崔帥
(北京愛地地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司,北京 100043)
土釘墻支護(hù)體系作為一種原位土體加固技術(shù),已廣泛應(yīng)用于安全等級(jí)二級(jí)、三級(jí)的基坑支護(hù)中[1]。當(dāng)基坑較淺、土質(zhì)情況較好、基坑潛在滑動(dòng)面內(nèi)無建筑物和地下重要管線時(shí),運(yùn)用土釘墻支護(hù)體系是最為經(jīng)濟(jì)合理的。土釘墻設(shè)計(jì)計(jì)算較為簡單,主要設(shè)計(jì)包括土釘類型、長度、布置方式以及整體穩(wěn)定性計(jì)算。但是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)屬于巖土工程范疇,對(duì)地區(qū)勘察和施工經(jīng)驗(yàn)、巖土體的認(rèn)知等均有較高要求[2],如果設(shè)計(jì)人員專業(yè)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)積累少,對(duì)巖土體參數(shù)選取不當(dāng),造成基坑設(shè)計(jì)過于保守;又因基坑支護(hù)屬臨時(shí)工程,因而產(chǎn)生了較大的工程投資浪費(fèi)。充分尊重地區(qū)經(jīng)驗(yàn),優(yōu)化基坑支護(hù)設(shè)計(jì)平面及剖面,能對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的工期及投資產(chǎn)生有利影響。本文針對(duì)某管廊工程基坑支護(hù)實(shí)例,分析闡述了實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)的情況。
某道路地下擬建綜合管廊,管廊采用矩形雙艙結(jié)構(gòu),為現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形雙艙結(jié)構(gòu),寬7.15 m,高4 m,長約1.5 km。綜合艙內(nèi)收納有電力電纜、通信電纜、給水管線、再生水管線等。
本標(biāo)段基坑隨綜合管廊底標(biāo)高變化,分為3 種不同深度,5~6 m、6~7 m、7~8 m。5~6 m 深的開挖斷面,支護(hù)長度約510 m;6~7 m 深的開挖斷面,支護(hù)長度約640 m;7~8 m 深的開挖斷面,支護(hù)長度約350 m。
擬建場(chǎng)地現(xiàn)狀主要為荒地及樹林,地形較平坦?;又苓叕F(xiàn)狀多為農(nóng)田及待拆遷民房。
根據(jù)勘察報(bào)告,本工程勘察最大勘探深度(25.00 m)范圍內(nèi)的地層,劃分為人工堆積層、新近紀(jì)沉積層和第四紀(jì)沉積層3 大類,并按地層巖性及其物理力學(xué)數(shù)據(jù)指標(biāo),進(jìn)一步劃分為6 個(gè)大層及亞層(見表1、圖1)。
圖1 典型工程地質(zhì)剖面圖
表1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)
人工堆積層(第1 大層):主要分布在擬建場(chǎng)地表層,鉆孔揭露厚度為0.50~1.40 m,為砂質(zhì)粉土素填土、黏質(zhì)粉土素填土①層,人工填土土質(zhì)不均,一般呈欠壓密狀態(tài),工程性質(zhì)較差。
新近沉積層(第2~3 大層):人工堆積層以下為新近沉積層之砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土②層及粉砂②1層;有機(jī)質(zhì)黏土、有機(jī)質(zhì)重粉質(zhì)黏土③層,粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土③1層及砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土③2層。
第四紀(jì)沉積層(第4~6 層):新近沉積層以下為第四紀(jì)沉積層的黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土④層及重粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土④1層;細(xì)砂⑤層,粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土⑤1層及重粉質(zhì)黏土⑤2層;細(xì)砂⑥層,粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土⑥1層及砂質(zhì)粉土⑥2層。
本次基坑開挖支護(hù)設(shè)計(jì)到的地層主要為砂質(zhì)粉土素填土、黏質(zhì)粉土素填土①層;砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土②層及粉砂②1層;有機(jī)質(zhì)黏土、有機(jī)質(zhì)重粉質(zhì)黏土③層;粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土③1層及砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土③2層。
最高地下水水位埋深約為18~20 m,本基坑工程不受地下水影響。
本項(xiàng)目基坑支護(hù)設(shè)計(jì)圖紙由管廊工程設(shè)計(jì)院進(jìn)行了統(tǒng)一設(shè)計(jì),基坑安全等級(jí)為二級(jí),基坑支護(hù)布置形式有3 種,劃分形式按開挖深度的不同進(jìn)行布置:
1)土釘墻支護(hù)(基坑深度6~7 m);
2)復(fù)合土釘墻支護(hù)(基坑深度7~8 m);
3)放坡支護(hù)(基坑深度5~6 m);
具體基坑設(shè)計(jì)剖面如圖2、圖3 所示。
圖2 原基坑支護(hù)剖面圖一
圖3 原基坑支護(hù)剖面圖二
原基坑支護(hù)剖面圖一(見圖2,基坑深度6~7 m):上部1~2 m 采用45°放坡土釘墻支護(hù)形式,第一排土釘長度9 m,水平間距1.3 m,桿體采用C16 鋼筋;中間1 m 平臺(tái);下部5 m采用60°土釘墻支護(hù)形式支護(hù),第二、第三、第四、第五排土釘長度分別為9 m、9 m、9 m、5 m,水平間距1.3 m,桿體采用C16 鋼筋。
