大圓環撐結合SMW工法樁在軟土基坑中的應用

陳克用

(福建眾合開發建筑設計院 福建福州 350004)

1 工程概況

本工程位于福州市馬尾區青洲路東北側。擬建項目西側28m外為福馬鐵路及鐵道口指揮樓，基坑北側約15m外為一棟新建多層框架結構廠房，東側10m外為1～2層磚混搭蓋民房和簡易棚架，南側46以內均為本項目工程紅線內工程用地。基坑周長440m，基坑面積約11700m2，本工程±0.00標高對應絕對標高為7.95，場地平均整平標高為7.60，根據本工程底板墊層底標高和主樓下大承臺厚度，本基坑工程位于主樓大承臺處開挖深度為6.7m，單層地下室區域基坑開挖深度為5m。基坑總平面圖如(圖1)。

本工程場地地貌屬于人工堆填、淤積、沖洪積成因類型組成巖土性質。根據地質勘查報告，影響本基坑范圍內至上而下的土層條件如下(表1)。

表1 土層條件

圖1 基坑總平面圖

2 工程地下水埋藏條件

本工程地下水主要為賦予(1-2)填中砂中孔隙潛水以及賦予(4)細砂層中孔隙承壓水;場地勘查初見水位絕對標高變化在1.2～2.13m之間，場地地下水正常水位絕對標高:5.61～5.94m，根據地下水情況、地質勘查剖面和基坑開挖深度分析，基坑底大部分落在(3)淤泥質土夾砂土層上，局部落在(1-1)雜填土或(2)粘土層上，但局部存在上述隔水層較薄，經抗突涌驗算:H=2.1＜(rw/r)xh=2.27基坑可能會產生突涌，以及考慮(1-2)填中砂中孔隙潛水，本基坑工程應采取降水措施:井點降水。

3 基坑方案比選

本基坑工程開挖深度較大，而且屬于軟土地區，若采用土釘墻，考慮軟土地質土釘抗拉拔承載力不足、穩定性較差;若考慮采用拉拔承載力相對較大的擴孔錨桿，除南側外，其它方向均離用地紅線較近，采用擴孔錨桿會導致錨桿超出用地紅線;同樣若采用排樁結合擴孔錨桿，不但存在錨桿超出紅線問題，在整體穩定計算分析結果，排樁嵌固深度過大，不經濟。由于本基坑頂需有足夠施工空間需采取垂直開挖，考慮本場地基坑開挖深度影響范圍內的土質屬于軟土，為了提高基坑穩定性，最終本工程采用SMW工法樁支擋并結合工法樁頂一道坑內支撐系統，這對(1-1)雜填土層和(1-2)填中砂層中的潛水也起到很好的止水帷幕，同時也解決了基坑傾覆問題，并通過合理調整嵌固深度，以保證基坑的整體穩定和控制基坑底隆起。

由于本基坑跨度較大(短邊尺寸可達100m)，若采用鋼管對撐，穩定性及剛度不足;采用鋼筋混凝土桁架對撐，剛度滿足，但工程量較大，支撐立柱數量也較多，且邊界的不規則性也不適合對撐系統。最終經綜合各方面因素采用鋼筋混凝土環形支撐梁，但由于基坑邊界的不規則形狀，設計上先布置合適直徑圓環梁，然后針對圓環梁與基坑邊界的距離大小合理布置相應邊桁架、支撐梁，并結合計算分析各內撐梁內力，再多次調整內撐梁布置直至各內撐梁受力均勻合理，最終基坑平面布置如(圖2)。這樣不但可以減少支撐系統混凝土用量和立柱數量，還能給基坑開挖提供較大的空間，方便機械在坑內進行土方開挖。

圖2 基坑平面示意圖

4 基坑支護結構設計主要考慮幾點

本基坑支護結構設計為SMW工法樁支擋，采用三軸攪拌樁φ850@600，H型鋼為700*300*13*24隔一插一，樁頂設一道鋼筋混凝土支撐梁，坑頂2m范圍采取放坡，這樣主要考慮縮短基坑支擋深度，在同樣支護樁長度下，可以爭取更大的嵌固深度，以確保基坑的坑底抗隆起和基坑整體穩定的安全;圓環撐直徑長達100m，設計要求支撐梁混凝土中應摻膨脹劑以控制混凝土自身收縮的不利影響;基坑支撐梁下立柱采用鋼格構柱，其柱下基礎采用沖孔灌注樁基，根據基坑支撐梁平面調整立柱位置，其中有10根立柱在不影響主體豎向構件條件下直接布置在工程樁上，以節約造價;環形支撐梁與坑邊比較近區段，平面剛度相對較弱，設計上采取局部設置鋼筋混凝土板，板厚120mm，雙面雙向配筋Φ12@200，以增強該區域平面內剛度。基坑典型剖面圖如(圖3)

