謝弘帥 李正陽(yáng) 何林南 鄭鵬亮 王宗生 杜維彬

1. 上海海洋地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)有限公司 上海 200120；2. 中建二局第一建筑工程有限公司 北京 100176

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

項(xiàng)目位于浙江省玉環(huán)市，分為住宅區(qū)和商業(yè)區(qū)，整體設(shè)一層地下室?；又荛L(zhǎng)1 768.00 m，基坑面積7.85萬(wàn) m2?；娱_挖深度為4.35～7.05 m。

基坑西側(cè)為規(guī)劃道路，其余三側(cè)為已建市政道路，其中住宅區(qū)北側(cè)地庫(kù)外墻距用地紅線最近2.10 m，距外墻5.50～8.30 m分布有消防、供水、電力等市政管線，基坑周邊環(huán)境如圖1所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境示意

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)資料，場(chǎng)地地貌屬?zèng)_海積平原，基坑開挖影響深度內(nèi)以淤泥為主，基坑開挖的坑底位置均位于該土層上。土性物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)土性物理力學(xué)指標(biāo)

地下水類型主要為孔隙潛水和微承壓水，潛水埋深0.5～1.5 m，微承壓水頭埋深約2.8 m。

2 基坑支護(hù)方案選型

住宅區(qū)北側(cè)基坑距用地紅線較近（最近僅2.10 m），且紅線外分布有諸多市政管線?；涌缍容^大，若采用常規(guī)的水平支撐需設(shè)置大范圍的角撐，支護(hù)造價(jià)高，且支撐系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)和拆除時(shí)間長(zhǎng)，造成資源浪費(fèi)；若采用斜拋撐支護(hù)，則需跨越北側(cè)坑邊主樓設(shè)置，并需待中心島底板養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行斜撐下土方的二次開挖，延誤工期，無(wú)法滿足建設(shè)單位主樓先施工、先預(yù)售的工期要求。

因此本工程引入鋼前撐支護(hù)技術(shù)[1]，通過(guò)在坑內(nèi)設(shè)置斜向鋼管撐，并在基底軟土中對(duì)鋼管注漿以提高摩阻力，形成超前支撐。不僅不占用基坑開挖工期，且底板可一次性施工完成，既減少了資源浪費(fèi)和土方開挖難度，也可以避免因底板分區(qū)可能引起的滲漏風(fēng)險(xiǎn)。從造價(jià)、工期和施工便利性方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3 數(shù)值模擬分析

住宅區(qū)北側(cè)支護(hù)采用φ700 mm鉆孔灌注樁＋高壓旋噴樁止水帷幕，鋼前撐采用φ325 mmh 8 mm，間距2 700 mm，長(zhǎng)度24.0 m，傾角45e ，單根鋼管注漿3.5 t，坑邊7.0 m范圍設(shè)厚200 mm配筋墊層，坑內(nèi)設(shè)高壓旋噴樁加固，厚3.0 m?；又ёo(hù)典型剖面如圖2所示。

圖2 基坑支護(hù)典型剖面示意

通過(guò)有限元數(shù)值模擬對(duì)其受力特征進(jìn)行分析，基坑開挖至基底標(biāo)高時(shí)，最大位移位于鋼前撐與基底交界部位，位移值為17.45 mm，鋼前撐軸力為404.46 kN，支護(hù)樁最大位移為15.24 mm。取距離基坑最近的消防管線進(jìn)行分析，基坑開挖到底時(shí)，管線最大位移為11.61 mm，基坑變形可控（圖3～圖5）。

圖3 基坑位移云圖

圖4 支護(hù)樁位移圖

圖5 管線位移圖

4 施工工藝技術(shù)要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

支護(hù)施工流程為：施工支護(hù)樁→施工圈梁及鋼前撐并跟蹤注漿→采用島式挖土分層分塊挖除坑邊配筋墊層設(shè)計(jì)寬度的土方→施工配筋墊層，鋼前撐穿越底板區(qū)域設(shè)置止水鋼板→待配筋墊層達(dá)到80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度，分層分塊挖除基坑中部區(qū)域土方，并澆筑墊層底板→地下室結(jié)構(gòu)施工→基坑回填→割除鋼前撐。

4.2 施工技術(shù)要點(diǎn)

1）單節(jié)鋼管桿體長(zhǎng)度一般可控制在6～12 m；上下節(jié)鋼管采用套管焊接連接。

2）注漿鋼管成孔可采用振入注漿式或自鉆式成孔這2種方式，根據(jù)土層情況可預(yù)先引孔。

3）本工程宜采用約束式注漿工藝，水泥漿液水灰比宜取0.5～0.7。應(yīng)結(jié)合約束體位置針對(duì)性實(shí)施注漿作業(yè)，鋼管桿體沉放到位后跟進(jìn)注漿。注漿應(yīng)按約束體位置由下到上依次單獨(dú)實(shí)施；注漿流量宜控制在20～40 L/min，注漿最終完成的標(biāo)準(zhǔn)以單根樁水泥用量或最終注漿壓力控制：φ325 mmh 8 mm單根樁水泥用量不宜少于3.5 t或最終注漿壓力1.5～2.0 MPa；注漿完成后鋼管內(nèi)填滿20～40 mm級(jí)配碎石，并用純水泥漿液灌滿。

