李大為 范蒙飛 張 沖 高 元 喬海峰 張 定

陜西建工第九建設(shè)集團有限公司 陜西 榆林 719000

隨著沙漠邊緣風(fēng)積相砂土地帶土地利用率大幅度提高，工程基坑支護結(jié)構(gòu)在工程中尤其重要。已建項目地處毛烏素沙漠邊緣一級臺地，旁邊是城市主干路。經(jīng)勘探揭露，場地地層主要由風(fēng)積相砂土組成，該地層在地質(zhì)運動或風(fēng)力搬運作用下會產(chǎn)生水平的位移而對建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)成危害。本項研究成果將在風(fēng)積相砂土地質(zhì)環(huán)境情況下有力地解決土體對建筑主體的損壞。

近年來，眾多學(xué)者對地質(zhì)移動引起的邊坡和相應(yīng)的控制措施進行了大量的研究和實踐工作，劉情情等[1]研究了支護結(jié)構(gòu)對建筑圍護結(jié)構(gòu)的危害，并分析了某工程中臨時支護與永久支護相結(jié)合的施工應(yīng)用情況。經(jīng)過對比分析，在節(jié)省造價的基礎(chǔ)上，加快了施工進度。

1 工程概況

榆林市會展中心項目位于陜西省榆林市西南新區(qū)，內(nèi)含6座展廳和1座國際會議中心，同時具有大型宴會廳及相應(yīng)配套功能，是一座集國內(nèi)外大型會議、展覽、宴會、商務(wù)活動等多功能于一體的綜合型公共建筑。

榆林市會展中心車庫北側(cè)緊鄰市政道路（路邊有高壓線、燃氣、消防、通信管線），高差6.5 m，基坑深度較深，場地空間有限，不具備自然放坡條件。為了保證安全施工以及避免對緊鄰市政道路的影響，需要進行專項治理。榆林市會展中心車庫設(shè)計理念為地下室外墻不受土體側(cè)向推移危害，需要一種支護結(jié)構(gòu)將主體外墻與周邊土體隔斷。

綜上可知，即需要一種既要保證臨時性基坑施工安全，又要保證車庫外墻不受土體側(cè)向推力危害的經(jīng)濟、合理的永久性支擋結(jié)構(gòu)。

2 設(shè)計及原理

2.1 支護工程設(shè)計

2.1.1 支護體系的要求

1）保證邊坡的穩(wěn)定性，滿足地下室施工有足夠空間，同時阻斷土體向主體結(jié)構(gòu)傳遞水平推力的要求。

2）保證邊坡位移受控，確保邊坡形變處于坡肩地下各管線抗變位承受力范圍內(nèi)的要求。

3）滿足經(jīng)濟性、施工工期及施工便捷兼顧的要求。

4）滿足基坑階段及主體施工階段的使用周期要求。

2.1.2 支護設(shè)計條件

1）工程地質(zhì)條件。項目臨時開挖深度為6.28～6.73 m，永久使用階段高度為7.7 m。原始地貌低洼區(qū)域進行了填土整平。據(jù)勘察資料，邊坡支護區(qū)段場地自上而下的巖土層分布情況為：②粉細砂、③細砂、③1粉土，各土層相關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)見表1。

表1 場地土層相關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)

2）水文地質(zhì)條件。場地的地下水屬于潛水類型?？辈鞙y得的穩(wěn)定水位埋深為9.2～9.4 m，相應(yīng)絕對標(biāo)高為1 117.10～1 117.27 m。其水位動態(tài)變化主要受降水、自然蒸發(fā)、人工開采、地面蒸發(fā)和地下側(cè)向徑流等因素影響，場地地下水位年變化幅度為1.0 m左右。

2.1.3 支護方案及典型剖面

1）支護方案。本支護工程設(shè)計堅持安全、經(jīng)濟、方便施工的原則。在掌握本支護工程要求、場地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、場地周邊環(huán)境條件等資料后，對影響邊坡工程支護體系的安全、功能、工期、經(jīng)濟等因素的主要矛盾進行分析。

根據(jù)項目實際情況，綜合比對選取了能同地基與基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)并行施工的永臨組合型支護體系。在地基與基礎(chǔ)開挖施工階段，采用復(fù)合土釘墻支護，車庫主體施工階段采用板肋式錨索擋墻支護（同時阻斷向主體結(jié)構(gòu)傳遞的土推力）[2]，兩者預(yù)應(yīng)力錨索為共用構(gòu)件，錨索使用生命周期貫穿臨時階段及永久性階段。

