唐 君

(1.建筑安全與環(huán)境國家重點實驗室，北京 100013；2.中國建筑科學(xué)研究院有限公司地基基礎(chǔ)研究所，北京 100013；3.北京市地基基礎(chǔ)與地下空間開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，北京 100013)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展、人口增長、城市化進程加快，城市用地越來越緊張，大規(guī)模深基坑逐步發(fā)展，鄰近既有建(構(gòu))筑物基坑開挖的工程也越來越多[1]。孫洋波等[2]研究鄰近地鐵側(cè)的基坑開挖，結(jié)果表明，在適當范圍內(nèi)增加預(yù)留土體坡肩寬度可有效減少地下連續(xù)墻水平位移。楊敏等[3]對鄰近樁基工程基坑開挖時樁基受力情況進行分析。黃沛等[4]針對軟土地區(qū)深基坑現(xiàn)狀，在對深基坑施工造成鄰近樁基建筑物事故分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程水文地質(zhì)條件及勘察、設(shè)計、施工和建設(shè)等因素，建立了深基坑施工對鄰近樁基建筑物影響的安全評判方法。

基坑支護可分為支擋式結(jié)構(gòu)、土釘墻、重力式水泥土墻和放坡。其中支擋式結(jié)構(gòu)中樁、墻支護結(jié)構(gòu)宜于控制支護結(jié)構(gòu)變形，是深基坑工程中經(jīng)常采用的主要結(jié)構(gòu)形式。支撐式和錨拉式是2種為樁、墻式支護結(jié)構(gòu)提供約束的方式。其中，支護樁、墻與內(nèi)支撐系統(tǒng)形成的支護體系結(jié)構(gòu)受力明確，計算方法較成熟，施工經(jīng)驗豐富，在軟土地區(qū)或受場地條件所限的深基坑工程中應(yīng)用廣泛。但內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)給土方開挖、主體結(jié)構(gòu)施工造成困難，且造價較高。采用支護樁、墻+錨桿為支護結(jié)構(gòu)的基坑內(nèi)部空間開敞，有利于提高施工效率和工程質(zhì)量，可滿足工期和造價的要求。但錨桿不應(yīng)設(shè)置在未經(jīng)處理的軟弱土層、不穩(wěn)定土層和不良地質(zhì)地段及鉆孔注漿引發(fā)較大土體沉降的土層，而且錨桿設(shè)置受周邊環(huán)境的影響較大[5]。

本項目通過前期方案比選、后期專業(yè)設(shè)計計算[6-9]及高精度定位施工，成功實現(xiàn)了樁錨支護方案在緊鄰CFG樁復(fù)合地基深基坑工程中的應(yīng)用。在保證基坑及鄰近建(構(gòu))筑物安全的前提下，縮短了工期，節(jié)約了成本。

1 工程概況

1.1 擬建基坑概況

擬建項目位于北京市昌平區(qū)，該地塊主要為保障房、商業(yè)、辦公樓及純地下車庫?；娱_挖深度11.80～18.10m(見圖1)，槽底標高變化較大。東南側(cè)為已施工的1～3號住宅樓，地下1層，地上14～15層，筏板基礎(chǔ)，采用CFG樁復(fù)合地基。其中，1，2號樓CFG樁北側(cè)約7m范圍內(nèi)為方形布樁，間距1.6m，南、北側(cè)區(qū)域CFG樁在東西方向上整體錯位0.7m。3號樓CFG樁則基本采用方形布置，間距1.6m。

圖1 基坑開挖深度及周邊環(huán)境

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，45m深度范圍共分10大層：①層為填土層；②層為新近沉積層；③～⑧層為一般第四系沖洪積層(其中，③層重粉質(zhì)黏土、黏土，④層粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)黏土，⑤層粉細砂，⑥層重粉質(zhì)黏土、黏土，⑦層重粉質(zhì)黏土、黏土，⑧層粉細砂)；⑨層重粉質(zhì)黏土，黏土；⑩層細中砂。

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，場地地下水分布情況如表1所示。

表1 地下水分布情況

2 基坑支護設(shè)計

支護方案以安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、保護環(huán)境等為原則，綜合考慮工程水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境條件、經(jīng)濟及技術(shù)因素。

2.1 支護設(shè)計方案比選

根據(jù)工程水文地質(zhì)條件，在確?；蛹班徑?構(gòu))筑物安全的前提下，采取支護樁+內(nèi)支撐形式，基坑施工周期至少240d，主體施工時因逐層拆除內(nèi)支撐，將影響結(jié)構(gòu)施工至少60d，直接影響該項目交付使用。采用樁錨方案可減少支護與土方和結(jié)構(gòu)施工交叉作業(yè)，有利于提高施工效率和工程質(zhì)量，可滿足工期和造價要求。但由于場地對錨桿長度有限制，且錨桿需穿越緊鄰CFG樁復(fù)合地基，對錨桿施工角度控制提出了較高要求。