4）基坑分段開挖長(zhǎng)度需控制在20 m以內(nèi)，配筋墊層一端應(yīng)澆筑至圍護(hù)樁邊，另一端從型鋼樁入土點(diǎn)外延不小于2.0 m。

5）鋼前撐拆除應(yīng)在相應(yīng)區(qū)域底板以及可靠換撐形成，且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后進(jìn)行，若周邊環(huán)境條件較為敏感，則可保留部分注漿鋼管待地下室施工至f 0 m后再進(jìn)行拆除回收。

6）鋼前撐應(yīng)通過(guò)調(diào)整角度避開工程樁、電梯井及消防集水井等部位，且需對(duì)鋼前撐進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

4.3 荷載試驗(yàn)

鋼前撐應(yīng)根據(jù)規(guī)范[2]要求進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)以確定單樁承載力，試驗(yàn)樁的數(shù)量不少于3根，加載應(yīng)分多級(jí)進(jìn)行，且應(yīng)采用逐級(jí)等量加載，最大加載量為1 000 kN，變形按總沉降量100 mm控制。

根據(jù)鋼前撐豎向抗壓靜載試驗(yàn)分析報(bào)告，鋼支撐豎向抗壓極限承載力不小于1 000 kN，最大沉降量在18.08 mm～23.52 mm，滿足設(shè)計(jì)要求，卸載至零后，有明顯的回彈量，鋼支撐結(jié)構(gòu)基本完整。鋼前撐靜載荷試驗(yàn)成果詳見表2。

表2 鋼前撐靜載荷試驗(yàn)成果匯總

5 基坑支護(hù)效果

為保證基坑的安全，在基坑施工過(guò)程中對(duì)基坑進(jìn)行了各項(xiàng)變形和應(yīng)力觀測(cè)。本文主要對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)有直接檢驗(yàn)效果的深層土體水平位移、支撐軸力和體現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境影響的管線沉降進(jìn)行分析。

圖6為開挖至基底標(biāo)高時(shí)深層土體水平位移監(jiān)測(cè)曲線。從圖中可以看出，支護(hù)樁最大位移發(fā)生在基坑頂部，位移值為15.21 mm，與有限元模擬結(jié)果基本一致。考慮到基底以淤泥為主且分布厚度較大，主要是因鋼前撐在斜向荷載作用下，在淤泥土層中出現(xiàn)沉降和變形。

圖6 深層土體水平位移監(jiān)測(cè)曲線

圖7為深層土體水平位移最大值在不同施工時(shí)期的位移曲線。從圖中可以看到，在基坑開挖階段位移變化速率較大，為0.55～1.31 mm/d。至底板澆筑后，位移曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，水平側(cè)向位移趨于穩(wěn)定，變形速率逐步下降至0.07 mm/d，但隨著基坑暴露時(shí)間增加，累計(jì)變形仍在逐步增大。至基坑回填，深層土體最大位移值為25.72 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖7 深層土體位移-時(shí)間監(jiān)測(cè)曲線

施工期間鋼前撐軸力監(jiān)測(cè)最大值為438.60 kN，未超過(guò)設(shè)計(jì)軸力預(yù)警值。

對(duì)基坑北側(cè)最近的消防管線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，基坑施工階段管線的最大位移值為8 mm，滿足規(guī)范中沉降限值30 mm的要求[2]。圍護(hù)結(jié)構(gòu)有效控制了對(duì)周邊環(huán)境的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

鋼前撐支護(hù)作為一種新型的支護(hù)形式，既避免了大范圍設(shè)置水平支撐造成的資源浪費(fèi)，也避免了采用斜拋撐產(chǎn)生的主樓底板切割及二次開挖造成的工期增加。大大簡(jiǎn)化了支護(hù)結(jié)構(gòu)及土方開挖的施工流程，對(duì)深大基坑周邊環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

根據(jù)數(shù)值模擬，鋼前撐支護(hù)可有效控制基坑開挖對(duì)周邊管線產(chǎn)生的變形，對(duì)于環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格的邊界條件可采用基坑回填后割除鋼前撐的措施來(lái)控制拆撐變形。

根據(jù)施工監(jiān)測(cè)情況，支護(hù)樁最大位移發(fā)生在基坑頂部，考慮到基底以淤泥為主且分布厚度較大，主要是因鋼前撐在斜向荷載作用下，在淤泥土層中出現(xiàn)沉降和變形。

至底板澆筑后，支護(hù)位移曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，水平側(cè)向位移趨于穩(wěn)定，變形速率逐步下降，但隨著基坑暴露時(shí)間增加，累計(jì)變形仍在逐步增大。施工中應(yīng)開挖到底后立即澆筑墊層，并采用分段開挖等措施，減少基坑開挖到底后的暴露時(shí)間，控制后續(xù)變形。