王順柯,羊群芳
(中國聯(lián)合工程有限公司,杭州310022)
湖州市市北分區(qū)SB-03-01-03c 地塊項目,南側為井安路(待建)與環(huán)渚小學,西側為潛莊路(在建),北側為三環(huán)北路,場地北側和東側為河流后莊港。本項目總用地面積約88 305.0m2,建筑物主要為8 幢26 層高層、3 幢17 層高層、8 幢8 層多層組成,樁基礎,擬建1 層地下室,地下室周長約為970m。
根據勘察資料,場地內涉及基坑支護的土層及土的物理力學性質等見表1。
表1 基阮支護工層土的物理力學性策
本場地勘探深度以內地下水主要為孔隙潛水、孔隙承壓水。孔隙潛水主要分布于上部①層、②層、③層和④層土孔隙中,水量較小,逕流緩慢,富水性差,主要受大氣降水和表水的補給,其次為河流等側向補給,排泄方式主要為蒸發(fā),④層粉土孔隙潛水基坑開挖施工過程中,瞬時用水量可能較大,對基礎施工影響較大;孔隙承壓水主要分布于⑧、⑩層土孔隙中,賦水性一般,含水層較厚,富水性較強,以側向逕流補給為主,深井取水為主要排泄方式,各層地下水已貫通,水質、水動態(tài)趨同,水動態(tài)較穩(wěn)定。
基坑涉及地下水主要為孔隙潛水,基坑開挖過程中,①層新近填土及原水塘現(xiàn)泥漿沉渣沖填部位及周邊河道瞬時涌水量較大,存在向基坑內滲水,從而產生流變等滲透剪切破壞問題。
基坑周邊環(huán)境如下所述:
北面:地下室外墻邊距紅線最近處11.9m,紅線外為潛莊港,寬度為10~20m。
東面:地下室結構邊距紅線最近處3.80m,紅線外8.3m 為河流,寬度為18m。
南面:地下室外墻邊距紅線最近處約14.8m,紅線外為井安路(待建),地下室開挖過程中可能施工。
西面:地下室外墻邊距紅線最近處約4m,西南角地下室外墻邊距紅線最近處約3.7m。
必須綜合考慮地下室特點、周圍環(huán)境和工程地質條件等因素,才能得到安全可靠、經濟合理、施工方便的基坑支護方案。
3.1.1 地下室特點
1)地下室開挖面積大,基坑周長約1 040m,基坑開挖深度較深。
2)本基坑屬于二級基坑。基坑工程安全等級的重要性系數Y0為1.0[1,2]。
3)周邊環(huán)境復雜,場地北側、東側為河流,西側、南側為正在施工或待施工市政道路,應適當控制基坑變形。
3.1.2 擋土結構選擇
一個完整的圍護體系應由擋土結構、支撐體系和地下水控制系統(tǒng)3 部分組成,下面具體闡述這3 部分結構的選擇。
常用的擋土結構形式包括:(1)放坡開挖;(2)復合土釘墻圍護結構;(3)懸臂式圍護結構;(4)門架式圍護結構;(5)拉錨式圍護結構;(6)內撐式圍護結構[3]。
3.1.3 放坡開挖
放坡開挖是最為經濟的圍護形式,具有施工速度快、土方開挖方便等優(yōu)點,在條件許可的情況下應優(yōu)先采用。但在軟土地基中邊坡位移較大,穩(wěn)定性較差,尤其雨季時在滲流力作用下易產生整體失穩(wěn)。同時,采用放坡開挖后土方開挖量和回填量大,且回填土密實度難以保證,在今后使用過程中容易出現(xiàn)地下室周邊地面下沉的現(xiàn)象。因此,本工程不具有采用放坡開挖的條件,但在周邊環(huán)境條件較好的區(qū)域可在基坑淺部適當放坡。
3.1.4 復合土釘墻圍護結構
土釘墻圍護結構具有經濟性好、施工方便、施工工期短等優(yōu)點,目前在軟土地基開挖深度在5.0m 以下的基坑工程中得到了廣泛的應用。
因本基坑開挖深度較大,不適宜采用復合土釘墻圍護。
3.1.5 懸臂式圍護結構
懸臂式圍護結構具有施工方便、施工速度快等優(yōu)點;但在軟土地基中變形大,極易引起周邊地表開裂;同時,懸臂式圍護結構承受的剪力與開挖深度的二次方成正比,彎矩則與開挖深度的三次方成正比[4],故其經濟性較差,因此不建議采用。
3.1.6 門架式圍護結構
雙排樁門架式圍護結構通過前后排鉆孔灌注樁、壓頂梁和聯(lián)系梁形成一個剛度相對較大的門架,從而提高圍護結構整體的抗變形能力。由于不設置內支撐,因此,具有施工速度快、施工方便等優(yōu)點。門架式圍護結構側向剛度大,能有效限制側向變形,便于挖土和縮短工期,基坑開挖面積大,在基坑中間采用門架式圍護結構限制基坑位移[5,6]。
