許光，夏紅螢 （1.中南華鼎武漢巖土工程有限公司，湖北 武漢 430071；.中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430071）

1 引言

目前基坑工程發(fā)展呈現(xiàn)開挖深度大、工作面窄、周邊環(huán)境緊張的趨勢(shì)。場(chǎng)地局促，不僅限制了基坑設(shè)計(jì)的邊界條件，也對(duì)基坑的安全度、變形控制值提出更高的要求?；釉O(shè)計(jì)需要兼顧技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，并全面考慮周邊環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)安全、施工進(jìn)度等多方面因素。

2 工程概況

2.1 基坑概況及周邊環(huán)境條件

武漢某項(xiàng)目由2 棟15 層主樓組成，設(shè)1 層地下室，基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)。地下室基坑形狀近似為長(zhǎng)方形，周長(zhǎng)500 m，垂直開挖面積7500 m2，基坑深度5.6～6.8 m。

基坑北側(cè)有低層建筑，距離圍墻最近距離為3.5 m；東側(cè)為10 層主樓和2層裙樓，有1 層地下室，均為樁基礎(chǔ)，距離本基坑最近距離為4.8 m；南側(cè)為四車道的次干道，距離道路最近距離25 m；西側(cè)為工地，本工地圍墻距離西側(cè)工地約10 m，基坑距離本工地圍墻約8 m（圖1）。

圖1 基坑周邊環(huán)境圖

表1 巖土參數(shù)表

圖2 典型地層剖面圖

圖3 基坑支護(hù)平面圖

圖4 典型支護(hù)剖面圖

圖5 增設(shè)錨桿方案剖面圖

基坑支護(hù)原設(shè)計(jì)方案為懸臂排樁結(jié)合樁頂卸土平臺(tái)及放坡。支護(hù)樁施工完后，在基坑土方開挖前，由于行車、臨建堆場(chǎng)等施工需求，場(chǎng)地受到限制，現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)決定取消樁頂平臺(tái)，導(dǎo)致原設(shè)計(jì)方案不能滿足要求，需采取加固措施。

2.2 地質(zhì)條件

場(chǎng)地各地層情況如下所示：

填土（Qml）：稍濕、松散，主要成分為黏性土、碎塊石及建筑垃圾組成，是新近填土，堆填時(shí)間小于5年；

②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（Ql）：飽和、流塑狀，新近湖積物，屬高壓縮性土；

③-1 黏土（Q4al+pl）：可塑，局部軟塑，具中-高壓縮性；

③-2 黏土（Q4al+pl）：飽和，軟塑，局部可塑，具高壓縮性；

④-1 粉質(zhì)黏土（Q3al+pl）：稍濕、硬塑狀；

④-2 粉質(zhì)黏土（Q3al+pl）：稍濕、可塑狀。

3 原基坑支護(hù)方案

基坑深度6.8 m，經(jīng)計(jì)算分析，設(shè)計(jì)采用1.2@1.4 支護(hù)樁，懸臂高度4.8 m，樁頂卸土平臺(tái)寬2 m，平臺(tái)后側(cè)1：1 放坡，高度2 m。樁后側(cè)設(shè)置兩排500@350水泥土攪拌樁作為擋淤止水帷幕。

4 場(chǎng)地布置變化引起的問題

原設(shè)計(jì)方案計(jì)算樁頂位移49 mm，設(shè)計(jì)彎矩1904.9 kN·m，采用HRB400鋼筋，直徑25mm，配筋24 根。根據(jù)建設(shè)單位要求，取消樁頂2 m 寬卸土平臺(tái)，重新復(fù)核計(jì)算得到樁頂位移為57.1 mm，設(shè)計(jì)彎矩2243.4 kN·m，采用HRB400 鋼筋，直徑28mm，配筋25 根。但支護(hù)樁已施工完成，原配筋不能滿足變化后的彎矩值。如不加固處理，將導(dǎo)致樁頂位移過大，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生不利影響，同時(shí)由于配筋不足，可能存在支護(hù)樁受彎破壞等潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此應(yīng)采取補(bǔ)強(qiáng)加固措施。

5 加固設(shè)計(jì)

在支護(hù)樁、冠梁已完成施工的情況下，可能的加固設(shè)計(jì)方案有增設(shè)錨桿方案和樁前留土加斜撐方案。

5.1 增設(shè)錨桿方案

根據(jù)變化后的現(xiàn)場(chǎng)條件，經(jīng)計(jì)算，需加設(shè)17.8 m 長(zhǎng)錨桿（自由段長(zhǎng)5 m，錨固段長(zhǎng)12.8 m），水平間距1.3 m?？紤]到降低對(duì)周邊環(huán)境影響，采用玻璃纖維錨桿，錨桿腰梁采用Q345B雙槽鋼。