圖3 基坑剖面示意圖

5 基坑計算分析

基坑采用同濟啟明星軟件，并根據《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012進行計算分析，其中變形最大的DK4，DK7勘察點主要內力，位移結果分別如下(圖 4a，4b)。

圖4 a DK4點變形和內力結果

同時根據規程還主要作了整體穩定分析計算、嵌固端深度析、坑底抗隆起驗算，并滿足相應的安全系數，確保基坑安全。

圖4 b DK7點變形和內力結果

6 基坑工程監測

由于本工程地質土層(4)細砂，層厚較大，部分三軸攪拌樁未能穿透該土層，而該土層所含水為承壓水，基坑降水采取了非完整井進行井點降水，在施工過程中也考慮到地下水對周邊地面及構筑物影響，針對基坑深度三倍的基坑頂周邊范圍(約坑頂周邊20m范圍內)布設了24個水平位移和豎向位移監測點，從基坑開挖開始到基坑回填共監測了81次，歷時約130天，具體監測結果如(圖5～圖7)。

圖5 水平位移最終變形圖

圖6 豎向位移最終變形圖

圖7 基坑深層土體最終變形圖

總體上看，基坑頂變形(個別點略超預警值外)大部分都在預警值范圍之內，基坑深層土體變形都在預警范圍以內。而基坑設計計算結果最大坑頂水平位移和豎向位移也分別為29mm，26mm，這與實際監測結果基本吻合。因考慮個別點坑頂水平位移略超預警值，結合實際監測的測斜管數據分析，坑頂水平位移和豎向位移變形較大幾個點對應測斜管數據相對都較小，針對這種情況，現場采取加密變形監測頻率，以觀察基坑變形發展情況，直至最終基坑回填，基坑主體自身變形未發現繼續開展。基坑現場如(圖8，9)，圖中也可以看出SMW工法樁支擋墻面未出現漏水，起到了很好的止水預期。

圖8 基坑施工現場俯視圖

圖9 SMW工法樁現場開挖檢查情況

7 基坑工程事故處理

圖10 沉降引起現場建筑物墻體裂縫一

圖11 沉降引起現場建筑物墻體裂縫二

在基坑北側40～50m外存在較多單層磚混老舊建筑物，其基礎形式多為埋置于地表雜填土層中的剛性條石基礎，本基坑工程施工過程中，出現了較多明顯因地基沉降引起的墻體裂縫，如(圖10，11);根據現場實際情況并結合地質勘查報告分析，出現該情況主要是由于該場地周邊共有三個大型項目同時進行地下室施工，本工程離開裂民房最近;其次，該場地地表以下存在(4)細砂層，且在基坑北側附近細砂土層厚度最大，最厚達16m，局部工法樁長度范圍內未能穿透該土層，其富含孔隙承壓地下水，且該土層埋置范圍涵蓋了上述民房區域，正好與該場地水力路徑連通，并且該細砂層上覆淤泥質土夾細砂，屬于軟弱土層，對地下水的變化比較敏感，這些老舊建筑物基礎的整體性較差從而導致的裂縫的產生。

針對該情況，現場通過控制基坑降水，同時在該區域增設回灌井，進行地下水回灌，控制了裂縫繼續發展，直至基坑回填結束。

8 結語

(1)任何形狀的基坑，只要結合基坑邊界條件，合理布置基坑內支撐邊桁架梁和內撐梁，不規則邊界也同樣可以設計圓形環撐基坑;

(2)合理利用工程樁作為基坑支撐系統立柱樁，可降低基坑工程造價;

(3)大型圓環形支撐梁應采取措施控制混凝土的自身變形以減小對基坑的不利影響;

(4)在地下水力路徑連通前提下，對基坑頂40m外甚至更遠的區域基礎整體性較差的老舊建筑物應引起足夠重視，在基坑支內的前提下也要做好護外工作。

[1]JGJ120-2010，基坑工程技術規范[S].

[2]GB50010-2010，混凝土結構設計規范[S].

[3]中國建筑工業出版社，工程地質手冊(2007年第四版).