人工挖孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)加土釘支護(hù)體系在水晶城小區(qū)高層住宅樓工程深基坑工程中的應(yīng)用

劉　濤，鄭　勇，康　劍，陳　鋒

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊，新疆昌吉831100）

人工挖孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)加土釘支護(hù)體系在水晶城小區(qū)高層住宅樓工程深基坑工程中的應(yīng)用

劉濤*，鄭勇，康劍，陳鋒

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊，新疆昌吉831100）

人工挖孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)與土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)各有其優(yōu)缺點，當(dāng)基坑土層較差時，為保證基坑下部施工安全，可采用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)與土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，有效地發(fā)揮樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)與土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點。水晶城小區(qū)高層位于新疆呼圖壁縣二工路，其周邊環(huán)境相對復(fù)雜，整體基坑實際開挖深度在自然地面以下-6.0m左右，現(xiàn)擬開挖基坑布局呈矩形，基坑開挖后的西側(cè)及北側(cè)臨近市政公路，東側(cè)臨近已有住宅建筑，基坑開挖放坡系數(shù)有限。實踐證明，該基坑采用土釘與樁錨聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)取得了較好的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益。

樁錨支護(hù)；土釘支護(hù)；深基坑

1　概述

土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)與樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)各有其優(yōu)缺點，土釘支護(hù)的優(yōu)點在于施工速度快、經(jīng)濟(jì)、可靠，但在土質(zhì)較軟、水文地質(zhì)條件復(fù)雜、開挖較深且周邊環(huán)境嚴(yán)峻的條件下的基坑，土釘支護(hù)則不適用；樁錨支護(hù)適用各種條件下的深基坑，這種支護(hù)結(jié)構(gòu)能較好地控制邊坡變形、安全性高，但其施工周期長、費用較高。當(dāng)基坑上部土層較好而下部土層較差時，可采用土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)與樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，有效地發(fā)揮土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)與樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點。

2　支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算

當(dāng)基坑開挖較深時，可充分利用上部地層工程性質(zhì)好的特點，基坑上部采用土釘支護(hù)，按土釘支護(hù)模式進(jìn)行計算，由此來確定土釘?shù)呐艛?shù)、間距與長度。

為較好解決基坑的穩(wěn)定性，對基坑下部可采用樁錨支護(hù)，根據(jù)支護(hù)深度和土質(zhì)條件，錨桿可設(shè)置一層或多層，其錨固段宜置于較好的粉土、圓礫層中，根據(jù)土質(zhì)和施工條件可選用灌漿錨桿、螺旋錨桿等不同錨型，根據(jù)變形控制要求，可選用預(yù)應(yīng)力錨桿或非預(yù)應(yīng)力錨桿。

當(dāng)進(jìn)行樁錨計算時，上部土釘支護(hù)段的土層可轉(zhuǎn)換成超載參與計算，樁錨支護(hù)可按極限平衡法、彈性抗力法或其他能考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體共同作用的方法計算樁身內(nèi)力、錨桿力和樁身的變形。

3　工程實例

3.1工程概況

新疆鴻新房地產(chǎn)開發(fā)公司水晶城小區(qū)高層住宅樓工程擬建場地位于呼圖壁縣水利局院內(nèi)。擬建建筑物為1棟地上17層、地下1層的高層住宅，其上部結(jié)構(gòu)為框架剪力強結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深預(yù)計在-4.0m，建筑物占地面積1800m2左右。

本基坑開挖深度H=6.00m，根據(jù)邊坡工程損壞后可能造成的破壞后果的嚴(yán)重性、邊坡類型和坡高等因素，按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013），此邊坡工程等級按三級考慮。

3.2場地周邊環(huán)境條件

基坑開挖后的西側(cè)及北側(cè)臨近市政公路，東側(cè)臨近已有住宅建筑，基坑形狀及周邊環(huán)境參見圖1。

3.3場地巖土工程地質(zhì)條件

根據(jù)《新疆鴻新房地產(chǎn)開發(fā)公司水晶城小區(qū)高層住宅樓巖土工程詳細(xì)勘察報告》，擬建場區(qū)屬山前沖洪積平原中下部，在本次勘察深度范圍內(nèi)，場區(qū)地層自上而下可分為3層，該擬建場地地層主要由雜填土、粉土和圓礫組成。

