樁加內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)技術(shù)在南昌富水砂層地質(zhì)建筑基坑中的應(yīng)用

■賀子瑛，李毅卉 ■.南昌軌道交通集團有限公司，江西 南昌 330000；.南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌330000

1 工程概況

南昌市某基坑，為三層地下室，且地下室單層面積較大約1萬m2，層高(5.2m+5.2m+4.9m)均較高，基坑平面尺寸約116.47m×117.3m(如圖1所示)，地面絕對標(biāo)高為23.0m，地下水位絕對標(biāo)高為15.0m，地下室底板絕對標(biāo)高為5.95m位于富水粗砂層中，核心筒底板絕對標(biāo)高-0.8m位于強風(fēng)化砂礫巖中(如圖2所示)。

圖1 原支護結(jié)構(gòu)剖面圖

圖2 原止水帷幕方案

基坑開挖深度17.05m，核心筒坑中坑范圍局部加深6.75m即開挖深度23.8m，加深段平面尺寸26.5m×23.18m，且基坑暴露時間長，地下水位高，因此對于基坑止水效果的要求極高。本基坑長度、寬度以及深度均為南昌之最，在以前南昌建筑工程基坑中未遇到過，無可遵循的設(shè)計和施工經(jīng)驗，本基坑支護原設(shè)計方案為樁錨式支護結(jié)構(gòu)。

2 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1)原設(shè)計。綜合考慮項目基坑周邊環(huán)境、基坑大小、開挖深度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、本地區(qū)施工設(shè)備、施工技術(shù)和施工季節(jié)等綜合條件，選定“土釘墻+排樁+旋噴樁止水帷幕+錨桿組合支護體系”(如圖3、4所示)為本工程基坑支護結(jié)構(gòu)類型。即：

圖4 優(yōu)化后止水帷幕方案

上部層素填土、層粉質(zhì)粘土采用1∶1.25放坡開挖，坡面掛網(wǎng)噴射混凝土支護形式；下部采用排樁+旋噴樁止水帷幕+錨桿組合支護。

排樁：鉆孔樁直徑1.20米，樁間距1.50米，樁身混凝土強度等級為C30。

冠梁：在排樁頂部采用C25鋼筋混凝土壓頂冠梁拉結(jié)。

錨桿：基坑內(nèi)側(cè)在鉆孔樁間中點位置設(shè)置3排錨桿。

腰梁：在錨桿位置設(shè)置雙槽鋼腰梁，腰梁采用二根［20a型槽鋼。

旋噴樁止水帷幕：在鉆孔樁之間采用二排φ900三重管高壓旋噴樁截水，三重管旋噴樁與鉆孔樁一起形成封閉的止水帷幕。高壓旋噴樁止水帷幕直至強風(fēng)化砂礫巖層表面。樁間土防護：采用C20噴射混凝土護面處理，厚約40～60mm。

基坑支護的排水系統(tǒng)：在基坑頂部適當(dāng)位置用水泥磚砌筑排水溝，用以攔截地表水，坡頂排水溝經(jīng)沉淀池與市政排水系統(tǒng)連通；基坑底部沿排樁周邊用水泥磚砌筑排水溝，基坑底部各拐角點設(shè)置集水井，水量較大時，每隔30m或加密設(shè)集水井，用以排除基坑內(nèi)積水。

(2)優(yōu)化設(shè)計。基于基坑安全方面，一是根據(jù)高壓旋噴樁試樁取芯效果顯示，砂礫層與巖層交界面芯樣不是很理想，該處的止水效果難以得到保證；且在前期支護排樁施工中發(fā)現(xiàn)，基坑?xùn)|側(cè)、南側(cè)地下有已廢棄的鋼筋混凝土水閘等構(gòu)筑物，西南角有混凝土排水管等，這些地下障礙物對高壓旋噴樁的成樁有著極為不利的影響；二是基坑支護的預(yù)應(yīng)力錨索錨固段位于粗砂、礫砂層(附近工程由于基坑較淺，錨桿或錨索的錨固段位于粘土層)，而砂層受動水壓力影響，錨索的握裹力難以保證，一旦預(yù)應(yīng)力錨索失效，后果不堪設(shè)想；此外，預(yù)應(yīng)力錨索在砂層中的握裹力需通過試驗驗證，也將給施工工期帶來不利影響。同時基于周邊地塊開發(fā)方面，一是由于預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計長度達22m，而基坑邊坡已靠近本地塊紅線，因此預(yù)應(yīng)力錨索將侵入周邊地塊近20m，對周邊待開發(fā)地塊存在不利影響。二是預(yù)應(yīng)力錨索對于臨近在建項目的施工，存在不利影響。

基于以上原因，設(shè)計單位對原設(shè)計方案進行了優(yōu)化，采用“土釘墻+排樁+(外排三軸深層水泥攪拌樁+內(nèi)排高壓旋噴樁)止水帷幕+內(nèi)支撐(角撐)組合支護體系”。如圖3、4所示。

