濟南東舍坊深基坑工程多種支護方式及變形對比分析

黃 薛， 郭長恩， 孔 濤

(1.山東省地質礦產勘查開發局八〇一水文地質工程地質大隊，山東 濟南 250014；2.山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014)

0 引言

隨著城市規模的不斷擴大，地下空間的開發利用越來越受到重視。隨著巖土工程技術的進步，基坑支護方式向多樣化和組合化方向發展。面對復雜的周邊環境條件和綠色巖土設計的要求，針對性的選擇合理的支護方式，在確保安全性要求的前提下，合理節約工程造價，縮短工期，節約資源，越來越受到歡迎[1-3]。以濟南東舍坊項目深基坑工程為例，探討在同一深基坑支護工程中采用3種支護方式，以及對3種支護方式控制邊坡變形的效果進行對比分析研究[4-10]。

1 工程概況

濟南東舍坊項目位于濟南市濼源大街南側，東舍坊街與太平街之間。擬建的工程包括綜合樓、附屬建筑物及地下車庫,建筑平面呈反L型，平面尺寸為166.0 m×97.0 m，開挖深度11.5～14.8 m，基坑底面標高為28.5～29.0 m。工程位于濟南市市區，場區周邊建筑林立、地下管線分布廣泛，北側AB段緊靠中銀大廈地下室，北側C1D段緊鄰濼源大街及地下管線，其它地段距周邊建筑物較遠。場區周邊的建筑物(構造物)及地下管線分布情況見圖1及表1。

圖1 基坑支護平面圖Fig.1 Plan of foundation pit support

2 地質條件

根據勘察報告，場地地形較平坦，地勢南高北低，自然地面標高為39.42～44.03 m，地貌單元屬山前沖洪積平原前緣。場區鉆孔揭露地下水穩定水位埋深為10.50～15.90 m，水位標高27.39～33.50 m,年變化幅度2～3 m，局部以上層滯水的形式賦存于地層中,場地巖溶水水位標高約28.50 m。基坑影響范圍內地層為①雜填土、②碎石土、②1粘土、③膠結礫巖、③1碎石土、④1殘積土、④全風化閃長巖、⑤強風化閃長巖、⑤1強風化泥灰巖、⑥中風化灰巖(破碎)、⑦中風化灰巖，基坑支護設計參數建議值見表2。

3 基坑支護設計

3.1 設計方案選型

根據基坑開挖深度及周邊建筑、地下管線分布的影響，結合工程地質條件及水文地質條件及甲方對基坑周邊場地的使用要求，采取針對性的支護設計方案?？紤]安全、經濟、合理、可靠及地區經驗,通過多種方案對比分析，本基坑設計采用懸臂樁支護、樁錨支護、復合土釘墻3種支護方式，按一級基坑設計。

表2 基坑支護設計參數建議值Table 2 Recommended values of design parameters for foundation pit support

基坑周邊設計超載20 kPa，建筑物地上5～7層，無地下室，按126 kPa取值，施工重型車輛按60 t取值，折算為30 kPa，超載作用范圍為基坑坡頂2 m以外；基坑設計使用年限18個月。

3.2 基坑支護方案

3.2.1 懸臂樁支護

基坑北側AB段靠近中銀大廈,無法設置錨桿，采用懸臂樁支護，支護結構見圖2。支護樁采用鉆孔灌注樁，樁徑1.0 m，樁間距1.4 m，樁長為25.0 m。樁頂采用冠梁把支護樁連成一整體。坡面采用掛網噴射混凝土，采用?6.5 mm@250 mm×250 mm現場編制,鋼筋材料采用HPB300鋼材。噴面混凝土采用C20,噴面厚度≮50 mm。坡頂護坡寬度為1.5 m，每隔2.0 m砸入1Ф16 mm(0.5 m長)的鋼筋。

圖2懸臂樁支護結構剖面圖
Fig.2Profile of cantilever pile support structure

3.2.2 樁錨支護[11-15]

基坑西側CC1段、北側C1D段考慮材料堆場及坡道使用，采用樁錨支護方案，支護結構見圖3。支護樁采用鉆(沖)孔灌注樁，樁徑0.8 m，樁間距1.4 m，樁長為19.0 m。布置2道預應力錨索，錨索與水平面夾角為20°，采用“2樁1錨”布樁方式，錨索水平間距2.8 m，錨索應按要求進行鎖定。錨索采用矩形布置，錨索孔徑150mm，采用3S15.2鋼絞線；注漿材料均采用水泥漿，水泥型號P.O 42.5，水灰比為0.5，均采用壓力注漿，二次補漿，第一次注漿壓力采用0.4～0.5 MPa，二次注漿壓力采用2.5～3.0 MPa,水泥漿強度≮M20。

圖3西側CC1段、北側C1D段樁錨支護結構剖面圖
Fig.3Profile of pile-anchor support structures on the West CC1section and North C1D section

