賈業(yè)明
(安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司)
對(duì)于建筑工程而言,開(kāi)挖深度超過(guò)5 米的基坑,均屬于深基坑。而隨著當(dāng)前我國(guó)城市土地面積的愈發(fā)緊張,需要進(jìn)行深基坑施工的建筑工程數(shù)量也在不斷增加,所以必須要加強(qiáng)對(duì)于基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的重視。此外,在實(shí)際建筑工程中,為保障深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的科學(xué)性以及合理性,還需要事前進(jìn)行巖土工程勘察。因此,加強(qiáng)對(duì)于深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)以及巖土勘察技術(shù)的分析和探討是十分有必要的。
本文以某教學(xué)樓建筑工程項(xiàng)目為例,該項(xiàng)目位于安徽某市區(qū)內(nèi),案例工程施工區(qū)域內(nèi)地形相對(duì)較為平坦,建筑面積約22336 平方米,地下水位標(biāo)高為41.02 米,建筑場(chǎng)地周圍無(wú)其他高層建筑。
1.巖土勘察技術(shù)內(nèi)容
對(duì)于深基坑支護(hù)工程而言,巖土勘察是十分關(guān)鍵的步驟,對(duì)于深基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)有著重要的參考意義,直接影響著深基坑支護(hù)的質(zhì)量效果以及安全性,因此必須要加強(qiáng)對(duì)于深基坑工程中巖土勘察的重視和研究。結(jié)合本工程項(xiàng)目實(shí)際情況,在進(jìn)行巖土工程勘察的過(guò)程中,主要應(yīng)用的勘察技術(shù)包括以下幾種。
第一,鉆探技術(shù)。鉆探就是利用機(jī)械工程設(shè)備對(duì)地層剖面進(jìn)行樣品采集,以此了解工程區(qū)域內(nèi)土層情況的一種勘探技術(shù)。在此過(guò)程中,應(yīng)合理控制土層鉆探的回次進(jìn)尺,大約在1m 以內(nèi)即可,對(duì)于巖層部分的鉆探,其回次進(jìn)尺的深度應(yīng)在2m 以內(nèi)。通常情況下,為適應(yīng)后續(xù)采樣需求,鉆探開(kāi)口直徑通常應(yīng)為130mm,終孔口徑應(yīng)控制在91mm 以上。
第二,采樣分析。采樣是巖土勘探過(guò)程中的必要環(huán)節(jié),就是通過(guò)對(duì)工程區(qū)域內(nèi)的土樣進(jìn)行采集密封,并移交到實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)分析。主要采樣內(nèi)容包括水樣、土樣兩個(gè)部分。為保障檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性,應(yīng)在完成采樣之后,盡快移交到實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中。
第三,水位測(cè)量。由于建筑工程在施工過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)不同程度的沉降,而水位測(cè)量則是為了能夠更好地了解工程區(qū)域情況,以此預(yù)測(cè)沉降。水位測(cè)量操作是在鉆孔內(nèi)部直接進(jìn)行的,主要測(cè)量?jī)?nèi)容包括初見(jiàn)水位以及穩(wěn)定水位兩種,其中穩(wěn)定水位需要在完成勘探之后進(jìn)行測(cè)量,并確保測(cè)量精度應(yīng)控制在±20mm,以此保障結(jié)果的準(zhǔn)確性。
第四,工程測(cè)量。工程測(cè)量主要指的是平面坐標(biāo)、高程等方面的測(cè)量,需要在勘探孔設(shè)置GPS 進(jìn)行測(cè)量,并在完成施工之后還需要進(jìn)行相應(yīng)坐標(biāo)以及高程的復(fù)測(cè),以此保障測(cè)量的可靠性。
2.土層基本性質(zhì)分析
巖土層基本性質(zhì)分析是進(jìn)行巖土勘察的主要目的之一,通過(guò)相應(yīng)勘探結(jié)果,對(duì)工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)巖土層的實(shí)際情況進(jìn)行深入分析,了解其基本性質(zhì),為后續(xù)深基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)奠定良好基礎(chǔ)。巖土層基本性質(zhì)分析的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面,即地質(zhì)剖面情況、地下水文特點(diǎn)、水位指標(biāo)情況、巖土分布特征、腐蝕情況以及相應(yīng)力學(xué)性能等多個(gè)方面。
3.施工環(huán)境調(diào)查研究