2）支護典型剖面。經(jīng)計算，臨時階段土釘長度7.5～9.0 m，面板厚度80 mm；永久階段板肋式錨索擋墻預(yù)應(yīng)力錨索抗拔安全系數(shù)為2.6，為彌補巖土層錨固力的不足，選用了分散拉力型預(yù)應(yīng)力錨索，預(yù)應(yīng)力錨索第1道長度為22.0 m，第2道長度為15.0 m，肋柱為500 mmh 600 mm，擋板厚250 mm。

永久性使用階段，支護結(jié)構(gòu)頂部存在覆土及車輛動荷載，根據(jù)支護結(jié)構(gòu)覆土荷載、車輛荷載、構(gòu)件自重及預(yù)應(yīng)力錨索豎向分力等具體條件，經(jīng)計算，板肋式錨索擋墻采用樁基礎(chǔ)，受力段嵌固深度約6.9 m，樁間距2.5 m。

具體設(shè)計工況及相應(yīng)工況說明見表2，支護結(jié)構(gòu)典型剖面見圖1。

圖1 支護結(jié)構(gòu)剖面示意

表2 設(shè)計工況匯總

2.1.4 有限元分析法

依托于有限元分析法，在數(shù)值計算中，土體為連續(xù)的彈塑性體，符合Mohr-Coulombm模型。以有限元分析法為理論基礎(chǔ)，分析各階段的穩(wěn)定性及變形趨勢。臨時階段總位移云圖、剪切耗散與強度折減示意見圖2、圖3。

圖2 臨時階段總位移云圖

圖3 臨時階段剪切耗散與強度折減示意

永久性階段水平位移云圖、豎向位移云圖及矢量位移趨勢示意見圖4～圖6。

圖4 永久性階段水平位移云圖

圖5 永久性階段豎向位移云圖

圖6 永久性階段矢量位移趨勢示意

剪切耗散與強度折減示意見圖7。

圖7 永久性階段剪切耗散與強度折減示意

2.2 施工原理

考慮到支護安全的重要性，先在護坡階段采用土釘加錨索護坡施工技術(shù)，錨索在護坡面層施工完成后首先張拉鎖定并封錨，然后緊鄰車庫外墻設(shè)置1道肋板式鋼筋混凝土擋墻，并與車庫外墻設(shè)置寬10 cm變形縫，最后錨索在肋板式鋼筋混凝土上再次張拉鎖定并封錨。本技術(shù)在充分利用臨時性支護的基礎(chǔ)上結(jié)合永久性擋墻施工，達到永臨結(jié)合的擋墻支護工程。

3 工藝原理及操作要點

3.1 工藝原理

本工程施工工藝原理如圖8所示。

圖8 施工工藝原理

3.2 開挖修坡

本工程采用自上而下水平分段、垂直分層開挖修坡的明挖法施工，分段長度不宜超過20 m，分層開挖厚度按土釘/錨索/摩擦固定筋位置＋0.5 m進行控制（圖9）。

圖9 開挖修坡示意

3.3 土釘施工

本工程土釘成孔直徑120 mm，傾角15e ，重力孔內(nèi)灌注水泥漿，孔內(nèi)漿體應(yīng)灌注飽滿。土釘與面層鋼筋必須有效連接。在注漿體及噴射護坡混凝土面層達到設(shè)計強度的75%后方可開挖下層土方。土釘施工過程中遇到不明障礙物時，可適當(dāng)調(diào)整孔位和傾角。

3.4 錨索施工

錨索材料釆用高強度、低松弛鋼絞線，強度1 860 MPa。鉆進過程中，應(yīng)對每孔地層變化（巖粉情況）、進尺速度及一些特殊情況進行現(xiàn)場記錄。錨索下料采用砂輪切割機切割，避免電焊切割。采用水灰比為0.50～0.55的水泥漿進行注漿。當(dāng)漿體強度達到設(shè)計強度后，方可進行張拉鎖定，在漿體未完全固化以前不得拉拔和移動錨索。錨索張拉完成后進行自由段注漿，注漿材料同錨固段（圖10）。

