黃土地區(qū)某工程深基坑支護(hù)方案比選分析

伍麗珍 黃小平

(1.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000; 2.中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司，陜西 西安 710043)

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黃土地區(qū)某工程深基坑支護(hù)方案比選分析

伍麗珍1黃小平2

(1.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000; 2.中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司，陜西 西安 710043)

結(jié)合黃土地區(qū)某工程的地質(zhì)條件以及周邊環(huán)境，對該工程深基坑支護(hù)方案進(jìn)行比選分析，得出宜采用SMW工法樁+預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)方式，為類似工程深基坑支護(hù)方案選擇提供參考。

黃土地區(qū)，深基坑支護(hù)，SMW工法，預(yù)應(yīng)力錨索

目前，地下空間的類別、數(shù)量越來越多，規(guī)模也越來越大[1,2]，為了開發(fā)和建造這些地下空間和設(shè)施，首先就要進(jìn)行大規(guī)模的深開挖，要保障基坑開挖的穩(wěn)定和周邊建筑物及地下管線的安全，從而必須進(jìn)行基坑支護(hù)。由于不同的工程地質(zhì)與水文條件及周邊環(huán)境存在差異性，深基坑支護(hù)仍是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)性很大的工程[3],尤其對基坑支護(hù)方案的選擇仍具有片面性。因此，以黃土地區(qū)某深基坑支護(hù)工程為研究背景，結(jié)合該工程地質(zhì)與水文條件以及周邊環(huán)境，對該工程1期深基坑支護(hù)方案進(jìn)行比選分析。

1 工程概況

1.1 基坑概況

某工程位于西安市東大街南側(cè)，馬廠子西側(cè)，擬建建筑地上8層，地下3層，高36 m，結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻，采用梁筏基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深18.0 m，基礎(chǔ)底面按照規(guī)范要求設(shè)計(jì)壓力值為300 kPa。現(xiàn)場地形南高北低，場地在基坑支護(hù)前，場地整平至405.50 m(即為±0.00高程)，建筑基坑北邊、東邊及西邊土體開挖深度都為19 m，南邊開挖深度最深達(dá)23.5 m(南側(cè)基坑開挖前，在坡頂卸土深度4.50 m，卸土寬度約7 m)。

1.2 周邊環(huán)境

1)基坑南側(cè)開挖線距紅線最小距離為7 m(該7 m為規(guī)劃路)，距離磚混結(jié)構(gòu)的市中醫(yī)院家屬樓(5層)北墻約15 m，基礎(chǔ)埋深約為1.0 m。

2)基坑西邊有2棟已建6層磚混樓，地基深度為1.0 m左右，離基坑開挖邊緣線大約6.0 m。

3)基坑北側(cè)距離東大街中心線約為25 m，距馬路側(cè)石約為17 m，西側(cè)距離馬廠子中心線約10 m，距馬路側(cè)石約為6 m，管線均布設(shè)在人行道內(nèi)。

2 地質(zhì)條件與水文條件

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場地土層結(jié)構(gòu)如表1所示。

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料、含水層的巖性、埋藏條件及地下水的賦存條件等特征，場地地下水賦存于黃土、古土壤及粉質(zhì)粘土層中，含水層厚度大于50 m，主要為第四系孔隙水。其中黃土地層透水性中等，古土壤地層透水性稍差，粉質(zhì)粘土地層滲透性較弱，作為相對隔水層。地下水位埋深在5.00 m～8.85 m范圍內(nèi)，對應(yīng)的水位標(biāo)高在400.17 m～400.57 m之間。在一定的條件下，下部的古土壤層由于滲透性差，承壓水會滲透到粉質(zhì)粘土層頂面，從而在粉質(zhì)粘土層頂面形成層間滯水，導(dǎo)致坑壁發(fā)生滲流現(xiàn)象。

3 深基坑支護(hù)方案確定

3.1 深基坑支護(hù)方案比選及分析

結(jié)合本工程及各支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行分析與比選。

方案一：地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐。

地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐由于施工振動(dòng)小、整體穩(wěn)定性好、防滲性能好、安全可靠、適用多種地層等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用在深基坑工程中[4]。尤其針對地下水位埋深淺且地層條件較差的場地通常采用該支護(hù)方式。但是地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)施工時(shí)需要采用大量的機(jī)械設(shè)備，對場地面積有要求，不能適合狹窄的施工現(xiàn)場。其次，施工周期長，工程成本較高。針對本工程特點(diǎn)，該基坑工程由于開挖面積大、場地復(fù)雜、房屋拆遷等問題分兩期開挖施工，1期開挖面積小且平面性狀不規(guī)則，故不宜采用該支護(hù)方案。