施工環(huán)境調(diào)查也是進(jìn)行巖土勘察的主要內(nèi)容,對(duì)于建筑施工的安全性以及可靠性有著直接影響。在實(shí)際進(jìn)行施工環(huán)境調(diào)查的過(guò)程中,應(yīng)著重加強(qiáng)對(duì)于基坑周圍建筑物穩(wěn)定性情況、圍護(hù)情況以及相應(yīng)位移情況等方面的研究和分析,了解周圍建筑的結(jié)構(gòu)形式和基礎(chǔ)類型,以免在實(shí)際進(jìn)行深基坑施工的過(guò)程中,對(duì)周圍建筑工程等造成擾動(dòng),影響建筑使用以及施工安全,尤其應(yīng)加強(qiáng)對(duì)于地下部分障礙物的調(diào)查和研究。
當(dāng)前建筑工程中,常用的深基坑支護(hù)方式主要包括土釘墻支護(hù)、錨拉式結(jié)構(gòu)、樁錨支護(hù)、地下連續(xù)墻支護(hù)、重力式水泥土墻以及內(nèi)支撐結(jié)構(gòu),不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)其有著不同特點(diǎn),因此適用于不同的工程條件。
土釘墻支護(hù)就是通過(guò)在土體當(dāng)中加入土釘,再噴射混凝土面層的方式,將土釘支護(hù)體系與土體進(jìn)行融合處理,這種支護(hù)方式主要適用于深度較淺的基坑。錨拉式支護(hù)結(jié)構(gòu)就是通過(guò)將錨桿打入土體當(dāng)中,通過(guò)以此產(chǎn)生的錨固力抵消土體對(duì)于擋土結(jié)構(gòu)的壓力,這種支護(hù)方式比較適合基坑深度較深的情況,適用于的土層類型較為廣泛。樁錨支護(hù)方式主要是使用錨桿為支護(hù)樁提供錨固力,以此實(shí)現(xiàn)擋土、隔水的作用,比較適用于深基坑、邊坡支護(hù),以及施工區(qū)域較窄的環(huán)境。地下連續(xù)墻的主要優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大、安全性好、變形較小,而且有著較好的防水性能,多用于基坑較深,對(duì)于防水抗?jié)B有著較高需求的工程當(dāng)中。重力式水泥土墻,該基坑支護(hù)方法是完全依靠水泥土墻自身重力、摩擦力和土壓力實(shí)現(xiàn)的,屬于一種無(wú)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu),比較適合深度較淺的基坑,以及淤泥質(zhì)土基坑。內(nèi)支撐支護(hù)方式是依靠?jī)?nèi)部支撐結(jié)構(gòu)和擋土結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)基坑支護(hù)的,適用范圍相對(duì)較為廣泛。
1.支護(hù)方案初選
本次深基坑支護(hù)工程項(xiàng)目其支護(hù)方案的選取和設(shè)計(jì)必須要滿足以下幾個(gè)要求:首先,應(yīng)確保支護(hù)設(shè)計(jì)的安全性,安全性是進(jìn)行深基坑支護(hù)的首要要求和基本條件,因此在進(jìn)行支護(hù)方案設(shè)計(jì)的過(guò)程中,應(yīng)避免一味節(jié)約成本,應(yīng)將更多的注意力放置在保障工程安全方面。其次,在保障工程安全的基礎(chǔ)上,合理進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和優(yōu)化調(diào)整,進(jìn)一步節(jié)約項(xiàng)目成本。最后,要確保支護(hù)方案設(shè)計(jì)的便捷性,促使支護(hù)施工能夠得以順利推進(jìn),以此強(qiáng)化對(duì)于施工質(zhì)量、進(jìn)度、成本等方面的控制。結(jié)合案例工程實(shí)際情況,以及相應(yīng)巖土勘察結(jié)果,經(jīng)過(guò)對(duì)周圍環(huán)境,方案的經(jīng)濟(jì)性、可靠性,以及相應(yīng)施工技術(shù)發(fā)展情況的綜合考慮,最終確定了樁錨支護(hù)和土釘墻支護(hù)兩種方式。
樁錨支護(hù)方式的主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:第一,經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)踐探索,樁錨支護(hù)形式無(wú)論是在設(shè)計(jì)成熟度,還是在施工方面都有著十分豐富的經(jīng)驗(yàn),能夠有效保障深基坑支護(hù)質(zhì)量和安全性;第二,在實(shí)際進(jìn)行樁錨支護(hù)施工過(guò)程中,可對(duì)周圍邊坡進(jìn)行垂直挖掘,然后再使用錨桿進(jìn)行加固處理,在節(jié)約空間方面有著極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì);第三,樁錨支護(hù)的樁體是直接嵌入地下的,因此有著較好的剛度和抗形變能力。
