何俊照， 李云安， 金玉玲， 宋 黑， 梁 東

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉，湖北 武漢 430074； 2.河南省地礦建設(shè)工程〈集團(tuán)〉有限公司，河南 鄭州 450007； 3.河南省地質(zhì)環(huán)境勘查院，河南 鄭州 450007； 4.河南省地礦局測(cè)繪地理信息院，河南 鄭州 450007)

1 工程概況

1.1 工程基本概況

河南信息南廣場(chǎng)工程位于鄭州市金水路以南英協(xié)路西側(cè),地面以上為地面廣場(chǎng)，地下為2層地下空間工程,北側(cè)緊貼已建成河南信息廣場(chǎng)大樓，與其地下停車(chē)場(chǎng)每層均通過(guò)預(yù)留洞口相連。該工程長(zhǎng)126.9 m，寬99.0 m，框架結(jié)構(gòu)，采用天然地基梁筏基礎(chǔ)，基坑開(kāi)挖深度11.0 m，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1。

1.2 基坑周邊環(huán)境條件

本基坑工程?hào)|側(cè)北段緊鄰英協(xié)路,基坑底邊線(xiàn)距離外墻2.0 m，墻外2.3 m為國(guó)防電纜線(xiàn)，埋深1.0 m；東側(cè)南段為工程項(xiàng)目部辦公用房(1層)距離4.0 m；北側(cè)緊鄰已建成河南信息廣場(chǎng)大樓(高13層,基礎(chǔ)基底標(biāo)高為-8.5 m，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)),部分緊貼大樓地下室邊線(xiàn)，最遠(yuǎn)距離3.5 m；西側(cè)為銀基王朝售樓部,基坑底邊線(xiàn)距離外墻22.0 m、距離售樓部36.0 m; 南側(cè)為空地,可放置建筑材料，基坑周邊環(huán)境見(jiàn)圖1。

1.3 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件

工程場(chǎng)地地形平坦，地貌單元為黃河沖積平原，場(chǎng)區(qū)表層為填土，其下為第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)沖洪積地層，與基坑支護(hù)降水相關(guān)的地層自上而下為：①填土，稍密；②粉土，稍密-中密；③粉土，中密-密實(shí)，局部地段夾薄層粉砂；④粉質(zhì)粘土，軟塑-可塑；⑤粉土，中密-密實(shí)，有砂感；⑥粉質(zhì)粘土，軟塑-可塑；⑦粉土，中密-密實(shí)，局部夾薄層粉砂；⑧含有機(jī)質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰、灰黑色，軟塑-可塑，局部含較多腐殖質(zhì)；⑨中砂，中密-密實(shí)；⑩粉質(zhì)粘土，可塑-硬塑；粉土，中密-密實(shí)。與基坑支護(hù)有關(guān)的各土層物性指標(biāo)及力學(xué)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 基坑支護(hù)各土層計(jì)算參數(shù)取值

工程場(chǎng)地地下水位類(lèi)型為潛水，補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水，20世紀(jì)90年代以前場(chǎng)區(qū)附近地下水位為0.5～1.0 m，近年由于鄭州東部大規(guī)模建設(shè)開(kāi)發(fā)降水影響水位大幅下降，施工期間地下水位埋深約9.0 m，年變幅0.5～1.0 m。由于地下水水位埋藏較淺，應(yīng)采取降水措施。

2 基坑支護(hù)的關(guān)鍵點(diǎn)及難點(diǎn)

本基坑工程基坑開(kāi)挖面積較大、開(kāi)挖深度較深、基坑周邊環(huán)境較復(fù)雜、地下水潛水量較豐富，如何在基坑支護(hù)開(kāi)挖過(guò)程中有效控制因基坑開(kāi)挖等因素引起基坑周邊的位移，盡量減小對(duì)基坑周邊建筑的影響，確?；又苓叺耐馏w及建(構(gòu))筑物安全穩(wěn)定，是本次基坑支挖開(kāi)挖工程的關(guān)鍵點(diǎn)。

而基坑北側(cè)緊貼已建成河南信息廣場(chǎng)大樓，在其基底以下(-8.5 m)尚需再開(kāi)挖2.5 m，雖然其基底以下采用了鉆孔灌注樁樁基礎(chǔ)方案，還需考慮南側(cè)面臨界面開(kāi)挖11 m引起的側(cè)向失穩(wěn)問(wèn)題，及下部開(kāi)挖引起的樁間土擾動(dòng)影響樁基整體穩(wěn)定性和承載力，如何確保已建成大樓安全是該基坑工程的難點(diǎn)之一；施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)基坑?xùn)|側(cè)污水管道及場(chǎng)地內(nèi)自備化糞池存在較嚴(yán)重的漏水情況，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該部位支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部發(fā)生較大位移，如何確保該部位支護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，預(yù)防并控制該部位基坑?xùn)|側(cè)英協(xié)路路面的不均勻沉降，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)及道路管線(xiàn)的安全，也是該基坑支護(hù)工程的難點(diǎn)。