綜合考慮，最終采用上部土釘墻+下部樁錨支護方案，并于樁間設(shè)置旋噴樁止水帷幕，坑內(nèi)設(shè)置疏干井進行降水。同時，南側(cè)支護樁與鄰近1，2號樓CFG樁平行同間距布置，東南側(cè)支護樁則與3號樓CFG樁平行同間距布置，為錨桿穿越緊鄰CFG樁復(fù)合地基創(chuàng)造條件。

考慮到1，2號樓復(fù)合地基北側(cè)7m范圍外，與南側(cè)復(fù)合地基CFG樁在東西方向上有0.7m錯位。采用增加錨桿錨固體直徑至220mm的方式，有效減少了錨桿設(shè)計長度，將穿越1，2號樓的錨桿設(shè)計長度控制在該樓CFG樁采用方形布置且未發(fā)生錯位交叉區(qū)域?；又ёo結(jié)構(gòu)平面及錨桿布置如圖2所示。

圖2 基坑支護結(jié)構(gòu)平面及錨桿布置

2.2 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

本基坑支護工程采用中國建筑科學(xué)研究院地基所編制的基坑支護設(shè)計軟件RSD(V3.0)及理正深基坑軟件7.0PB5計算。其中，樁錨支護剖面安全等級為1級，掛網(wǎng)噴簡易支護高低臺剖面安全等級為3級。

2.2.1錨桿穿越CFG樁典型剖面

錨桿穿越既有建筑CFG樁典型剖面如圖3所示，采用上部土釘墻+下部樁錨方案。支護結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力計算結(jié)果如圖4所示，樁身最大水平位移為37.8mm，樁頂最大水平位移為12.9mm，樁身最大正彎矩為879.7kN·m。

圖3 典型剖面

圖4 典型剖面計算結(jié)果

采用圓弧滑動條分法進行整體滑動穩(wěn)定性計算。整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.39，滿足JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》設(shè)計要求。

支護底部抗隆起安全系數(shù)為1.907；深度39.600m處，抗隆起安全系數(shù)為17.933，均滿足《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》設(shè)計要求。

2.2.2樁錨兩級邊坡剖面

南側(cè)汽車坡道區(qū)域槽底標高為-11.600m，與地下3層和地下4層形成高差分別為4.1，6.3m的高低臺，典型剖面如圖5所示，支護結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力計算結(jié)果如圖6所示。其中，一級邊坡樁身最大水平位移為12.6mm，樁頂最大水平位移為10.0mm，樁身最大正彎矩為339.7kN·m；二級邊坡樁身最大水平位移為13.2mm，樁頂最大水平位移為3.4mm，樁身最大正彎矩為200.2kN·m。

圖5 兩級邊坡剖面

圖6 兩級邊坡剖面計算結(jié)果

兩級邊坡整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.40，滿足《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》設(shè)計要求。支護底部抗隆起安全系數(shù)為1.857；深度39.600m處，抗隆起安全系數(shù)為18.058，均滿足《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》設(shè)計要求。

3 基坑支護施工

3.1 支護樁施工

支護樁采用長螺旋成孔混凝土后插筋成樁工藝。為使錨桿能從既有CFG樁中穿過，南側(cè)支護樁與鄰近1，2號樓CFG樁采用平行同間距布置，東南側(cè)支護樁則與3號樓CFG樁平行同間距布置，施工放線時需嚴格控制樁位偏差。通過已有基準點及基坑支護結(jié)構(gòu)平面布置圖，獲取每根支護樁中心坐標，現(xiàn)場利用全站儀按坐標布設(shè)樁位點，樁機就位，鉆桿垂直對位，開機鉆孔至設(shè)計深度，然后邊壓灌混凝土邊提拔鉆桿，最后下放鋼筋籠。

鋼筋籠制作采用加勁箍成型法，以保證鋼筋位置與角度準確無誤。混凝土坍落度控制在180～220mm。應(yīng)連續(xù)灌注混凝土，并在混凝土初凝時間內(nèi)完成灌注且超灌厚度應(yīng)≥0.5m，確保支護樁成樁質(zhì)量。

檢測單位對89根護坡樁進行低應(yīng)變動力檢測，抽檢數(shù)為護坡樁總數(shù)的20%。檢測結(jié)果表明，受檢的89根護坡樁均為I類樁。

3.2 錨桿施工

本工程預(yù)應(yīng)力錨桿需穿越鄰近既有復(fù)合地基，3號樓局部區(qū)域錨桿則需橫穿整排CFG樁。CFG樁樁距為1.6m，錨桿設(shè)計長度為24m，角度偏差需控制在1.9°以內(nèi)。施工時，對鉆機進行精確定位，嚴格控制角度偏差，是錨桿成功穿越復(fù)合地基的關(guān)鍵。先采用作圖法，通過已有基準點及基坑支護結(jié)構(gòu)平面布置圖，獲得每根錨桿樁邊坐標及反向延長線上控制點的準確坐標，現(xiàn)場利用全站儀布設(shè)樁邊點及錨桿控制點，并在錨桿控制點拉線形成錨桿理論延長線的水平投影，使錨桿鉆機鉆頭方向與延長線在投影方向重合，以達到控制錨桿水平角度偏差的目的。

