楊慶義，孫長帥，王基文，宋 鵬

(1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250013； 2.山東建和土木工程咨詢有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

1 工程概況

擬建某基坑場地內(nèi)包括2棟高層建筑及地下車庫；基礎(chǔ)形式均為CFG復(fù)合地基，高層建筑結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，車庫基礎(chǔ)形式為框架結(jié)構(gòu)；基坑開挖深度為10.0 m?？偨ㄖ娣e85 774.62 m2(地上建筑面積55 152.64 m2，地下建筑面積30 621.98 m2)，基坑大致為280 m×60 m的長方形。該基坑周圍東西兩側(cè)為城市道路，北側(cè)圍墻以北為已建商業(yè)公寓(云瓴國際：采用CFG樁復(fù)合地基，車庫地下室位置為獨(dú)立基礎(chǔ)，地下室底板埋深約10 m，2+11層/12層，地下室上部覆土厚度約1.5 m，原基坑深度約10 m，支護(hù)形式為土釘墻，坡率1∶0.3)，南側(cè)圍墻以南約20 m為物流廠區(qū)(場區(qū)內(nèi)建筑緊鄰既有圍墻，既有建筑基礎(chǔ)形式為獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約1 m)?；又車h(huán)境比較復(fù)雜，存在較多的管線，包括電力、給水、雨水等管線(見圖1)。

2 場地工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

2.2 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

場地范圍內(nèi)主要土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 各巖土層參數(shù)一覽表

2.3 水文地質(zhì)條件

野外勘測期間(2017年12月)，測得地下水穩(wěn)定水位埋深在自然地表下27.40 m～28.00 m之間。

3 基坑支護(hù)方案

該工程地下結(jié)構(gòu)為兩層地下車庫，根據(jù)結(jié)構(gòu)圖紙坑底設(shè)計標(biāo)高和場地自然地坪標(biāo)高，基坑最深位置為10.0 m，按照J(rèn)GJ 99—2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程的有關(guān)規(guī)定，該基坑的安全等級為二級。根據(jù)基坑周邊環(huán)境條件，基坑?xùn)|西兩側(cè)為存在較多管線的市政道路，基坑南北兩側(cè)為既有建筑，北側(cè)建筑距離較近，且因前期建設(shè)，基坑北側(cè)均為雜填土?；幼冃我蟊容^嚴(yán)格，所以該基坑支護(hù)需要保證自身安全及環(huán)境安全，控制基坑開挖期間的變形為該設(shè)計關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1-3]。對相應(yīng)的支護(hù)方案進(jìn)行安全經(jīng)濟(jì)可行性比較，最后采用樁錨支護(hù)方案。

3.1 排樁錨索支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

1)基坑北側(cè):由于該位置距離既有地下結(jié)構(gòu)較近，無法施工較長的水平錨桿，為此采用了60°大角度錨索，支護(hù)樁直徑800 mm，樁間距1.5 m，樁長18.0 m；沿基坑側(cè)壁設(shè)置三道預(yù)應(yīng)力錨索，采用一樁一錨的方式布置，錨索主體為2Φs15.2的鋼絞線，鉆孔直徑為180 mm(見圖2)。

2)基坑?xùn)|西側(cè)和南側(cè):這三個位置由于紅線限制，需要采用直坡開挖，設(shè)置兩道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索與水平向夾角為15°(見圖3)，其他參數(shù)與基坑北側(cè)相同。

根據(jù)表1設(shè)計參數(shù)，利用已有的基坑支護(hù)設(shè)計商業(yè)軟件，計算得到基坑?xùn)|側(cè)、西側(cè)及南側(cè)支護(hù)剖面的支護(hù)樁的內(nèi)力包絡(luò)圖(見圖4)，同時得到該支護(hù)方案的整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.39，滿足規(guī)范對于一級基坑安全的要求。整體穩(wěn)定計算簡圖見圖5。