圖10 錨索自由段與錨固段剖面示意

3.5 護坡面層施工

每層開挖修坡完成后及時搭設(shè)施工架體，綁扎面層鋼筋網(wǎng)片及水平向加強筋，面層鋼筋保護層采用水泥墊塊進行控制。待土釘及錨索孔道注漿完成，同時面層鋼筋綁扎驗收完成后方可進行噴射護坡面層混凝土（圖11）。

圖11 面層鋼筋混凝土原理示意

3.6 錨索第1次張拉封錨施工

預(yù)應(yīng)力張拉前做好技術(shù)交底工作，張拉機械操作人員經(jīng)過培訓(xùn)合格后方能上崗。首先做好預(yù)應(yīng)力筋和錨索、夾具的安裝檢驗，張拉設(shè)備的校驗，然后吊張拉設(shè)備定位安裝，安裝工作錨板、夾片，最后安裝千斤頂、工具錨、夾片等。

預(yù)應(yīng)力筋的張拉采用以應(yīng)力控制為主，伸長量為輔的方法。臨時性張拉一次張拉到設(shè)計值封錨，永久性張拉在張拉到設(shè)計值后觀察其變形量，在變形穩(wěn)定后封錨。輕輕松開油泵截止閥，使油壓緩慢降至零，則完成了對鋼絞線的錨固。油泵向回程油缸供油，活塞慢慢回程到底。張拉最終鎖定后將錨具外多余的鋼絞線用機械切斷，并留長5～10 cm的外露錨索，以防滑落。

3.7 永久性階段擋墻基礎(chǔ)施工

成孔采用泥漿護壁施工工藝隔樁法施工。鋼筋籠應(yīng)整體制作，待吊裝鋼筋籠完成并驗收合格后澆筑混凝土。

3.8 肋板式擋墻結(jié)構(gòu)施工

柱、墻插筋的錨固及插筋和柱、墻上部縱筋的連接均應(yīng)符合圖集11G01相關(guān)要求。模板材料必須具有足夠的剛度，模板加固應(yīng)編制專項方案并嚴格按照方案要求施工，施工時要注意泄水孔與錨索套管不可遺漏，錨索套管坡度與錨索角度一致[3]（圖12）。

圖12 肋板式擋墻示意

3.9 土方回填及二次張拉封錨

在張拉下層錨索前先進行回填土，至下層錨索底部時，停止回填，及時張拉下層錨索并鎖定，下層錨索張拉鎖定完成后繼續(xù)回填，當(dāng)回填至上層錨索底部時停止回填，同時對上層錨索張拉并鎖定，最后回填到位。

張拉最終鎖定后將錨具外多余的鋼絞線用機械切斷，并留長10 cm的外露錨索，以防滑落[4]（圖13、圖14）。

圖13 分階段回填并張拉示意

圖14 二次最終封錨示意

4 控制項目

1）錨索張拉完成后，進行自由段注漿，注漿材料同錨固段。自由段錨索外面套了塑料管，注漿漿液不能進入自由段鋼絞線，可保證自由段錨索的自由伸縮。

2）孔道灌漿時水泥漿液從孔口溢出后停止注漿；注漿后漿液面下降時，應(yīng)進行孔口補漿。

3）肋板式擋墻施工時要注意泄水孔與錨索套管不可遺漏，錨索套管坡度與錨索角度一致。

4）護坡與肋板式擋墻回填土必須與最終錨索張拉相配合，當(dāng)回填至上層錨索底部時停止回填，同時對上層錨索張拉并鎖定，最后回填到位。

5 結(jié)語

臨時性支護及永久性擋墻從勘察、設(shè)計到施工，項目全過程參與，勘察收集市政數(shù)據(jù)、提出方案、方案選擇、確定支護方案、材料采購、施工。施工前注意方案選擇的合理性以及方案中重難點捕捉，最大程度把施工中碰到的重難點消化在設(shè)計中，本項目在施工前解決了錨釘和錨索與市政管網(wǎng)沖突的問題、鉆孔孔壁坍孔、錨索張拉等難點問題[5]，同時根據(jù)項目場地實際情況，充分應(yīng)用了永臨結(jié)合的理念，節(jié)省了造價。施工過程嚴格準確區(qū)分臨時性階段與永久性階段錨索張拉封錨工藝；臨時性張拉一次張拉到設(shè)計值封錨；永久性張拉在張拉到設(shè)計值后觀察其變形量，在變形穩(wěn)定后封錨。各階段張拉時采取旁站監(jiān)督、檢測措施，確保錨索張拉符合設(shè)計要求。