同時，因支護方案由“土釘墻+排樁+旋噴樁止水帷幕+錨桿組合支護體系”優(yōu)化為“土釘墻+排樁+(外排三軸深層水泥攪拌樁+內(nèi)排高壓旋噴樁)止水帷幕+內(nèi)支撐(角撐)組合支護體系”，受力模型發(fā)生變化，且支護排樁已在施工，因此需對支護排樁進行驗算。

(3)內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)計算理論和主要計算結(jié)果

①計算模型。支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算沿基坑周邊取單位長度按彈性地基梁計算。按基坑開挖、回筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的施工過程進行內(nèi)力計算。

開挖階段計算時必須計入結(jié)構(gòu)的先期位移值以及支撐的變形，按“先變形，后支撐”的原則進行結(jié)構(gòu)分析計算。

②支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形計算結(jié)果。

根據(jù)內(nèi)力計算結(jié)果，經(jīng)驗算，樁錨式支護結(jié)構(gòu)的排樁滿足樁加內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)受力要求。

③支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算。根據(jù)理正軟件計算結(jié)果，整體穩(wěn)定安全系數(shù)K=2.617＞1.3，抗傾覆安全系數(shù)K=1.481＞1.2，同時也滿足要求。

3 支護結(jié)構(gòu)施工效果

圖5 支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形包絡(luò)圖

(1)支護結(jié)構(gòu)從2012年8月開始施工，2013年3月開始土方開挖，到2013年8月份基坑完成出正負(fù)零，正好是南昌雨季期間進行土方開挖施工，在基坑土方開挖施工過程中，為減小基坑工程施工對周圍環(huán)境的影響，及時掌握基坑支護結(jié)構(gòu)及周圍環(huán)境的變形情況，做到信息化施工，以確保結(jié)構(gòu)安全并滿足環(huán)境保護要求，基坑施工時采取了監(jiān)測技術(shù)。(2)在基坑土方開挖施工過程中，坡頂水平位移、樁頂水平位移、支護樁深層水平位移、土體深層水平位移、坑外地表沉降、周圍建(構(gòu))筑物變形等均在可控范圍內(nèi)，確保了基坑及周邊環(huán)境的安全。(3)在基坑土方開挖施工過程中，基坑內(nèi)基本無水，基坑底板未出現(xiàn)管涌現(xiàn)象，邊坡穩(wěn)定的。

4 結(jié)語

南昌市正處于經(jīng)濟和城市建設(shè)快速發(fā)展期，為適應(yīng)工程建設(shè)的需要，深基坑支護技術(shù)在不斷發(fā)展，通過樁加內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)技術(shù)成功應(yīng)用案例，為今后南昌富水砂層地質(zhì)條件下深基坑支護結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用做進一步拓展：

(1)樁加內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)方案的推廣。目前南昌地區(qū)使用最多的深基坑支護方法是樁錨結(jié)構(gòu)和土釘墻包括復(fù)合型土釘墻結(jié)構(gòu)兩種，土釘墻支護雖有經(jīng)濟、施工快捷等優(yōu)點，但由于其控制位移相對較弱；而樁錨結(jié)構(gòu)雖然控制位移較好，但造價較高，但預(yù)應(yīng)力錨索的張拉力在富水砂層中難以保證；同時，這兩種支護結(jié)構(gòu)對周邊開發(fā)地塊影響較大，因此樁加內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)在南昌富水砂層的建筑深基坑的應(yīng)用是值得推廣。

(2)監(jiān)測技術(shù)和信息化施工技術(shù)的應(yīng)用。建筑深基坑工程位于力學(xué)性質(zhì)相當(dāng)復(fù)雜的地層中，由于存在著“時空效應(yīng)”，以及地下水、地面堆載等周邊環(huán)境的作用，使得現(xiàn)階段在基坑工程設(shè)計時，對結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算以及結(jié)構(gòu)和土體變形的預(yù)估與工程實際情況有較大的差異，并在相當(dāng)程度上仍依靠經(jīng)驗。因此，在基坑施工過程中，只有采取監(jiān)測技術(shù)和信息化施工對基坑圍護結(jié)構(gòu)、基坑周圍的土體和相鄰的建(構(gòu))筑物進行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測，才能對基坑工程的安全性和對周圍環(huán)境的影響程度有全面動態(tài)的了解。通過監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，在出現(xiàn)異常情況時及時反饋信息，并采取必要的工程應(yīng)急措施，防止基坑事故發(fā)生，避免人身傷害和重大經(jīng)濟損失。

(3)基坑支護技術(shù)與環(huán)境的和諧。基坑支護設(shè)計時如何與周邊環(huán)境和諧是基坑支護設(shè)計中存在的一個突出問題，由于基坑工程是臨時工程，采用錨索支護技術(shù)將使得錨索突破項目的用地紅線，伸入臨近開發(fā)項目，影響臨近地塊項目的開發(fā)；同時采用錨索在南昌富水砂層中的握裹力難以保證，在施工過程中易造成周邊環(huán)境的破壞。因此，樁加內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)在南昌地區(qū)富水砂層建筑基坑的應(yīng)用領(lǐng)域，可以做到基坑支護技術(shù)與環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

［1］劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊［M］，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］曾秀華.論深基坑工程信息化施工中的監(jiān)測技術(shù)［J］.分析與檢測，2008，7(91)：192-194.