3.2 支護(hù)樁設(shè)計

根據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖可知支護(hù)樁樁身最大彎矩設(shè)計值為405.79 kN·m，按照GB 50010—2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行配筋計算(見圖6)。支護(hù)樁采用上下通長配筋，主筋為12根22鋼筋，箍筋為φ8@100，同時采用14@2 000的加強(qiáng)筋，同時在支護(hù)樁頂部設(shè)置1 000 mm×800 mm的冠梁。

3.3 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計

該基坑支護(hù)剖面中的預(yù)應(yīng)力錨索主體采用2Φs15.2鋼絞線，成孔清孔放入錨索后錨固段注漿材料采用42.5硅酸鹽水泥,水泥按照水灰比0.45～0.5配置的純水泥漿注漿，注漿壓力0.2 MPa～0.5 MPa。同時在首次注漿完成后8 h內(nèi)或初凝后，通過二次注漿管進(jìn)行二次壓力注漿。

樁錨支護(hù)的腰梁為兩根工字鋼(22a)配裝(見圖7)，工字鋼間距80 mm，并按照1.3 m間距通過綴板焊接連接；每1根～2根支護(hù)樁上組一個托架，托架采用長度300 mm的7.5角鋼(見圖8(a))；臺座為22槽鋼(兩個角度15°和20°，如圖8(b)所示切割而成，并在槽內(nèi)設(shè)置加強(qiáng)肋增加臺座剛度；為減小工字鋼的受力，工字鋼焊縫位置一般設(shè)置在距離托架位置300 mm處；通過長200 mm，直徑18 mm膨脹螺栓連接托架與支護(hù)樁。

錨索的施工質(zhì)量決定樁錨支護(hù)的變形控制效果，預(yù)應(yīng)力錨索主體需要設(shè)置撐力環(huán)，以保證鋼絞線居中，撐力環(huán)間距1.5 m～2 m。通過這些措施保證鋼絞線具有足夠的保護(hù)層厚度，同時保證鋼絞線不拖底，從而保證成孔質(zhì)量。

3.4 旋噴樁設(shè)計

樁間旋噴樁樁位圖見圖9。

為了保證建筑地下結(jié)構(gòu)正常安全施工，基坑底面土層第①層雜填土層及第③層粉砂層較松散。為保證施工正常順利進(jìn)行，利用旋噴樁對雜填土層及粉砂層進(jìn)行預(yù)加固。支護(hù)樁間，采用高壓旋噴封堵樁間空隙，每個樁間采用2個旋噴樁，旋噴樁采用雙重管設(shè)備施工，樁徑650 mm，樁頂位于自然地坪以下2 m～3 m，樁底為基底以下1 m，高壓旋噴樁與支護(hù)樁的搭接長度不應(yīng)少于200 mm；固化劑采用42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8～1.0，每根每米水泥用量不得低于130 kg；28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于2.0 MPa。

4 支護(hù)體系和周邊環(huán)境的監(jiān)測

基坑支護(hù)設(shè)計的目的在于確保周圍建筑物、管線及道路等環(huán)境的安全[4]，應(yīng)進(jìn)行基坑邊坡側(cè)向變形和位移以及周圍建筑物、管線及道路的沉降觀測，同時對深層土體及支護(hù)樁進(jìn)行深層水平位移監(jiān)測[5]。在基坑坡頂位置設(shè)置側(cè)向變形觀測點(diǎn)和沉降觀測點(diǎn)(見圖10)，側(cè)向變形觀測點(diǎn)的水平間距在15 m～20 m；在基坑周邊每個建筑物(構(gòu)筑物)布置至少4個沉降觀測點(diǎn)(圖10中字母C所在位置)；沿基坑西側(cè)及東側(cè)道路邊緣及管線布置沉降觀測點(diǎn)，間距15 m～25 m(圖10中字母C所在位置)；由于基坑周邊的中部、陽角處及有代表性的部位變形比較大，這些位置必須布置土體深層水平位移監(jiān)測點(diǎn)，相應(yīng)水平間距為20 m～50 m，每邊不應(yīng)少于1個(圖10中字母S所在位置)。在基坑開挖線影響范圍之外的相對穩(wěn)定的部位設(shè)置不少于3個觀測基準(zhǔn)點(diǎn)。