3 基坑支護(hù)方案

3.1 基坑支護(hù)方案選擇

基坑支護(hù)應(yīng)滿(mǎn)足保證基坑周邊建(構(gòu))筑物、地下管線(xiàn)、道路的安全和正常使用，保證主體地下結(jié)構(gòu)的施工空間[1]。堅(jiān)持安全第一，確保基坑開(kāi)挖及地下室施工全過(guò)程基坑邊坡及周邊環(huán)境的安全穩(wěn)定的前提下，盡可能降低工程造價(jià)的設(shè)計(jì)原則。按照設(shè)計(jì)原則及關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，考慮本工程現(xiàn)狀及需要著重解決的問(wèn)題，根據(jù)本工程基坑的具體情況，綜合考慮施工的可能性和場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件、施工期間可能的氣候條件，安全、經(jīng)濟(jì)、工效幾方面，針對(duì)不同條件分別采用不同的支護(hù)方案[2-6]：基坑工程?hào)|側(cè)(CD段)北段由于有人防工程，距離東邊道路(英協(xié)路)較近，無(wú)放坡空間，確定基坑?xùn)|側(cè)北段(人防部分)采用樁錨聯(lián)合支護(hù)方案(1-1′剖面)；基坑南側(cè)(EA段)為空地，西側(cè)(AB段)距離已建建筑物較遠(yuǎn)，東側(cè)(DE段)距離1層建筑物(建設(shè)臨時(shí)用房)僅4.0 m，但跟建設(shè)方溝通后，1層建筑物要拆掉近4 m寬，因此有放坡位置，且1層建筑物為臨時(shí)用房，因此該3部位均采用微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)方案(2-2′剖面)；基坑北側(cè)(BC段)為已建成河南信息廣場(chǎng)大樓，上部8.5 m為地下室邊墻，下部為地基土，基礎(chǔ)型式為鉆孔灌注樁樁基礎(chǔ)，擬采用微型樁復(fù)合土釘墻支護(hù)方案(3-3′剖面)，為防止建筑物發(fā)生不均勻沉降，在建筑物垂直于基坑方向布置垂直觀測(cè)點(diǎn)并加強(qiáng)觀測(cè)頻率?；又ёo(hù)方案布置參見(jiàn)圖1。

3.2 基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)施工

3.2.1 樁錨支護(hù)方案(1-1′剖面)[7-10]

CD段采用樁錨支護(hù)方案，鉆孔灌注支護(hù)樁自地表下開(kāi)始施工，樁徑800 mm，樁間距1.5 m，樁長(zhǎng)21 m，沿基坑開(kāi)挖邊線(xiàn)布置；?800 mm灌注樁主筋采用18?22，均勻配筋，主筋上部預(yù)留700 mm伸入冠梁；加強(qiáng)筋采用?16@2000；箍筋采用?8.0@200。澆注砼的標(biāo)號(hào)為C30。支護(hù)樁頂部采用冠梁連結(jié)，冠梁截面積800 mm×900 mm，配筋16?16，箍筋采用?8.0@200。澆注砼C30。共設(shè)3排預(yù)應(yīng)力錨索，分別位于-3.5、-6.0、-8.0 m處，錨索孔徑150 mm，水平間距1.5 m，傾角15°。錨索采用3-7?15.2型有粘結(jié)鋼絞線(xiàn)。各剖面單根預(yù)應(yīng)力錨索施加預(yù)應(yīng)力均為100 kN，并在基坑監(jiān)測(cè)中根據(jù)結(jié)果確定是否需要提高施加預(yù)應(yīng)力。并在錨索上下部及之間設(shè)置4排摩擦土釘或構(gòu)造土釘，以增加土體的總體抗剪強(qiáng)度，并增加對(duì)面層噴射砼鋼筋網(wǎng)的整體連結(jié)穩(wěn)定性。詳見(jiàn)圖2。

圖2 樁錨支護(hù)剖面圖

3.2.2 微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻設(shè)計(jì)方案(2-2′剖面)[11-13]

