復合支護結構在十笏園基坑工程中的成功運用

毛寶江 李永基 樊朝金

1 工程概況

濰坊市十笏園文化街區項目位于向陽路和東風大街東北角,與腦科醫院鄰近,基坑周長1 400 m,開挖深度約為12 m。

該工程基坑東北側為國家級重點文物保護單位十笏園博物館,基坑開挖邊線距古圍墻僅5 m;基坑南側及西側的東風大街、向陽路為市區縱橫主干道,大型公交、施工商品混凝土運輸車及其他社會車輛眾多;基坑西南側距開挖線5 m范圍內有層數為10層的腦科醫院,并帶有消防水池、露天停車場。

2 工程地質條件對基坑支護的影響

①雜填土,均厚為4.0 m;②粉質黏土,均厚為 2.27 m,C=16.2 kPa,γ=19.5 kN/m3,Φ=16.1°;③粉土,均厚 3.20 m,C=14.6 kPa,γ=19.1 kN/m3,Φ=19.3°;③-1粉質黏土,均厚 1.44 m,C=28.9 kPa,γ=19.4 kN/m3,Φ=15.5°;④粉細砂,均厚為6.93 m,γ=20 kN/m3,Φ=27.2°;④-1粉質黏土,均厚 1.46 m,C=26.1 kPa,γ=19.8 kN/m3,Φ=19.5°。

硬塑狀態的粉質黏土螺旋鉆進效率低,帶水鉆進起到良好的潤滑作用,效率大大提高,但鉆進時易產生大量的泥漿,且在鉆孔孔壁形成了一層泥皮,影響注漿體與土層的粘結強度。為確保注漿體與土層的粘結強度,施工時進行干鉆;為提高施工效率也可采用水泥漿護壁;粉土開挖自立性差,開挖過程中呈塊狀塌落,易出現倒坡,施工難度大,甚至影響基坑邊坡的整體穩定。

3 水文地質條件對基坑支護的影響

場地地下水屬第四系孔隙水,具微承壓性,地下水的穩定水位埋深為9.40 m～10.20 m,相應標高 20.60 m～19.80 m。水位年變幅1.50 m～3.00 m。基坑開挖深度在12.00 m,穩定水位以下1.80 m～2.60 m。地下水位下錨桿成孔困難,尤其在砂層,塌孔掩埋鉆桿,成孔過程中不斷出砂,影響基坑邊坡后側土體穩定;無帷幕開挖施工,地下水夾帶著粉質黏土形成的泥漿或粉細砂從坡面滲出,坡面滲水受損,噴射混凝土與受噴面粘結力變低;噴層厚度過小,粗骨料無法嵌入塑性的砂漿層,回彈率高;噴層厚度過大,影響噴射混凝土的粘結力和凝聚力,造成離層或混凝土自重過大附帶滲水泥層墜落。

4 支護方案的比較選擇

4.1 樁錨支護結構

如圖 1所示,整平場地進行支護樁施工,樁徑600 mm,樁長18.00 m,嵌固深度6.00 m,樁間距1.10 m;在支護樁間進行旋噴樁止水帷幕施工,樁徑900 mm,樁長13.70 m,水泥用量300 kg/m,與兩側的支護樁咬合200 mm;樁頂設鋼筋混凝土冠梁,將樁體進行整體連接。支護樁上設4道預應力錨桿,長16 m,以2支[20的槽鋼為承壓體施加預應力穩固樁體。

4.2 復合支護結構

如圖2所示,基坑邊坡沿上周邊按 1∶0.2的坡度分層開挖至-8 m的支護樁頂,上部8 m土體設3道錨桿,縱橫間距分別為2.2 m和2.0 m,長度分別為12 m～18 m。整個坡面掛鋼筋網,以錨桿為節點設縱橫肋梁,噴射混凝土工藝。基坑-8 m標高處進行支護樁施工,樁徑 600 mm,樁長 10.7 m,嵌固深度 6.00 m,樁間距1.10 m;在支護樁間進行旋噴樁止水帷幕施工,樁徑900 mm,樁長10.7 m,水泥用量300 kg/m,與兩側的支護樁咬合200 mm;樁頂設鋼筋混凝土冠梁,將樁體進行整體連接。支護樁上設1道錨桿,長18 m,以2支[20的槽鋼為承壓體施加預應力穩固樁體。

4.3 土釘墻支護結構

如圖3所示,土釘墻施工配合土方開挖分層支護。機械開挖后,人工修整坡面,坡面平整度允許偏差±20 mm,鉆孔安設土釘、注漿、綁鋼筋網、噴射混凝土。坡頂坡面坡腳形成組合排水系統:坡頂設止水磚臺防止雨水倒灌入基坑、坡面設泄水管導出坡面滲水、坡腳設排水溝。

5 施工方案選擇結論

樁錨支護結構雖然變形較小,安全系數高,但工期較長,造價相對較高。復合支護結構和土釘墻配合土方分層開挖支護,不單獨占用工期,造價相對樁錨支護結構較低,并且復合支護結構的變形在可控范圍內,確保不對周邊的建筑物產生影響。土釘墻從機理上講允許基坑有一定的變形,因十笏園古墻和腦科醫院露天停車場均在變形范圍內,很可能因土體變形拉裂古建筑圍墻和產生停車場的地面裂縫,容易引起恐慌,同時現場場地放坡條件也不允許。綜合考慮,最終選擇復合支護結構。

6 復合支護結構施工

復合支護結構施工與土方分層開挖交叉進行,不單獨占用工期。土方每次的開挖深度相對該排錨桿豎向間距深50 cm,并留足6 m的錨桿機工作面后,可在中間先進行土方開挖。待上一層支護工作完成,漿體和混凝土肋梁達到設計要求強度并對預應力錨桿張拉完成后進行下層土方開挖,施工時必須與土方工程配合,依次分步提供施工作業面。待挖至-8 m進行支護樁施工時,需留足相對較大的工作面,要求不小于15 m,為提高土方開挖施工進度,可在打樁機工作面外先進行中間土方開挖,完成支護樁和帷幕施工并待樁體達到設計強度后再貼樁進行土方開挖,最后進行樁體部位的1道預應力錨桿施工和張拉作業。

7 施工監測結果

根據第三方監測結果表明,自基坑開挖施工以來,歷經大的坡頂動荷載(商品混凝土車、土方運輸車輛)、雨季水位上漲等情況,周邊道路、建筑物、古墻均未出現超過設計要求的沉降及位移裂縫,支護樁頂最大位移為5 mm,遠小于基坑預警值——基坑開挖深度的3‰(即36 mm)和設計允許變形值20 mm的要求。

8 結語

預應力錨桿肋梁+樁錨+帷幕復合支護結構有效保證了基坑的正常施工,并具有安全性能高、造價低、工期短等優點。施工完成后周邊建筑物、道路、管線未出現位移及變形,取得了良好的社會效益。同時主體地下結構墊層與筏板及時跟進施工,對支護結構的位移和防止坑底因雨季水位上升而隆起起到了控制作用,降低了工程風險。

[1] 劉國彬,王衛東.基坑工程手冊[M].第 2版.北京:中國建筑工業出版社,2009.

[2] CECS 22∶2005,巖土錨桿(索)技術規程[S].

[3] 李自明.復合支護形式在深基坑支護中的應用[J].山西建筑,2008,34(2):120-121.