在基坑施工過程中，由于受到各種因素影響，可能會導(dǎo)致最終的設(shè)計效果大打折扣，因此應(yīng)密切觀測施工過程中變形資料，并采取一定的處理措施，主要包括：1)基坑的沉降觀測和位移觀測結(jié)果應(yīng)及時向有關(guān)參與方匯報，包括設(shè)計、建設(shè)方、監(jiān)理方、施工方等；2)當(dāng)基坑水平變形超過限值(一般為0.3%倍H)或者突然增加時應(yīng)及時向有關(guān)參與方匯報，同時停止開挖在相應(yīng)位置進(jìn)行回填反壓處理；3)當(dāng)基坑周圍沉降觀測點(diǎn)的沉降量超過0.2%倍的基坑開挖深度或者沉降量突然增加時應(yīng)向有關(guān)參與方匯報，同樣停止施工進(jìn)行反壓處理。

5 現(xiàn)場施工控制及工程效果

5.1 土方開挖

土方超挖是造成基坑事故的主要原因，嚴(yán)格控制每次開挖深度不超過相應(yīng)錨索位置0.5 m、開挖段長度不超過100 m，指定專人負(fù)責(zé),不得超挖。同時每30 m左右挖一個集水坑，主要用來收集地表水。

5.2 錨索成孔和注漿

為了保證錨索質(zhì)量，做到從錨索至注漿各個階段嚴(yán)格控制，主要包括如下幾個方面：1)錨索主體應(yīng)按照設(shè)計要求嚴(yán)格設(shè)置撐力環(huán)和預(yù)應(yīng)力套管；2)錨索成孔時要采取措施防止塌孔；3)注漿應(yīng)采取孔底注漿，保證注漿飽滿；4)應(yīng)根據(jù)場地情況和天氣合理選取水灰比，保證漿液的流動性和可注性；5)根據(jù)漿液初凝情況及時進(jìn)行二次注漿，保證錨固效果。

5.3 變形觀測

基坑監(jiān)測結(jié)果是判斷基坑安全的重要依據(jù)，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整監(jiān)測頻率，并在必要時適當(dāng)增減監(jiān)測點(diǎn)的位置及數(shù)量。

5.4 工程效果

本工程從支護(hù)樁施工開始，經(jīng)過冠梁、錨索、腰梁、噴面等對各道工序的嚴(yán)格控制，截至開挖到基礎(chǔ)底面，基坑最大側(cè)向變形為13.3 mm，周圍道路最大沉降為3 mm。同時在施工過程中對每層的錨索施工質(zhì)量進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明錨索的承載力與設(shè)計值比較接近，進(jìn)一步印證了設(shè)計參數(shù)取值的合理性。

6 結(jié)論和建議

1)城市地下空間開發(fā)力度加大，基坑開挖越來越深，解決基坑本身和周邊環(huán)境的和諧安全的關(guān)鍵在于控制基坑本身的變形，進(jìn)而保護(hù)周邊環(huán)境的安全。

2)基坑的施工質(zhì)量是保證基坑安全的重要手段，每個支護(hù)構(gòu)件組成基坑安全體系，因此在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計進(jìn)行施工和檢測，避免任何僥幸心理。

3)基坑變形監(jiān)測是基坑安全性評價的重要指標(biāo)，包括基坑本身的監(jiān)測和周邊環(huán)境的監(jiān)測，在保證數(shù)據(jù)真實(shí)的基礎(chǔ)上需要對每一步的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的分析，進(jìn)而及時了解基坑的安全情況，防患于未然，避免出現(xiàn)基坑事故，保證基坑安全[6]。