同時，為減少錨桿施工對既有建筑的影響，采用套管跟進鉆機成孔，注漿采用P·S·A42.5水泥，水灰比0.5，清孔完成后將注漿管插至孔底，注漿管口應(yīng)始終埋入注漿液面下，應(yīng)在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，保證注漿質(zhì)量。注漿管拔出后，放入錨桿桿體及二次注漿管，二次注漿管應(yīng)固定在桿體上，待錨桿固結(jié)體強度達5MPa后，進行二次高壓劈裂注漿。錨桿固結(jié)體強度達15MPa或設(shè)計強度的75%后，利用500kN級穿心式千斤頂對其進行張拉鎖定。

對98根預(yù)應(yīng)力錨桿進行抗拔承載力檢測。檢測結(jié)果表明，錨桿軸向抗拉承載力標準值滿足設(shè)計要求。其中，1—1剖面1-1-1-4號錨桿U-δ曲線如圖7所示，錨桿長度24m，最大位移量為32.08 mm，最大回彈量為5.91 mm，回彈率為18.4%。

圖7 錨桿U-δ曲線

4 施工監(jiān)測

鑒于巖土工程復(fù)雜性及基坑工程重要性，采用信息化施工方法，對基坑支護結(jié)構(gòu)及鄰近建(構(gòu))筑物進行施工監(jiān)測。施工過程中，及時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，以了解和掌握基坑開挖過程中支護結(jié)構(gòu)及鄰近建(構(gòu))筑物狀態(tài)，當監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時，立即分析原因并采取相應(yīng)措施，確?；蛹班徑?構(gòu))筑物安全。

4.1 基坑監(jiān)測

基坑及周邊環(huán)境監(jiān)測包括坡頂水平位移及沉降、樁頂水平位移及沉降、樁身深層水平位移、錨桿內(nèi)力、地下水位、基坑周邊建筑物沉降及傾斜等。目前基坑已開挖完畢并回填，整個過程各點監(jiān)測數(shù)據(jù)無異常，均滿足GB 50497—2019《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標準》、GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定及設(shè)計要求。

自基坑開挖至底板澆筑后28d基坑沉降穩(wěn)定為止，整個沉降觀測周期內(nèi)，基坑支護結(jié)構(gòu)沉降曲線如圖8所示，最終沉降量平均值為12.34mm，最大值為19.58mm，位于基坑北側(cè)中部?；又ёo結(jié)構(gòu)水平位移曲線如圖9所示，其中，正值代表基坑向內(nèi)側(cè)移動，負值代表基坑向外側(cè)移動。向基坑內(nèi)側(cè)水平位移最大值為17mm，位于基坑?xùn)|北角；向基坑外側(cè)水平位移最大值為1.6mm，位于基坑南側(cè)距1號樓最近點。

圖8 基坑支護結(jié)構(gòu)沉降曲線

圖9 支護結(jié)構(gòu)水平位移曲線

4.2 周邊建筑物監(jiān)測

基坑周邊建筑物1～3號住宅樓變形監(jiān)測采用總沉降、傾斜和沉降速率指標控制，總沉降控制值20mm，報警值16mm；整體傾斜控制值0.15%，報警值0.12%；沉降速率報警值2.5mm/d。

1～3號住宅樓沉降觀測自基坑開挖至回填完成、建筑沉降穩(wěn)定為止。整個建筑沉降觀測周期內(nèi)，1號住宅樓最終最大沉降為-3.00mm，最大傾斜0.04%；2號住宅樓最終最大沉降為-6.88mm，最大傾斜0.019%；3號住宅樓最終最大沉降為-15.56mm，最大傾斜0.052%，均滿足《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標準》《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定及設(shè)計要求。

5 結(jié)語

本項目由于工期緊張，在保證基坑及鄰近建(構(gòu))筑物安全的前提下，取消常規(guī)內(nèi)支撐做法，采用上部土釘墻+下部樁錨支護方案。結(jié)合樁錨支護在緊鄰CFG樁復(fù)合地基深基坑工程中的成功應(yīng)用，可以得出以下結(jié)論。

1)從設(shè)計角度，支護樁采用與鄰近CFG樁平行同間距布置的方式，通過增加錨桿錨固體直徑，有效縮短了錨桿長度，將錨桿設(shè)計長度控制在CFG樁未發(fā)生錯位交叉區(qū)域。

2)從施工角度，支護樁現(xiàn)場準確定位及嚴格控制錨桿施工角度偏差，是錨桿成功穿越復(fù)合地基的關(guān)鍵。本項目支護樁利用坐標布設(shè)樁位點，錨桿施工則通過已有基準點及基坑支護結(jié)構(gòu)平面布置圖，獲得每根錨桿樁邊坐標及反向延長線上控制點的準確坐標，現(xiàn)場利用全站儀布設(shè)樁邊點及錨桿控制點，并在錨桿控制點拉線形成錨桿理論延長線的水平投影，使錨桿鉆機鉆頭方向與延長線在投影方向重合，以達到控制錨桿水平角度偏差的目的。

為減少錨桿施工對既有建筑的影響，錨桿注漿采用P·S·A42.5水泥，采用二次高壓劈裂注漿，及時補漿，嚴格控制注漿量，保證注漿質(zhì)量。