腰梁采用2×20a槽鋼連接，承壓板為200 mm×200 mm厚20 mm鋼板。樁頂采用冠梁把支護樁連成一整體。

坡面采用掛網噴射混凝土，采用?6.5 mm@250 mm×250 mm現場編制,鋼筋材料采用HPB300鋼材。噴面混凝土采用C20,噴面厚度≮50 mm。坡頂護坡寬度為1.5 m，每隔2.0 m砸入1Ф16 mm(0.5 m長)的鋼筋。

3.2.3 復合土釘墻支護[16-17]

其他段采用復合土釘墻支護,放坡坡率為1∶(0.2～0.3)，土釘與水平面夾角為15°，其支護結構見圖4。土釘采用梅花形布置，孔徑130 mm，長度6.0～12.0 m，孔間距1.5～1.6 m，桿體材料采用Ф25mm鋼筋；土釘在橫向上、縱向上采用1Ф16mm鋼筋連接，并確保與面層配筋有效連接,若坡面易坍塌，可先噴射40～50 mm厚面層后施工土釘。錨桿長度12.0～16.0 m，孔徑150 mm，孔間距1.5 ～1.6 m,桿體材料Ф28 mm鋼筋；腰梁采用1×22a槽鋼，錨桿應按要求進行鎖定。

圖4其他段復合土釘墻支護剖面圖
Fig.4Profile of composite soil nail wall support on other sections

坡面掛網噴射混凝土，采用?8 mm@250 mm×250 mm現場編制,鋼筋材料采用HPB300鋼材，坡頂護坡寬度為1.5 m，每隔2.0 m砸入1Ф16 mm(0.5 m長)錨固鋼筋及1Ф16 mm的掛網鋼筋，采用C20混凝土,噴面厚度≮80 mm，外翻以外采用80 mm厚C15素混凝土硬化地面。

4 基坑工程變形對比分析

本基坑工程監測項目包括支護結構坡頂水平位移和豎向位移監測；深層水平位移；支護樁內力、錨桿軸力、錨索軸力；周圍建筑物地基沉降監測[18]。通過基坑工程監測，實時掌握基坑變形、周邊建筑物地基變形等數據，為確?；蛹爸苓叚h境的安全提供依據。 為了對比同一深基坑中3種支護方式對基坑及周邊環境的影響程度，分別對3種支護方式基坑變形監測的各段各選取2個監測點數據進行對比分析，比較支護結構坡頂水平位移和豎向位移、周圍建筑物地基沉降的差異性，分析哪種支護方式對控制基坑變形、周圍建筑物地基沉降較為有利。W2和W4是懸臂樁支護的2個監測點；W23和W25是樁錨支護的2個監測點；W20和W21是復合土釘墻支護的2個監測點。從2013年11月16日開始開挖到2015年7月28日基坑回填，監測時間歷時619 d，監測結果見圖5～7。

圖5 3種支護方式坡頂水平位移與時間的關系曲線Fig.5 Horizontal displacement of slope roof vs time curve for three types of support

圖6 3種支護方式坡頂豎向位移與時間的關系曲線Fig.6 Vertical displacement at top of the slope vs time curve for three types of support

圖7 樁錨支護結構隨深度變化位移曲線Fig.7 Displacement vs pile anchor support depth curve

從圖5、圖6和圖7分析，在基坑開挖至基底的時間段內，樁錨支護的坡頂水平位移為7.5～9.8 mm，豎向位移為0.64～4.89 mm，巖土層的深部位移為0.14～1.16 mm；懸臂樁支護的坡頂水平位移為10.6～14.8 mm，豎向位移為2.30～4.32 mm；復合土釘墻支護的坡頂水平位移為12.7～20.9 mm，豎向位移為3.81～10.17 mm。

總的來說，針對本工程而言，樁錨支護坡頂水平位移最小，懸臂樁支護的坡頂水平位移較大，復合土釘墻支護的坡頂水平位移最大；樁錨支護和懸臂樁支護的坡頂豎向位移相差不大，復合土釘墻支護的坡頂豎向位移最大；基坑周邊建筑物沉降量1.19～6.80 mm，3種支護方式對周邊建筑物的影響均較小。

從本基坑變形監測數據對比分析，3種支護方式都能滿足基坑的安全性要求，符合設計；但樁錨支護對控制邊坡變形效果最好，懸臂樁次之，復合土釘墻最不利[19-24]。

5 結語

本工程將3種支護方式應用于同一深基坑中，采取針對性的支護設計方案，可以更好地滿足設計方案的安全性、經濟性、合理性、可靠性要求。在基坑監測周期內，監測結果表明，3種支護方式結構變形、周邊建筑物等均處于安全狀態，符合設計要求。說明3種支護方式應用于同一深基坑中效果非常好，同時節省了工程造價，縮短了工期，節約了資源。