基坑?xùn)|側(cè)南段DE段、南側(cè)EA段及西側(cè)AB段采用微型樁預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)方案[2]。采用二級(jí)放坡并在中間設(shè)一平臺(tái)，平臺(tái)標(biāo)高-4 m,臺(tái)寬1.5 m,平臺(tái)上部及下部放坡比例均為1∶0.3。在二級(jí)平臺(tái)上施工微型樁，樁頂標(biāo)高-4.0 m，間距為1.0 m，樁徑150 mm，樁長(zhǎng)為10.0 m，下入DN100×3 mm的鋼管，注漿壓力≮0.5 MPa，水灰比控制在0.45～0.50之間，每米水泥用量≮50 kg，微型樁內(nèi)填0.5～1.0 cm碎石，水泥結(jié)合體強(qiáng)度為C20。

共設(shè)7層土釘(錨桿)，垂直間距1.4～1.5 m，水平間距1.5 m，傾角為15°，使用洛陽(yáng)鏟成孔，成孔直徑100 mm。其中第3排和第5排為預(yù)應(yīng)力錨桿，采用Φ25 mm螺紋鋼，長(zhǎng)度15 m，腰梁采用16號(hào)槽鋼；土釘采用Φ20 mm螺紋鋼，長(zhǎng)度7～12 m。坡面掛網(wǎng)的分布網(wǎng)片筋采用?6.5@250 mm×250 mm格式布置，加強(qiáng)筋采用Φ16@1500 mm×1500 mm縱橫布置。噴射砼采用PC 32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥，砂子采用中砂，且砂的含水率控制在5%～7%，石子用堅(jiān)硬、耐久、雜質(zhì)少的碎石，且最大粒徑一般不應(yīng)大于10 mm。噴射砼的面層強(qiáng)度為C20，配合比一般采用水泥∶砂∶碎石質(zhì)量比為1∶2∶2，水灰比為0.4～0.5。詳見(jiàn)圖3。

圖3 微型樁預(yù)應(yīng)力錨索復(fù)合土釘墻支護(hù)剖面圖

3.2.3 微型樁復(fù)合土釘墻支護(hù)方案(3-3′剖面)

經(jīng)過(guò)計(jì)算，側(cè)向失穩(wěn)滿(mǎn)足安全要求，但需密切加強(qiáng)觀測(cè)。本側(cè)只需考慮樁間土的穩(wěn)定即可，因此本側(cè)采用微型樁加短土釘復(fù)全土釘墻支護(hù)方案。共布設(shè)1排微型樁，樁長(zhǎng)4.5 m，間距1.0 m；2排土釘，長(zhǎng)度均為5 m，縱向間距1.3 m，水平間距1.5 m。其他參數(shù)同2-2′剖面相關(guān)參數(shù)。微型樁及土釘水平間距施工時(shí)根據(jù)大樓基礎(chǔ)下的鉆孔灌注樁樁間距進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。詳見(jiàn)圖4。

圖4 微型樁復(fù)合土釘墻支護(hù)剖面圖

4 基坑降水方案

基坑工程施工期間場(chǎng)地地下水位埋深9.0 m，基坑基底深度位于水位以下，因此基坑開(kāi)挖前需要基坑降水工作。降水方案需快速有效的使地下水位降至基坑底0.5～1.0 m以下，水頭標(biāo)高至少需降至11.5～12.0 m。要有效控制降水深度和幅度，在滿(mǎn)足基坑開(kāi)挖要求前提下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況合理布置降水井點(diǎn)和管井，減少由于水位下降引起的地面沉降等不良地質(zhì)現(xiàn)象；充分考慮場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件并準(zhǔn)確計(jì)算基坑涌水量，保證基坑降水效果的前提下，盡量降低降水施工費(fèi)和降水運(yùn)行成本。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，綜合采取管井降水局部配合輕型井點(diǎn)降水措施進(jìn)行基坑降水。根據(jù)周邊已有施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合降水分析計(jì)算結(jié)果，管井布置考慮到場(chǎng)地類(lèi)型，且采取控制水位降水以降低對(duì)周邊環(huán)境的影響，同時(shí)避免未來(lái)施工封井問(wèn)題，故在具體布置時(shí)沿基坑周邊及中心布置，按照22.5～30 m間距布設(shè)(見(jiàn)圖5)，在基坑周邊設(shè)置22眼降水井，管井深度25 m，成井時(shí)以進(jìn)入第⑨層中砂層，適當(dāng)加深或減淺，抽水時(shí)基坑內(nèi)維持水位11.5～12.0 m。由于施工期間跨越雨季，基坑頂部也要做好截水排水工作，防止雨水倒灌基坑。