土釘墻支護(hù)構(gòu)造的主要優(yōu)勢(shì)在于:首先,土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括鋼筋網(wǎng)、混凝土面層以及土釘和土體,有著較好的穩(wěn)定性;其次,土釘墻支護(hù)施工無(wú)需大型、重型機(jī)械設(shè)備,施工過(guò)程中的噪音也相對(duì)較低,對(duì)于周圍建筑物幾乎沒(méi)有沉降影響;再次,土釘墻支護(hù)施工需要層層開(kāi)挖,能夠更好地對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制,及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)調(diào)整,有助于保障工程質(zhì)量效果;最后,相較于樁錨支護(hù)而言,土釘墻支護(hù)所占空間較大,但是由于案例工程土質(zhì)情況相對(duì)較好,因此可以合理調(diào)整加大邊坡坡度,彌補(bǔ)該方案的缺陷問(wèn)題。
2.支護(hù)方案設(shè)計(jì)
(1)樁錨支護(hù)方案設(shè)計(jì)
首先,根據(jù)相應(yīng)勘察以及土質(zhì)檢測(cè)結(jié)果,確定工程區(qū)域內(nèi)主要包括雜填土、粘性土以及中砂,其土層具體情況如表1所示。
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其次,結(jié)合土層實(shí)際情況以及樁錨支護(hù)相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行部分支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)。其中支護(hù)樁直徑為0.6m,支護(hù)樁之間的距離設(shè)計(jì)為1m,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,樁的螺旋箍筋間距為150mm。設(shè)置承臺(tái),臺(tái)寬1.5m,坡高1.5m。支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí);支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1;基坑深度為7m;嵌固深度為3m;樁頂標(biāo)高為-1.5m;樁材料類型為鋼筋混凝土;樁截面類型為矩形。錨樁支護(hù)支錨類型為錨桿,錨桿水平間距為4m,入射角度為35°,錨桿長(zhǎng)度為6.3m,錨固段長(zhǎng)度為2.8m。
再次,結(jié)合樁錨支護(hù)施工實(shí)際操作情況,將其施工過(guò)程劃分為以下三個(gè)階段。第一階段,打樁支護(hù)施工,在深基坑挖掘到3.5m 左右的時(shí)候,進(jìn)行支護(hù)樁施工,此時(shí)的土壓力范圍在-57.41kN/m 到40.80kN/m 之間。第二階段,在-3m 的位置進(jìn)行錨桿施工,此時(shí)進(jìn)行土壓力值的測(cè)算分析,發(fā)現(xiàn)錨桿的加入與否對(duì)于土壓力值的影響不大,但是有效減少了邊坡位移情況。第三階段,為挖掘到-7m 時(shí)。
最后,針對(duì)樁錨支護(hù)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)驗(yàn)算。其中支護(hù)系統(tǒng)整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果為2.4,大于1.35 能夠滿足工程要求??孤∑痱?yàn)算中,需要根據(jù)實(shí)際情況,分層進(jìn)行抗隆起計(jì)算,其中支護(hù)底部抗隆起計(jì)算結(jié)果為19.8;深度12.5m 的位置,其抗隆起驗(yàn)算結(jié)果為3.8;坑底抗隆起計(jì)算結(jié)果為2.3,上述驗(yàn)算結(jié)果均大于1.8,因此該支護(hù)方案的抗隆起穩(wěn)定性能夠滿足工程需求。
(2)土釘墻支護(hù)方案設(shè)計(jì)
根據(jù)相應(yīng)勘察以及土質(zhì)檢測(cè)結(jié)果,進(jìn)行土釘墻支護(hù)方案設(shè)計(jì)分析。
第一,根據(jù)相應(yīng)勘察結(jié)果,明確所選擇工程地段的土層情況,如表2 所示,其中各土層與錨固體阻力、與土釘摩擦力情況如表2 所示。
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第二,根據(jù)建筑工程項(xiàng)目實(shí)際情況以及土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范,確定相應(yīng)安全等級(jí)、基坑深度等相關(guān)參數(shù)。此次深基坑支護(hù)工程中,支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí);支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1;基坑深度為7m;土釘墻坡角為85°;放坡級(jí)數(shù)為0;超載個(gè)數(shù)為1,超載值為20kPa,作用深度為0m,作用寬度為12m,距坑邊距為12m,形式為條形。
第三,結(jié)合實(shí)際情況,對(duì)土釘?shù)罃?shù)、水平間距等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況以及巖土勘測(cè)結(jié)果,確定土釘?shù)罃?shù)為6 道,土釘之間的水平間距和豎向間距均為1m,入射角度為12°,鉆孔直徑為100mm,土釘長(zhǎng)度為8m。