方案二：鉆孔灌注樁+錨桿+土釘復(fù)合支護(hù)。

土釘墻因造價(jià)相對較低，施工工藝簡單且工期短等特點(diǎn)[4]，在基坑支護(hù)工程中首先考慮該支護(hù)形式。但是土釘不具備止水效果，因此，只適合于地下水位以上且地層條件較好的場地。鉆孔灌注樁+錨桿支護(hù)是目前常用支護(hù)形式之一，本工程若地下水位以上采用土釘支護(hù)，地下水位以下采用鉆孔灌注樁+錨桿支護(hù)，該支護(hù)方案可行，但由于本工程開挖深度大，地下水位埋深淺，降水幅度大，施工場地緊鄰建筑物與繁華的街道，若采用該支護(hù)方案，可能工期較長，造價(jià)較高，坑外降水風(fēng)險(xiǎn)較大。因此，考慮基坑開挖施工期間和周邊構(gòu)筑物的安全問題，該支護(hù)方案不宜采用。

方案三：SMW工法方案。

SMW工法在南方地區(qū)已廣泛使用，由于對地層條件幾乎無要求，施工工藝方便快捷且無振動(dòng)，對環(huán)境影響小，水泥土防水性能好。占優(yōu)勢的是SMW工法內(nèi)插型鋼可回收重復(fù)利用，降低了其工程成本。但是SMW工法承載力主要由型鋼來承擔(dān)，而型鋼的剛度和強(qiáng)度與材料有關(guān)，且該工法屬于柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，一般適用于開挖深度6 m～10 m的基坑。由于本工程開挖深度19 m～23.5 m，為了保證該基坑1期工程的整體穩(wěn)定性，同時(shí)為2期支護(hù)方式選型作參考，應(yīng)嚴(yán)格控制好基坑的變形，所以不宜采用該支護(hù)方案。

總結(jié)以上，根據(jù)該地區(qū)基坑支護(hù)工程的經(jīng)驗(yàn)及結(jié)合本工程的特點(diǎn)，考慮到該工程開挖范圍內(nèi)地層大部分為粘性土，該土層能提供給錨索比較大的抗拔承載力。同時(shí)，SMW工法樁可兼做止水帷幕，本工程地處鬧市，基坑周邊既有建筑物、管線多且對沉降敏感，降水深度大。由于降水引起的附加沉降大，該工法可做到階梯降水，有效的減少因降水引起的附加沉降。因此，結(jié)合方案二和方案三支護(hù)形式的優(yōu)點(diǎn)，選用兩種支護(hù)方式：樁錨支護(hù)與SMW工法樁+預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)。

3.2 深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案比較

方案一樁錨支護(hù)：支護(hù)樁選用鋼筋混凝土灌注樁，樁徑取850 mm,樁間距取1 500 mm，樁長取26 mm，樁頂距地面1 m并在樁頂設(shè)置混凝土壓頂梁，梁高取0.8 m，梁寬取1.1 m，與支護(hù)樁協(xié)調(diào)作用。方案二SMW工法+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)：水泥土墻厚度取1.0 m,工法樁內(nèi)插型號為H700×300×13×24的型鋼，插二跳一布置形式，墻頂距地面1.0 m。共設(shè)6道錨索，錨索位于地面以下-1.30 m，-4.30 m，-7.30 m，-10.30 m，-13.30 m和-16.30 m處，入射角為25°，前兩道錨索總長達(dá)23 m，其中錨固段長為10 m，第三道錨索總長達(dá)21 m，其中錨固段長為12 m，第四道錨索總長達(dá)20 m，其中錨固段長為12 m，后兩道錨索總長18 m，其中錨固段長為12 m，錨索預(yù)應(yīng)力值取350 kN。計(jì)算時(shí)，基坑開挖深度取19.0 m，支護(hù)樁嵌固深度取8.0 m，在基坑邊距坑邊4 m作用有20 kPa的超載，作用寬度為4 m，其中坑內(nèi)降水最終深度為地表面以下22 m，坑外水位深度為地面以下7.5 m。土體計(jì)算參數(shù)及錨索設(shè)計(jì)參數(shù)相同，基坑土層信息見表1，采用理正深基坑7.0軟件進(jìn)行計(jì)算，內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如圖1～圖4所示。