圖5 降水平面布置圖

5 基坑工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果及局部變形異常應(yīng)急處理

根據(jù)基坑安全等級(jí)及周邊環(huán)境條件，共布設(shè)16個(gè)基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)北部已建成大樓及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)坡頂進(jìn)行水平位移及豎向位移觀測(cè)，并對(duì)基坑深層土體及錨索內(nèi)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)周邊道路、管線(xiàn)及建筑物進(jìn)行變形觀測(cè)[2]。其中坡頂水平位移及豎向位移監(jiān)測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 基坑工程監(jiān)測(cè)累計(jì)最大水平位移及豎向位移值 mm

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)及北側(cè)已建大樓邊側(cè)基坑支護(hù)開(kāi)挖期間水平位移及豎向位移值均很小，累計(jì)最大變形值均小于10 mm；復(fù)合土釘墻除基坑?xùn)|南角部位外，其他部分累計(jì)水平位移均小于35 mm，累計(jì)豎向位移均小于40 mm，也滿(mǎn)足變形要求?；?xùn)|南角部分(監(jiān)測(cè)點(diǎn)C1-C5)坡頂變形量較大，累計(jì)水平位移最大值(C1點(diǎn))達(dá)到153.1 mm，累計(jì)豎向位移最大值(C1點(diǎn))達(dá)到161.78 mm，分析其原因是施工期間發(fā)現(xiàn)東南部外側(cè)污水管道及臨時(shí)化糞池出現(xiàn)較嚴(yán)重漏水導(dǎo)致該部位基坑側(cè)壁第③、④、⑤層粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂層坡面漏水。施工期間該部位工程降水一直未完全達(dá)到預(yù)期，基坑開(kāi)挖至-5 m時(shí)，在監(jiān)測(cè)值達(dá)到報(bào)警值并出現(xiàn)基坑坡面?zhèn)缺诼┧?，根?jù)場(chǎng)地實(shí)際情況綜合采用基坑外側(cè)施工2排水泥注漿孔注漿堵漏，并局部加插2排輕型井點(diǎn)配合降水。第6、7 排土釘施工期間受影響由于土層含水未能較好成孔，采用花管樁代替土釘施工，為確保基坑安全，又增加1排微型樁，增加3排花管樁，降水及支護(hù)施工均取得了比較理想的結(jié)果。后期該部位監(jiān)測(cè)結(jié)果趨于穩(wěn)定。應(yīng)急處理支護(hù)方案詳見(jiàn)圖6。

圖6 基坑?xùn)|側(cè)應(yīng)急處理支護(hù)方案變更圖

6 結(jié)語(yǔ)

(1)隨著地下空間的大幅開(kāi)發(fā)利用，基坑工程得到了極大發(fā)展，越來(lái)越多的基坑支護(hù)技術(shù)被采用和完善，針對(duì)不同的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境條件及其他因素條件有針對(duì)地制定不同的支護(hù)方案，能在確?；庸こ贪踩那闆r下有效降低工程成本和工期，實(shí)現(xiàn)基坑工程的高效率優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工。

(2)樁錨支護(hù)方案在施工場(chǎng)地不能進(jìn)行放坡開(kāi)挖及施工條件受到限制的城市密集區(qū)被經(jīng)常采用。其支護(hù)體系主要由一系列排樁和錨桿組成，其中排樁為擋土體系，采用預(yù)應(yīng)力錨桿(索)取代基坑支護(hù)內(nèi)支撐為支撐體系，給支護(hù)排樁提供錨拉力，以減小支護(hù)排樁的位移與內(nèi)力，并將基坑的變形控制在允許的范圍內(nèi)，其安全系數(shù)大、變形小，安全可靠。

(3)在允許適當(dāng)放坡的情況下采用微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻是鄭州同類(lèi)基坑的首選方案，微型樁進(jìn)行超前支護(hù)可有效減少基坑變形、減小放坡空間，預(yù)應(yīng)力錨桿可控制變形、增加邊坡穩(wěn)定性，復(fù)合土釘墻支護(hù)方案在確?；影踩白冃慰刂茲M(mǎn)足要求的情況下造價(jià)較低，更加經(jīng)濟(jì)。

(4)基坑支護(hù)開(kāi)挖期間應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)變形異常情況應(yīng)立刻暫停施工，綜合采用多種有針對(duì)性的處理措施進(jìn)行應(yīng)急處理。方可確保基坑支護(hù)開(kāi)挖工程安全。