一種新型擋護結構在深基坑施工中的應用研究

劉一翔

(中鐵十六局集團置業投資有限公司 北京 101400)

1 引言

對城市非復雜地質條件深基坑支護的設計施工，大多數采用單一支護方式。近年來，由于城市房建施工技術日益成熟，開始從經濟和工期角度考慮多種支護方式結合。樊旭宏以某15 m深基坑為例，通過數值模擬結果與分析，得出反壓土和內斜撐結合更有利于節省工期和造價的結論[1]。劉曉峰等以湖南某城市廣場2層地下室為例，利用有限元分析，提出樁前預留土臺結合支護樁與錨索綜合支護能發揮良好支護效果[2]。卓志飛等以深圳金融大廈深基坑工程為例，對其綜合支護方式進行比較，分析表明樁基加多種支撐結構有利于安全防護和保護施工環境[3]。莫莉等以深圳某城市商業中心深基坑為例，對利用灌注樁加止水帷幕擋水、混凝土支撐加預應力錨索的支護形式進行研究，結果表明樁撐和樁錨結合能較好地控制變形，給樁基礎提供施工空間，并可降低工程造價[4]。潘駿等以南京某大學科研綜合樓為例，通過對在三軸水泥土攪拌樁中插入預應力管樁形成水泥土止水，并由預應力管樁承擔土體荷載的復合支護結構的研究，認為PCMW工法多種支護結構的結合工程總造價低、工期短，對周邊環境影響小，有利于保護周邊建筑及基礎設施[5]。

2 工程概況

中國鐵建淮北青秀城，地處安徽省淮北市，氣候類型為淮河流域暖溫帶半濕潤季風氣候，夏、秋季氣溫高且多雨。項目緊鄰市政道路主干道，占地61 579 m2，總建筑面積169 368 m2。該項目地下室一層、局部二層，基坑開挖深度5.5 m。土層構成主要為腐土耕土層(第一層)、黏土層(第二層)、粉黏土層(第三層)。地下車庫利用天然地基承載，持力層為中砂層。根據區域水文資料及鄰近工程勘察資料，汛期地下水位埋深為1.5～2.5 m。

3 邊坡擋墻結合土釘墻支護措施

施工前通過勘測資料，了解到基坑附近有1條綜合管廊，南側基坑邊線距離綜合管廊最近點為5 m。而且基坑施工時間為當地多雨季節，對邊坡支護帶來挑戰。保證周邊結構安全和防止環境污染成為建筑施工過程必須要面對和解決的問題。

3.1 原設計存在的問題

原設計施工邊坡為全土釘墻支護，坡率為1∶0.5；對地下水及地表水無處置措施。土釘采用?18螺紋鋼筋，梅花形布置，每道土釘水平間距與豎向間距均為1.5 m。結合周邊建筑已施工基坑，部分項目基坑施行全土釘墻支護，經考察安全防護的支護強度不夠理想。主要問題在于上層耕土層在雨季吸存水嚴重，地表排水因地形影響，不能迅速排干，在短期內未能達到降低土壤含水量的目的。耕土層呈流質，排水效果不佳，影響了周邊管廊的干燥需求，對周邊道路造成污染，同時在一定程度上降低了土釘墻的錨固能力，在土坡重力作用下易出現位移和形變問題。同時，有研究表明，非對稱開挖會導致既有結構產生趨向于坑內側的水平位移及向上的豎向位移[6]。為防止上述問題出現，有必要進行設計及施工優化以應對單一土釘墻防護中的缺陷。

3.2 施工優化措施

(1)地下水處理。合理處理基坑中地下水對安全施工至關重要[7]。施工前，采用管井圍降方式，將基坑內地下水位降至槽底0.5 m以下，以滿足基礎施工要求。對于表層潛水，管井沿基坑內側周邊布設[8]。針對地下水位較高區域可采取主體外圍治水方式進行有效控制，預防地下水滲流，并可通過深層攪拌和壓力注漿等手段，實現地下水的精準控制，以避免深基坑質量問題發生，并且降低安全事故發生頻率[9]。

(2)針對本項目，使用一種深基坑作業新型擋護結構——定型邊坡擋墻，目的在于通過批量預制的成品結構進行非復雜地質層基坑防護。通過支護板和相關組件對基坑進行支護圍擋，用來防止基坑四周的土方塌方和污水四溢污染(見圖1)。

圖1 定型邊坡擋墻

定位機構:定位機構包括支撐機構和水平推力組件。支撐機構連接底座和擋土板，對擋土板進行支撐并且起到調節擋土板與底座間夾角的作用；底座側端面有固定組件，將底座與地面固定連接；水平推力組件與支撐機構轉動連接，水平推力組件受到支撐機構的推力作用后產生水平運動，能夠帶動固定組件豎向運動并通過傳導壓力增加固定組件與地面的連接深度。