錨桿施工工序：已完支護(hù)樁冠梁施工→土方分層開挖至地面下5 m→錨桿、腰梁施工→土方分層開挖至基坑底→地下室施工→基坑回填。

計(jì)算分析按照四個(gè)工況進(jìn)行：第一階段（S1）施加施工荷載、第二階段（S2）開挖至地面下5 m 處、第三階段（S3）施工錨桿、第四階段（S4）開挖至基坑底。根據(jù)圖6顯示，在第二階段（S2），支護(hù)樁水平位移為30 mm，支護(hù)樁在主動(dòng)土壓力作用下發(fā)生明顯位移，此時(shí)懸臂高度3 m，主動(dòng)土壓力完全由支護(hù)排樁承擔(dān)。工況S3 錨桿施工后，繼續(xù)開挖到基坑底，此時(shí)懸臂高度5 m，土壓力由樁錨共同承擔(dān)，支護(hù)樁又發(fā)生20 mm位移。

圖6 增設(shè)錨桿方案土的壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖7 樁前留土加斜撐方案剖面圖

計(jì)算累計(jì)位移51.4 mm，比原方案位移略大，設(shè)計(jì)彎矩1882.3 kN·m，采用HRB400 鋼筋，直徑25mm，配筋24 根，與原配筋相同。增設(shè)錨桿的工程量估算為每延米基坑邊長(zhǎng)造價(jià)增加2800元。

5.2 樁前留土加斜撐方案

先坑內(nèi)留土，設(shè)置鋼管斜撐后，再挖除留土、施工底板，最后拆除鋼管撐。斜撐采用609mm×12mm 鋼管，長(zhǎng)10.2 m，間距9 m，坑內(nèi)按1：1坡度留土，留土厚度1 m、寬度5 m，后期進(jìn)行盆式開挖。在結(jié)構(gòu)底板和冠梁上分別設(shè)置支座牛腿。

施工工序如下：

①坑內(nèi)樁前保留一定土體不挖，施工留土范圍外的基礎(chǔ)底板，并在側(cè)面設(shè)置牛腿；

②待底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%時(shí)，施工牛腿與冠梁之間采用鋼管斜撐；

③挖除保留的土體，進(jìn)行剩余底板的施工，底板與支護(hù)樁之間采用同底板厚度同強(qiáng)度等級(jí)的素混凝土換撐；

④待剩余底板及換撐混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，拆除鋼管斜撐。

計(jì)算分析按照四個(gè)工況進(jìn)行：第一階段（S1）施加施工荷載、第二階段（S2）開挖至留土標(biāo)高、第三階段（S3）施工鋼管斜撐、第四階段（S4）開挖至基坑底。圖8 顯示，支護(hù)樁水平位移主要發(fā)生在第二階段（S2），此時(shí)排樁冠梁施工完成，進(jìn)行盆式開挖，而斜撐尚未形成，主動(dòng)土壓力完全由支護(hù)樁承擔(dān)，排樁在主動(dòng)土壓力作用下呈現(xiàn)往基坑內(nèi)側(cè)傾斜的趨勢(shì)。在后續(xù)工況S3，斜撐已經(jīng)形成，主動(dòng)土壓力由支護(hù)樁和斜撐共同承擔(dān)，支護(hù)樁變形在S2基礎(chǔ)上僅略微增加。

圖8 樁前留土加斜撐方案土壓力、位移、彎矩、剪力圖

計(jì)算累計(jì)位移為39.8 mm，比原方案位移明顯小。設(shè)計(jì)彎矩1521.3 kN·m，配筋采用HRB400 鋼筋，直徑18mm，配筋25 根。 原配筋采用HRB400 鋼筋，直徑25mm，配筋24 根，滿足計(jì)算要求且有富余。

樁前留土階段，寬5 m、厚1 m 的留土，起到了被動(dòng)區(qū)土壓力的支持作用，抵消一部分主動(dòng)區(qū)土壓力的作用。在加設(shè)斜撐、二次挖土階段，通過斜撐將一部分土壓力傳至底板。樁前留土加斜撐方案的工程量估算為每延米基坑邊長(zhǎng)造價(jià)增加1600元。

5.3 方案比較

從施工工期、操作性角度來看，樁前留土加斜撐更加繁瑣，需進(jìn)行牛腿、腰梁、鋼管斜撐施工，再挖除樁前留土，完成-1F 樓板及換撐施工并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%之后，還需進(jìn)行斜撐拆除。而樁錨設(shè)計(jì)沒有后續(xù)二次挖土以及拆除工作，操作更簡(jiǎn)單且工期較短。