第四,進(jìn)行混凝土面層厚度、強(qiáng)度等級(jí)等方面的計(jì)算,確定混凝土面層厚度為100mm,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,土釘以梅花形方式進(jìn)行布置,拉區(qū)鋼筋合力點(diǎn)到板外皮的距離為15mm,荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.2。
按照上述方案設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)土釘墻支護(hù)抗拔承載力、整體穩(wěn)定性以及抗隆起情況進(jìn)行驗(yàn)算分析,經(jīng)計(jì)算,土釘墻支護(hù)體系的安全系數(shù)在2.0~3.7 之間,支護(hù)底部和深度7.5m 位置的抗隆起穩(wěn)定性分別為2.8 和4.6,均大于1.6,滿足實(shí)際工程需求。
3.方案設(shè)計(jì)對(duì)比分析
經(jīng)過(guò)上述樁錨支護(hù)和土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)分析,明確了相應(yīng)支護(hù)方案,并通過(guò)對(duì)不同支護(hù)方案下支護(hù)體系的穩(wěn)定性、抗隆起性能等進(jìn)行計(jì)算,確定了兩種設(shè)計(jì)方案均能夠滿足案例工程中深基坑支護(hù)需求?,F(xiàn)對(duì)兩種支護(hù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比分析。
第一,支護(hù)穩(wěn)定性方面。經(jīng)過(guò)上述方案設(shè)計(jì),以及穩(wěn)定性驗(yàn)算分析可知,在整體穩(wěn)定性方面,樁錨支護(hù)方案有著更好的安全效果,但是從坑底隆起穩(wěn)定性方面進(jìn)行分析,土釘墻有著更加明顯的優(yōu)勢(shì)。
第二,施工工藝方面。兩種支護(hù)方案各有利弊。其中土釘墻支護(hù)施工需要進(jìn)行分層開(kāi)挖,并在第一工況下,打入土釘、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴施混凝土面層等施工環(huán)節(jié)全部完成之后,才可進(jìn)行后續(xù)施工。在此過(guò)程中,需要注意以下幾個(gè)方面,首先,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)于開(kāi)挖深度的控制,一旦挖掘深度超過(guò)方案設(shè)計(jì)要求,就會(huì)對(duì)整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響;其次,在進(jìn)行施工過(guò)程中,需要及時(shí)對(duì)基坑以及土釘孔洞進(jìn)行清理,以此保障土釘打入的準(zhǔn)確性,并設(shè)置定位架,確保土釘打入的角度和深度都能夠符合設(shè)計(jì)要求;最后,還需要做好排水工作,避免基坑存水,影響土體穩(wěn)定性。對(duì)于樁錨支護(hù)方案而言,需要注意以下兩個(gè)方面,一方面,樁錨支護(hù)對(duì)于支護(hù)樁打入施工有著較高的要求,應(yīng)避免樁體傾斜,若出現(xiàn)樁體傾斜的情況,會(huì)影響后續(xù)施工,以及支護(hù)樁的強(qiáng)度;另一方面,在錨桿施工階段,雖然其施工過(guò)程與土釘墻較為相似,但是有著更加嚴(yán)苛的要求,必須要確保錨桿的長(zhǎng)度、打入的角度都嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)要求,同時(shí)也需要做好相應(yīng)排水工作,以免含水量過(guò)高,降低土壤粘性。此外,雖然樁錨支護(hù)施工難度較大、要求較高,但是該支護(hù)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性都相對(duì)更好。
第三,周圍環(huán)境影響。樁錨支護(hù)需要進(jìn)行打樁施工,因此會(huì)對(duì)土地以及周圍建筑產(chǎn)生一定影響,引發(fā)沉降現(xiàn)象;而土釘墻則無(wú)需進(jìn)行打樁,而且施工工具簡(jiǎn)單、操作便捷,因此不會(huì)引發(fā)周圍建筑物沉降,而且噪聲較小。
綜上所述,在實(shí)際深基坑支護(hù)工程當(dāng)中,必須要做好巖土勘察工作,確保相應(yīng)勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性以及可靠性,并根據(jù)勘察結(jié)果,以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,合理選擇深基坑支護(hù)方式,加強(qiáng)支護(hù)方案設(shè)計(jì),并針對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行整體穩(wěn)定性計(jì)算分析,以此確保方案設(shè)計(jì)的可靠性和安全性。相信隨著對(duì)巖土勘察以及深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的研究和實(shí)踐探索,我國(guó)基坑支護(hù)水平將會(huì)得到進(jìn)一步提升。