原基坑支護(hù)剖面圖二(見圖3,基坑深度7~8 m):上部2~3 m 采用1∶1.2 放坡復(fù)合土釘墻支護(hù)形式,第一排預(yù)應(yīng)力錨索長15 m,其中錨固段10 m,2-φs15.2 mm 鋼絞線,錨桿軸力標(biāo)準(zhǔn)值150 kN,鎖定值100 kN,第二排土釘長9 m,土釘長度9 m,水平間距1.3 m,桿體采用C16 鋼筋;中間2 m 平臺(tái);下部5 m 采用65°放坡土釘墻支護(hù)形式,第三排預(yù)應(yīng)力錨索長15 m,其中錨固段10 m,2 束2-φs15.2 mm 鋼絞線,錨桿軸力標(biāo)準(zhǔn)值150 kN,鎖定值100 kN,第四、第五、第六排土釘長度分別為9 m、9 m、9 m,水平間距1.3 m,桿體采用C16 鋼筋。
施工技術(shù)要求:(1)土釘成孔直徑120 mm,插入鋼筋后,常壓灌注P·O42.5 MPa 純水泥漿,水灰比0.50~0.55,初凝后4~8 小時(shí)補(bǔ)漿1~2 次,強(qiáng)度20 MPa。(2)預(yù)應(yīng)力錨索成孔直徑150 mm,桿體下入后,采用二次壓力注漿工藝,注漿壓力0.2~0.5 MPa,灌注P·O42.5 MPa 純水泥漿,水灰比0.50~0.55,強(qiáng)度20 MPa。
本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案根據(jù)場(chǎng)地特征,土釘墻方案選型合理[2]。但是根據(jù)本項(xiàng)目組織的施工圖專家評(píng)審,以及參建各方的意見建議,認(rèn)為設(shè)計(jì)方案與實(shí)際成功工程案例存在較為明顯的細(xì)節(jié)差異,決定在保持大方案不變動(dòng)的情況下,聘請(qǐng)有地區(qū)設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)的單位進(jìn)行了重新優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)在保持原土方開挖線不動(dòng)的情況下,重新對(duì)土釘墻進(jìn)行了抗拔承載力計(jì)算及整體穩(wěn)定性計(jì)算[3,4],優(yōu)化后設(shè)計(jì)基坑剖面如圖4、圖5 所示。
圖4 優(yōu)化基坑支護(hù)剖面圖一
圖5 優(yōu)化基坑支護(hù)剖面圖二
優(yōu)化基坑支護(hù)剖面圖一(見圖4,基坑深度6~7 m):上部1~2 m 處的1∶1 放坡段取消了土釘;對(duì)下部4 排土釘長度根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了減短[5],具體參數(shù)變化詳見表2。
表2 剖面圖一優(yōu)化參數(shù)
優(yōu)化基坑支護(hù)剖面圖二(見圖5,基坑深度7~8 m):上部2~3 m 采用1∶1.2 放坡段取消了土釘及錨索;對(duì)下部3 排土釘長度根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了減短,具體參數(shù)變化詳見表3。
表3 剖面圖二優(yōu)化參數(shù)
在滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求下,根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)校核[6],取消了部分土釘及錨索,對(duì)局部過長的土釘進(jìn)行了減短,總體支護(hù)工程量大大減少。基坑支護(hù)和土方開挖施工工序也減少了1~2 步,使整個(gè)工程的進(jìn)度加快,預(yù)估節(jié)省工期15 d 左右(占總工期10%)。
基坑支護(hù)工程作為臨時(shí)性工程,在能保證安全的情況下,最大限度地優(yōu)化方案對(duì)于工程造價(jià)的節(jié)省十分顯著。根據(jù)地區(qū)市場(chǎng)價(jià)進(jìn)行了工程造價(jià)分析,見表4。
表4 工程造價(jià)分析表
通過分析計(jì)算,優(yōu)化后的土釘費(fèi)用相比原方案減少45.9%,預(yù)應(yīng)力錨索費(fèi)用相比原方案減少56.7%??倻p少費(fèi)用約占基坑支護(hù)總費(fèi)用的21%。因方案優(yōu)化使工期縮短,故對(duì)節(jié)約投資有重要作用。
本文通過某管廊工程基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì),探討了實(shí)際工程中土釘墻基坑支護(hù)施工圖可能存在的欠合理性及其優(yōu)化空間,通過分析得到主要結(jié)論如下:
1)本項(xiàng)目原土釘墻基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案選型合理,但是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)巖土的專業(yè)性有較高要求,如果設(shè)計(jì)人員專業(yè)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)積累少,對(duì)巖土體參數(shù)選取不當(dāng),造成基坑設(shè)計(jì)過于保守。
2)根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)校核,取消了部分土釘及錨索,局部過長的土釘進(jìn)行了減短。優(yōu)化后的土釘費(fèi)用相比原方案減少45.9%,預(yù)應(yīng)力錨索費(fèi)用相比原方案減少56.7%??倻p少費(fèi)用約占基坑支護(hù)總費(fèi)用的21%??傮w支護(hù)工程量大大減少,同時(shí)使整個(gè)工程的進(jìn)度加快,預(yù)估節(jié)省工期15 d 左右(占總工期10%)。
3)通過設(shè)計(jì)優(yōu)化,使得整個(gè)基坑支護(hù)工程節(jié)省了工期及造價(jià)。本項(xiàng)目案例論述了這一優(yōu)化設(shè)計(jì)的工程意義,可供類似工程參考。