分壓機構:分壓機構與擋土板連接，通過增大擋土板重力承載面積，轉移擋土板的正面承重力，對擋土板進行分壓。

引流組件:包括引流槽和排水管。引流槽與擋土板固定連接，側端面相對擋土板側端面傾斜設置。側端面設置有排水管，排水管與引流槽連通，便于排水引流。

定型邊坡擋墻由底座通過固定組件與地面連接。擋土板對土坡進行支護，根據土坡的斜度與土體壓力大小來調節支撐機構，可通過改變擋土板與底座間的夾角以提高擋土板的支撐強度。在擋土板承載力大小方面，通過分壓機構增大擋土板的重力承載面積，或者將擋土板的正面承重力向其他方向分散，可有效增加擋土板的承載力。當擋土板在土坡重力作用下推動水平推力組件水平移動時，水平推力組件受力，傳導至固定組件，固定組件插入地面，傳導至地面。此受力傳導能保證支護結構的安全，增加基坑開挖支護裝置的整體穩固。

(3)采用定型邊坡擋墻結合土釘墻聯合支護。基坑底高度1～2 m范圍內采用定型邊坡擋墻支護。定型邊坡擋墻包括底座、擋土板、定位機構、分壓機構和引流組件。場地內預設預制組裝車間。定型邊坡擋墻在組裝車間預制成型并保養，在施工現場做最后拼裝及成型。基坑深度2 m以上范圍為土釘支護，坡率為1∶0.5，開挖時可有效保持土體強度，減少對土體的擾動[10]。土釘采用?18螺紋鋼筋，按梅花形布置，每道土釘水平間距及豎向間距為1.5 m。共布置3排土釘:第1排土釘長8 m，采用?18@1500鋼筋，在地表之下1.6 m；第2排土釘長7 m，采用?18@1500鋼筋，在地表之下3.3 m；第3排土釘長6 m，采用?18@1500鋼筋，在地表之下4.8 m。上覆鋼筋網片，預先在預制場成型，現場每單網片與上片搭接、為下片留茬，搭接長度不小于300 mm，同一平面上的接頭占比不超過50%。鋼筋網片與坡面間用預制墊塊墊起，使鋼筋網與坡面不產生接觸，保證鋼筋混凝土保護層厚度不小于20 mm。進行噴混凝土作業時，垂直坡面自下而上進行噴射，噴槍距坡面保持0.6～1.2 m距離(見圖2)[11]。

圖2 邊坡支護布置

依據?建筑基坑支護技術規程?(JGJ 120—2012)第5.2條，要求單根土釘極限抗拔承載力Rk，j/Nk，j≥1.4(受力簡圖見圖 3)。

圖3 邊坡支護受力簡圖

對于最不利黏土:Rk，j/Nk，j＝ 1.45≥1.4 滿足要求。

4 支護效果監測及評價

4.1 監測內容

根據現場情況，監測內容為基坑水平及垂直位移監測，護坡頂布設觀測點進行觀測，具體見表1。

表1 監測點布設

4.2 監測布點及采集

共布設77個監測點，監測點位布置見圖4。

圖4 基坑監測點位布設

在結束深基坑監控數據采集之后，對記錄情況實施全面檢查和復盤，同時結合深基坑作業內容構建閉環式安全管理平臺[11]。由于基坑開挖深度會直接影響鄰近綜合管廊的變形，因此不定期進行管廊位移監測[12]。

4.3 監測方法

水平位移控制點采用導線測量法進行觀測，監測點采用極坐標法進行觀測，全程使用全站儀進行。豎向位移控制點，采用數字水準儀按二等水準測量精度進行沉降觀測[13]。

基坑圍護完成時間為07月14日，進場布設點位和觀測時間為07月15日，共觀測10次。

4.4 支護效果評價

根據觀測數據結果，水平位移最大點位為24，偏移量為1.03 mm，變化速率為0.01 mm/d；水平位移最小點位為73，偏移量為0.06 mm，變化速率接近0.00 mm/d。豎向位移最大點位為29，偏移量為8.69 mm，變化速率為0.055 mm/d；豎向位移最小點位為 58點，偏移量為0.52 mm，變化速率為0.008/d，平均偏移量為5.76 mm，沒有超過警戒值。

根據基坑監測點垂直位移和水平位移變化分析可知，在基坑開挖施工過程中基坑邊緣受外界因素影響較小，相對穩定，支護方法達到預期目的；同時，經過巡查目測，施工場地無污水溢流，相鄰管廊及道路無地表存水，水土保持及環境保護達到預期目的。

5 結論

(1)使用土釘墻結合定型邊坡擋墻的支護方式，在表層水豐富、土質疏松、施工干擾大的城市狹小施工環境中進行深基坑支護，利用支撐體系與導流排水體系相結合，降低了對土體干擾，并有效排空地面積水，在鄰近建筑物未采取其他防護措施的情況下保證了既有管廊干燥及不產生偏移。

(2)定型邊坡擋墻采用集中預制組裝的形式，以半成品形態運抵現場拼裝成型，有利于節省施工時間，更有利于控制施工精度、節約工程造價。支護結構的批量成品化可為施工提供更多便利條件。

(3)以新型技術、設備為主要手段，支護受力結構兼顧地表有組織排水，有利于深化現場施工質量，可獲得理想的深基坑作業環境。