從內(nèi)力計(jì)算結(jié)果圖可看出，基坑開挖到基底(-19.0 m)后，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移為29.88 mm；SMW工法樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移為23.99 mm。兩者支護(hù)方案的最大水平位移值相差不大且變形曲線相似，都能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。樁錨支護(hù)形式產(chǎn)生地表沉降最大值24 mm，SMW工法樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的坑周地表沉降最大值18 mm，無較大區(qū)別。

3.3 深基坑支護(hù)方案優(yōu)選

在設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果很難區(qū)分優(yōu)劣的情況下，實(shí)際工程中，應(yīng)對兩者支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)選，優(yōu)選的原則主要從三個(gè)方面來考慮：施工期間對周圍環(huán)境的影響，施工工藝及經(jīng)濟(jì)性。現(xiàn)將兩者支護(hù)方案就其三方面來分析，最終確定本工程的支護(hù)形式。

1)施工期間對周圍環(huán)境的影響分析。本工程處于城市中心，周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑開挖和降水深度大，樁錨支護(hù)方案有可能因降水過大會對鄰近建筑物和道路產(chǎn)生破壞，其次，鉆孔灌注樁施工過程中，由于機(jī)械設(shè)備本身原因會產(chǎn)生施工噪聲與余漿污染。SMW工法樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)方案中，水泥土攪拌樁兼做擋土與止水結(jié)構(gòu)，且施工中無振動(dòng)、低噪聲，無泥漿污染等問題。從施工對周圍環(huán)境的影響角度來看，本工程宜選用SMW工法+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)方案。

2)施工工藝分析。樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)施工設(shè)備簡單，但工期長，且適合對周圍環(huán)境變形要求不高的基坑工程[2]。SMW工法樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系適用土質(zhì)范圍廣，機(jī)械化程度高，安全性好，與樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)施工相比，由于沒有鋼筋籠安放等工序，成樁速度快，施工效率高，從而降低了建設(shè)周期，因此，本基坑支護(hù)工程采用SMW工法樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)方案可縮短施工期限。

3)經(jīng)濟(jì)性分析。樁錨支護(hù)方案中，建設(shè)周期長會導(dǎo)致工程費(fèi)用高；SMW工法樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系中，由于型鋼可回收重復(fù)利用，大大節(jié)約了工程成本，同時(shí)，水泥土樁抗?jié)B性能好，可以省去止水帷幕的費(fèi)用，因此，降低了總工程造價(jià)。故本工程采用SMW工法樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)比樁錨支護(hù)形式經(jīng)濟(jì)。

4 結(jié)語

以黃土地區(qū)某工程為例，結(jié)合該工程地質(zhì)與水文條件以及周邊環(huán)境，通過對該工程深基坑支護(hù)方案比選、理正設(shè)計(jì)軟件方案比較、優(yōu)選等對比分析，最終得出該1期工程宜采用SMW工法樁+預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)方式，能滿足基坑開挖穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性要求，為類似工程深基坑支護(hù)方案選擇提供參考。

[1] 劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 高大釗,陳忠漢.深基坑工程[M].第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[3] 王衛(wèi)東,王建華.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計(jì)、分析與實(shí)例[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[4] 顧曉魯.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2012.

Comparison analysis on deep foundation pit supporting scheme of one project in loess area

Wu Lizhen1Huang Xiaoping2

(1.ShaanxiEnergyVocationalTechnologicalCollege,Xianyang712000,China； 2.TheSecondEngineeringCompanyofthe17thBureauGroupoftheRailwayBuildingCorporationofChina,Xi’an710043,China)

On the basis of one project in loess area， combined with the engineering geological and hydrological conditions and surrounding environment， comparison analysis on deep foundation pit supporting scheme for the project, the results that the support structure suitable of prestressing anchor and SMW construction method, it

are provided for the similar deep foundation pit supporting engineering of scheme choice.

loess area, deep foundation pit supporting, SMW engineering method, prestressed anchor

1009-6825(2016)11-0094-03

2016-02-01

伍麗珍(1987- )，女，碩士，助教； 黃小平(1986- )，男，助理工程師

TU463

A