經(jīng)驗，首先選定支護結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后分別驗算圓弧穩(wěn)定性、護坡樁抗傾覆性穩(wěn)定性、錨桿受拉和抗拔穩(wěn)定性、坑底土體抗隆起穩(wěn)定性。

基坑整個區(qū)域面層均設(shè)置φ8@180 mm×180 mm鋼筋網(wǎng)、噴射80 mm厚C20細石混凝土。基坑區(qū)域一、二上部1.5 m按1∶1放坡;護坡樁的直徑0.6 m、長度18 m，混凝土強度C30，加強箍筋是間距2 000 mm、直徑14 mm的HPB335型鋼筋?；訁^(qū)域一、二樁頂冠梁見圖2。

圖2 樁頂冠梁配筋

區(qū)域一樁的嵌固深度為9.2 m，水平間距為1.2 m。區(qū)域一樁選14根直徑為25 mm的HRB400型鋼筋作為縱向鋼筋，選間距140 mm、直徑8 mm的HPB300型鋼筋作為箍筋。區(qū)域二樁的嵌固深度為8.2 m，水平間距為1.5 m。區(qū)域二樁選17根直徑為25 mm的HRB400型鋼筋作為縱向鋼筋，選間距 110 mm、直徑8 mm的HPB300型鋼筋作為箍筋。錨索的參數(shù)見表3。

表3 錨索設(shè)計參數(shù)

區(qū)域一、二錨索抗拔安全系數(shù)按1.8設(shè)計。區(qū)域一、二各個工況下，護坡樁最小抗傾覆安全系數(shù)都大于1.25，滿足規(guī)范要求。區(qū)域一整體穩(wěn)定性安全系數(shù)1.650＞1.4。區(qū)域一樁支護底部，驗算抗隆起安全系數(shù)8.793＞1.8，抗隆起穩(wěn)定性滿足。區(qū)域一計算得到最大的水平位移為28.17 mm，最大的豎向位移為19 mm。

區(qū)域二整體穩(wěn)定性安全系數(shù)1.825＞1.4。區(qū)域二樁支護底部，驗算抗隆起安全系數(shù)10.355＞1.8，抗隆起穩(wěn)定性滿足要求。區(qū)域二計算得到最大的水平位移為26 mm，最大的豎向位移為23 mm，均滿足規(guī)范要求［2］。

4.3 土釘墻支護

基坑區(qū)域三上部1.5 m按1∶1放坡，1.5 m以下坡角為57°。沿邊坡總共設(shè)置7道土釘。第一排土釘?shù)臉烁邽椋?.7 m，各排土釘?shù)呢Q向間距為1.3 m。第1道土釘長度8.5 m，第2道，3道土釘長度8 m，第4道土釘長度7.5 m，第5道，6道土釘長度7 m，第7道土釘長度5.5 m。土釘選用直徑為18 mm的HRB400型鋼筋，水平間距為1.2 m，傾角為15°，鉆孔直徑為110 mm。土釘?shù)淖{材料是水灰比為0.5～0.55的水泥凈漿，水泥采用32.5礦渣水泥，采用壓力注漿。借助圓弧滑動條分方法驗算得到，各個工況下內(nèi)部穩(wěn)定性系數(shù)大于1.3。土釘局部抗拔穩(wěn)定性系數(shù)大于1.6。

5 支護效果

采用上面的結(jié)構(gòu)對本深基坑進行支護?；娱_挖與支護相互配合，嚴格按照支護要求分層開挖，作業(yè)面與錨桿、土釘?shù)母卟畈淮笥?00 mm。在基坑開挖和支護的過程中，監(jiān)測得到基坑周圍土體、支護結(jié)構(gòu)、管線、道路、房屋的變形均滿足了要求。

6 結(jié)語

1)在選擇基坑支護方案時需要考慮土體及水文地質(zhì)條件、地下結(jié)構(gòu)及施工的要求、周邊環(huán)境的要求、經(jīng)濟指標、當?shù)氐募夹g(shù)水平及習慣等因素。2)在安全、經(jīng)濟的前提下，需要組合利用不同的支護方式。在進行平面分析時，根據(jù)基坑周圍實際的荷載情況驗算選定的支護結(jié)構(gòu)。3)整個基坑工程活動中，需要檢測基坑的變形。當基坑的變形不能保證基坑及周圍環(huán)境的安全、穩(wěn)定時，需要及時調(diào)整支護結(jié)構(gòu)的參數(shù)。

［1］白洪潮.深基坑支護技術(shù)方案的選擇及其優(yōu)化設(shè)計［D］.荊州:長江大學碩士學位論文，2012.

［2］JGJ 120—2012，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］張 璞，柳榮華.SMW工法在深基坑工程中的應(yīng)用［J］.巖石力學與工程學報，2000，19(sup):1104-1107.

［4］李 星，謝兆良，李進軍，等.TRD工法及其在深基坑工程中的應(yīng)用［J］.地下空間與工程學報，2011，7(5):945-950.

［5］王洪新.圓形基坑圍護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析［J］.地下空間與工程學報，2011，7(S2):1653-1659.

［6］陳 娟.基坑樁錨支護體系現(xiàn)場試驗與數(shù)值模擬研究［D］.長沙:中南大學碩士學位論文，2008:1-11.

［7］楊光華.深基坑支護結(jié)構(gòu)的實用計算方法及其應(yīng)用［M］.北京:地質(zhì)出版社，2004.

Combined application of multiple support forms in deep foundation pits

Li Taotao
(College of Civil Engineering，Hebei University，Baoding 071002，China)

Combining with the geological condition of a engineering in Xingtai，this paper selected the foundation pit support scheme，and from the foundation pit overload，pile anchor support，soil nailing wall support and other aspects，elaborated the design technology of foundation pit support structure，through the foundation pit monitoring results showed that，the deformation around foundation pit soil，support structure，pipeline，road，housing could satisfy the requirements.

foundation pit，support structure，soil nailing wall，anchor cable

TU463

:A

1009-6825(2016)36-0067-03

2016-10-19

李濤濤(1990-)，男，在讀碩士