3.1.7 拉錨式圍護結構
拉錨式排樁墻圍護結構通過預應力錨桿來提供支點,也具有受力合理、對周圍環(huán)境影響小、經濟性好等優(yōu)點。本基坑場地土層以淤泥土為主,拉錨式圍護結構提供的拉錨力較小,且基坑北側和東側為河道,不建議采用。
3.1.8 內撐式圍護結構
內撐式圍護結構具有受力合理、變形易控制、可靠性高、對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點,但圍護造價相對較高,且施工周期相對較長。本基坑周邊環(huán)境條件較復雜,基坑周邊有在建、待建的市政道路、河道、道路分布,對變形控制要求相對較高。本基坑開挖面積大,采用大角撐或對撐時造價較高,因此,在4 個角部采用內撐式圍護結構比較合適。
綜合上述分析,本基坑角部采用內撐式圍護結構及基坑中部采用門架式圍護結構。
擋土圍護結構目前可采用地下連續(xù)墻、咬合樁排樁墻、SMW 工法樁或鉆孔灌注樁排樁墻形成。
地下連續(xù)墻整體剛度大,抗?jié)B性好,圍護結構變形小,適用于環(huán)境保護要求特別高的基坑工程;但圍護造價高,施工工藝相對復雜。對于本工程沒必要采用。
咬合樁排樁墻施工方便,抗彎剛度較大;但造價仍然偏高,因此不建議采用。
SMW 工法形成的型鋼水泥攪拌墻具有施工速度快、經濟性好、型鋼可回收、綠色環(huán)保等優(yōu)點,同時可兼作為止水帷幕,節(jié)約圍護結構所占用的空間。目前,已在12m 以下的基坑工程中得到逐步推廣應用。但由于本基坑周邊環(huán)境較復雜,開挖面積大,開挖深度范圍內有較深厚軟土層,采用SMW 工法樁變形較大,因此不宜采用。
鉆孔灌注樁排樁墻具有施工工藝成熟、抗彎能力強、施工質量可靠、造價相對較低等優(yōu)點[7],目前已在杭州地區(qū)許多深基坑過程中得到了成功的應用。因此,本工程采用鉆孔灌注樁(單排局部雙排)結合雙軸水泥攪拌樁作為擋土樁。
3.3.1 支撐道數選擇
根據本基坑開挖深度及地基土質條件,結合臨近項目基坑的成功經驗,本基坑可以考慮采用一道支撐的排樁墻圍護方案。
3.3.2 支撐材料選擇
在支撐材料的選擇上,可考慮采用鋼支撐和鋼筋混凝土支撐。鋼支撐理論上具有施工速度快、拆撐方便等優(yōu)點,但支撐剛度小、支撐密度大;而鋼筋混凝土支撐剛度大,形式多樣,布置靈活,有利于土方開挖及出土運輸,且在浙江地區(qū)的應用非常廣泛,積累的經驗較多。因此,采用鋼筋混凝土內支撐。
3.3.3 支撐平面布置
基坑尺寸較大如采用對撐的形式,支撐利用率不高,且對撐跨度超過200m,支撐剛度底、安全度較差。在支撐的平面布置上,采用4 個小角撐的支撐形式,該形式在基坑中部形成較大的挖土空間,大型機械可直接進入坑內挖土并設置挖土的臨時通道,可大大加快挖土和出土速度。
基坑東側緊貼紅線,局部不具備設置小角撐及雙排樁的位置則設置懸臂樁,加大樁徑提高剛度。
綜合以上分析,結合本基坑開挖深度和開挖面積,以及周邊環(huán)境,對上述各方案進行了比選,角部采用單排鉆孔灌注樁排樁結合1 道鋼筋混凝土支撐,中部采用雙排鉆孔灌注樁,局部位置采用大直徑懸臂樁。
1)地表排水:在基坑邊坡上方設置300mm×400mm 排水溝,排水溝貫通,并間隔25m 左右設置一個700mm×700mm×1 000mm 集水井,將其排入下水管道,防止地表水流入坑內。
2)坑內排水:基坑內積水采用明排,根據現(xiàn)場施工情況設縱橫向排水溝,并每隔25m 左右設坑底集中排水井,并根據開挖過程中坑內水量隨時增加集水井數量,做好基坑內有組織的排水工作。排水溝與基坑下坎線的距離應不小于4m。局部坑中坑筏板墊層底已開挖至4 層粉土,坑中坑采用水泥土攪拌樁滿堂加固封閉,并準備一定量輕型井點降水設備,出水量較大時采用輕型井點臨時降排水。
3)在基坑邊坡上還應設置PVC 排水管排出坑壁積水。排水管具體數量可根據現(xiàn)場情況調整。
通過上述針對本項目的基坑圍護設計方案的論述,希望能夠為其相關項目有所幫助,并通過上述論述和大家一起學習交流。