3.3.1工程地質(zhì)條件

下面僅對與基坑支護(hù)相關(guān)的地層描述如下：

圖1　基坑概況與周邊環(huán)境條件（單位：m）

①層雜填土（Qml4）：雜色，稍濕，中密，主要成分為粉土。層間夾有磚塊、水泥塊及生活垃圾。該層在場地內(nèi)連續(xù)分布，層厚為1.5～2.4m。

②層粉土（Qal+pl4）：土黃色，稍濕—濕，稍密—中密；干強度中等—高，韌性低，搖震反應(yīng)低—中等，切面粗糙—光滑；包含物為粉砂，層頂埋深1.5～2.4m，基坑的東側(cè)在勘探深度20m范圍內(nèi)全為粉土。

③層圓礫（Qal+pl4）：青灰色，稍濕，中密；礫石多呈次圓狀，一般粒徑5～10mm，最大粒徑可達(dá)100mm，級配不良；母巖成分以凝灰?guī)r及砂巖為主，微風(fēng)化；充填物為中細(xì)砂，充填程度良好。主要分布在基坑的西側(cè)。與基坑支護(hù)設(shè)計相關(guān)地層的巖土設(shè)計參數(shù)取值見表1。

表1　與基坑支護(hù)設(shè)計相關(guān)地層的巖土設(shè)計參數(shù)取值表

3.3.2水文地質(zhì)條件

在本次勘探深度范圍內(nèi)未揭露到地下水。根據(jù)該區(qū)水文地質(zhì)資料，地下水潛水水位埋深大于30m，故施工時不考慮地下水對工程建設(shè)的影響。

3.4設(shè)計方案比選

3.4.1本基坑工程之特點

（1）本基坑周邊距東側(cè)樓房有7～8m寬的空場地，且場區(qū)上部巖土層填土之下即為粉土，粉土層的物理力學(xué)性質(zhì)好，有較大的自立高度；西側(cè)可適當(dāng)放坡開挖，有利于支護(hù)結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)合理；

（2）本深基坑開挖深度H=6.0m，開挖深度不大，其開挖范圍受場地范圍局限，不能完全放坡開挖。應(yīng)對坑壁土體采取有效支護(hù)措施，防止土體滑移坍塌，并應(yīng)限制支護(hù)結(jié)構(gòu)之側(cè)向位移。

3.4.2深基坑支護(hù)方案選擇

根據(jù)本基坑工程特點，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及工期等綜合比較優(yōu)選，確定采用土釘與樁錨聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。基于以下幾點：一是場區(qū)上部地層主要為粉土，有一定自立高度和錨固力，為上部采用土釘支護(hù)提供了條件；二是錨桿施工范圍內(nèi)時無地下障礙物（如樁基礎(chǔ)及其他地下設(shè)施）；三是樁錨施工具有較成熟的施工經(jīng)驗；四是可為土方開挖與地下室施工提供足夠空間，利于后續(xù)施工。

3.5深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本深基坑支護(hù)方案確定為土釘與樁錨支護(hù)聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)體系：沿基坑?xùn)|側(cè)根據(jù)環(huán)境條件及建筑物結(jié)構(gòu)特點，基坑采用支護(hù)樁加錨桿的樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)。

支護(hù)樁采用人工挖孔灌注樁。為有效控制支護(hù)樁的側(cè)向位移以及防止錨桿體在土層的蠕動變形而導(dǎo)致錨拉力的損失，樁錨支護(hù)體系的錨桿設(shè)計采用預(yù)應(yīng)力錨桿。

典型的支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖2所示。

圖2　A-A′段支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖（單位：mm）

3.5.1土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

地面超載一般取q=5kPa（無重載運輸車輛沿坑邊行駛）；另根據(jù)周邊臨近建筑物距離與層數(shù)一數(shù)二計入其附加荷載。土壓力采用朗肯土壓力理論，根據(jù)地質(zhì)條件及開挖深度概化成代表性地質(zhì)剖面進(jìn)行計算，由此來確定土釘?shù)呐艛?shù)、間距與長度。