從安全性角度來看，兩者均具有足夠的安全性和可靠性，懸臂排樁可認(rèn)為是平面支護(hù)體系，增加錨桿或斜撐都是增加垂直面體系，將原先平面體系過渡到空間體系，因而加強(qiáng)支護(hù)樁剛度，增大總體系支擋能力，提高安全儲(chǔ)備。

對(duì)環(huán)境影響角度來看，樁錨支護(hù)形式在施工空間上受到限制，對(duì)外部空間有一定的要求，需避免地下部分的施工沖突。而斜撐體系作用于底板，支護(hù)體系不往基坑外部延伸，但由于斜撐作用在底板上，需要將斜撐的軸力加到主體樁基上進(jìn)行核算。

經(jīng)過前述工程造價(jià)估算，兩者增加的工程造價(jià)均不高，但樁前留土加斜撐方案具有更明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

總體來說，增設(shè)錨桿方案，施工速度較快、操作性較好，但需注意避開周邊管線等。經(jīng)勘察，周邊無管線問題，但是東側(cè)距離臨近地下室且有超紅線問題，不排除錨桿打到基礎(chǔ)上的風(fēng)險(xiǎn)。由于本地有明確錨桿不得超紅線的要求，此處錨桿可考慮玻璃纖維錨桿。

樁前留土加斜撐方案，更安全可靠，但是分兩期施工，分兩期挖土，第二次挖土受到斜撐的遮擋和干擾，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)受到局限，需人工挖土，降低了施工效率、操作不便。結(jié)構(gòu)樓板需分兩次澆筑，斜撐作用在樓板上，需對(duì)樓板、工程樁進(jìn)行核算。基于對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)，最終權(quán)衡選擇樁前留土加斜撐方案。

表2 增設(shè)錨桿方案與樁前留土加斜撐方案綜合比較

6 加固處理后的實(shí)施效果

6 月11 日，排樁、冠梁施工完成，開始土方分層開挖，在此過程中，冠梁水平位移逐漸增長(zhǎng)。8 月14 日，土方分層開挖并按設(shè)計(jì)留土至基坑底，開始進(jìn)行鋼管斜撐施工，此時(shí)冠梁水平位移5.6～15 mm。9 月11 日，土方開挖基本完成，此時(shí)冠梁水平位移6.5～15.6 mm。10 月30 日，基坑底板澆筑完成，拆除斜撐，此時(shí)冠梁水平位移6.6～14.6 mm。12 月21 日，完成基坑回填土方，最終冠梁水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示變形在7～16 mm，最大位移16.0 mm，明顯小于計(jì)算結(jié)果，說明設(shè)計(jì)留有足夠的安全儲(chǔ)備。

圖9 冠梁水平位移監(jiān)測(cè)曲線

隨著土方分層開挖并按設(shè)計(jì)留土至基坑底，地表沉降逐漸增加。在土方開挖基本完成后，地表沉降基本穩(wěn)定不變，增長(zhǎng)到6.5～13.5 mm 接近穩(wěn)定，后期漲幅不明顯。最終地表沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示沉降在7.47～15.01 mm，滿足規(guī)范要求。

7 結(jié)論

本工程在施工過程中，由于現(xiàn)場(chǎng)布置臨時(shí)取消樁頂卸土平臺(tái)，導(dǎo)致原設(shè)計(jì)不能滿足要求。通過對(duì)兩種可能的加固設(shè)計(jì)進(jìn)行比選，選擇采用樁前留土加斜撐方案，最終實(shí)施效果較好，有以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考。

圖10 地表沉降監(jiān)測(cè)曲線

在僅排樁的作用下，支護(hù)樁水平位移變化明顯，增設(shè)錨桿或斜撐，隨著開挖位移變化幅度得以控制。懸臂排樁為平面支護(hù)體系，增加錨桿或斜撐是在排樁平面上增加與之垂直的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而成為空間支護(hù)體系，這種復(fù)合支護(hù)形式可增強(qiáng)支護(hù)樁剛度，并且保障了總體系支擋能力，比起單純的懸臂排樁，可靠度更高，位移控制更小。

總體來說，增設(shè)錨桿方案，施工便利、施工速度較快、工期較短，但需注意避開周邊管線、建筑基礎(chǔ)等。樁前留土加斜撐方案，對(duì)空間的要求低、對(duì)環(huán)境影響小、位移控制更嚴(yán)格、安全性更高。

將理論和實(shí)踐進(jìn)行對(duì)比，監(jiān)測(cè)結(jié)果比計(jì)算結(jié)果明顯小，說明基于彈性支點(diǎn)法的計(jì)算方法留有足夠的安全儲(chǔ)備。