3.5.2樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）支護(hù)樁結(jié)構(gòu)設(shè)計。支護(hù)樁采用人工挖孔灌注樁：采用600mm×700mm的矩形樁，設(shè)計有效樁長L= 10.0m，沿基坑?xùn)|邊線布置；支護(hù)樁樁頂設(shè)置冠梁：截面尺寸400mm×700mm，冠梁沿支護(hù)樁軸線形成封閉圈。

支護(hù)樁樁身設(shè)計砼強度等級C25，主筋?18@200，箍筋為8@200。樁頂冠梁設(shè)計砼強度等級為C25，主筋為?12Φ18，箍筋為?8@200，支護(hù)樁主筋插入冠梁內(nèi)400mm。

（2）預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計。預(yù)應(yīng)力錨桿主動對支護(hù)樁施加反力，可有效減少和控制支護(hù)樁的側(cè)向位移，并能使支護(hù)樁樁身彎矩明顯減小，同時可減少錨桿體在軟弱土層的蠕動變形而導(dǎo)致錨拉力的損失。

錨桿設(shè)計參數(shù)：錨桿水平間距Sx=2.0m，錨桿成孔直徑d=150mm，錨桿對水平方向傾斜角θ=15°。計算結(jié)果如表2所示。

表2　錨桿計算參數(shù)

①錨固體采用高壓灌漿施工工藝，灌漿壓力應(yīng)控制在0.4～0.5MPa。灌漿材料采用純水泥漿（亦可采用水泥砂漿），水灰比0.40～0.5，水泥選用32.5MPa普通硅酸鹽水泥。注漿體的強度等級應(yīng)達(dá)到M10（配合比由試驗確定）。錨桿施工完畢且達(dá)到設(shè)計強度的70%后方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，張拉鎖定荷載為0.4～0.6倍的設(shè)計值。

②錨桿抗拔試驗在錨固體強度達(dá)到70%以后進(jìn)行，檢驗數(shù)量不少于錨桿總數(shù)的1%，且每個剖面不少于5根。

3.6基坑施工與基坑監(jiān)測

3.6.1基坑施工

在基坑施工的過程中，人工挖孔樁在砂層段采用鋼護(hù)筒，克服了砂土、流土、流砂造成的孔壁坍塌的困難。

3.6.2基坑監(jiān)測

為確保該項目地下工程安全、順利地完成，在基坑開挖及地下室施工過程中，采用了信息法施工進(jìn)行施工，運用了多手段進(jìn)行了基坑監(jiān)測。

基坑周邊建筑物、鄰近道路共布3個觀測點，周邊土體水平位移觀測點共3個，從監(jiān)測結(jié)果來看，基坑變形均在允許范圍內(nèi)。

基坑監(jiān)測及其運行結(jié)果表明該基坑的設(shè)計是成功的。

4　結(jié)語

（1）當(dāng)基坑開挖過程中不能有效放坡時，可采用土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)與樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，有效地發(fā)揮土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)與樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點。

（2）基坑上部采用土釘支護(hù)，按土釘支護(hù)模式進(jìn)行計算，由此來確定土釘?shù)呐艛?shù)、間距與長度。

當(dāng)進(jìn)行樁錨計算時，上部土釘支護(hù)段的土層可轉(zhuǎn)換成超載參與計算，樁錨支護(hù)可按極限平衡法、彈性抗力法或其他能考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體共同作用的方法計算樁身內(nèi)力、錨桿力和樁身的變形。

（3）土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)與樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的連結(jié)部位宜采用軟連結(jié)，而不宜采用鋼性連結(jié)，以防止2種支護(hù)結(jié)構(gòu)變形不協(xié)調(diào)而帶來的相互影響。

TU74

B

1004-5716（2016）02-0023-04

2015-02-13

2015-02-25

劉濤（1982-），男（漢族），山東肥城人，工程師，現(xiàn)從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)工作。