利用高壓旋噴樁處理回填土的基坑支護設計研究

盧閏秋，黃海杰

(1.南寧市建筑規(guī)劃設計集團有限公司,廣西 南寧 530012;2.廣西建筑材料科學研究設計院有限公司,廣西 南寧 530000)

隨著我國城市化進程的推進,建筑對于地下空間的需求越來越高,伴隨而來的是更多的深基坑工程;然而新建項目用地多位于市區(qū)內(nèi),項目四周存在已建成的建筑物,建設場地受限,且場地土層有較厚的未固結(jié)回填土。復雜的周邊環(huán)境以及不利的地質(zhì)條件,都對深基坑的設計提出了很高的要求。高壓旋噴樁是通過高速噴射切割土體并使水泥與土攪拌混合,形成水泥土加固的做法[1],多用于地基加固、基坑止水帷幕、隧道土體加固和邊坡處理;而在建筑工程的基坑工程上鮮有采用分離樁進行土體加固改良的案例。

本文以南寧市測繪信息樓深基坑項目為研究背景,詳細論述了采用分離樁布置形式的高壓旋噴樁處理填土,然后采用支護樁+鋼管斜撐+放坡的基坑支護形式,通過對基坑支護結(jié)構、周邊土體、相鄰建筑物進行監(jiān)測得到的變形數(shù)據(jù),達到了處理回填土的效果,為建筑工程基坑工程的填土改良處理提供工程經(jīng)驗。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境

南寧市測繪信息樓項目地址位于南寧市五象新區(qū),南面和北面分別緊鄰金良路、慶顯嶺路側(cè)亦與現(xiàn)有市政道路緊鄰,西側(cè)緊鄰兩棟已建成的框架-剪力墻結(jié)構房屋,房屋高度為36.0 m,該房屋采用筏板基礎+預制管樁基礎。本項目總建筑面積為21 041.28 m2,地上8層,房屋高度為32.15 m,設計2層地下室,地下室總建筑面積為16 285.90 m2,埋深為9.50 m,基坑最大開挖深度為14.30 m;本項目采用天然地基上的筏板基礎,項目周邊環(huán)境及基坑支護平面圖見圖1。

1.2 水文地質(zhì)條件

本項目地形地貌較簡單,抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度值為0.1g,設計地震分組為第一組,屬二級場地(中等復雜場地);地基巖土種類較多,分布均勻性一般,土層性質(zhì)變化較大。場地土層構成自上而下為:①1雜填土→①素填土→②1粉質(zhì)黏土→②含礫粉質(zhì)黏土→③泥質(zhì)粉砂巖→④礫巖。素填土厚度為6.50 m～17.00 m。基坑底土層主要為①素填土和②1粉質(zhì)黏土。場地由北向南場地逐漸抬高,基坑開挖范圍內(nèi)①素填土層厚度由北向南逐漸減小。

場地地下水主要為:1)賦存于素填土層中的上層滯水;2)賦存于含礫粉質(zhì)黏土層孔隙中的孔隙潛水;3)賦存于泥質(zhì)粉砂巖、礫巖中的裂隙承壓水。三層地下水間相互的水力聯(lián)系較密切,上層滯水可下滲對孔隙潛水和裂隙承壓水形成補給。

基坑開挖范圍內(nèi)主要土層的抗剪強度指標見表1。

表1 基坑支護土層設計參數(shù)

2 基坑支護結(jié)構設計

2.1 場地回填土處理

由于場地呈北低南高,由北向南基坑開挖深度為9.40 m～13.30 m,基坑北側(cè)開挖范圍內(nèi)幾乎均為填土,南側(cè)開挖范圍內(nèi)多半為填土。①素填土堆填時間約為2 a～3 a,土的均勻性及密實性較差,壓縮性高,為欠固結(jié)土,屬人工堆積成因。因此,不對場地的素填土進行處理,無法進行基坑支護。

基坑工程中,青島附院東部醫(yī)院采用梅花狀小間距花冠注漿處理支護樁后的基坑填土[2];上海地鐵站地下2層三跨結(jié)構,采用咬合式高壓旋噴樁均布加固處理;青島地鐵采用咬合式高壓旋噴樁作為止水帷幕施工[3]。按照往常的工程經(jīng)驗,需對素填土進行均布加固處理,本項目基坑寬60 m,長145 m,如采用均布加固處理,加固面積大、費用高,業(yè)主難以接受,故選擇高壓旋噴樁分離樁布置進行填土的加固處理。

參考《廣東省海堤工程設計導則》攪拌樁復合地基的計算[4],以及廣西大學陶濤采用高壓旋噴樁對邊坡進行土體加固的擬合公式[5],設計加固后填土的抗剪強度。高壓旋噴樁采用雙管法的施工工藝,直徑為500 mm,呈正三角形布置,樁中心距為2 000 mm。場地平整后先采用高壓旋噴樁對填土進行處理,處理范圍為基坑外側(cè)以及內(nèi)側(cè),高壓旋噴注漿深度按照開挖后的基坑剖面施工,處理后方對基坑進行開挖。高壓旋噴樁的地基處理要求進入②含礫粉質(zhì)黏土層不少于1 m。

2.2 基坑支護設計方案

基坑北側(cè)、東側(cè)、南側(cè)開挖深度分別為9.50 m,9.50 m～13.30 m,13.30 m,設計兩層地下室,地下室外墻邊線距紅線尚有8.5 m～12.0 m的距離。采用直徑為1 300 mm,間距1 800 mm的旋挖灌注支護樁,支護樁持力層為②含礫粉質(zhì)黏土層,樁長為13.50 m～18.50 m;支護樁頂—紅線范圍采用1∶1～1∶1.2放坡掛網(wǎng)噴漿處理,基坑支護典型剖面見圖2。

基坑西側(cè)最外跨為局部1層地下室,地下室外墻距紅線約4.0 m,無法采用旋挖灌注樁+放坡的支護方式。采用雙排支護樁,第一排支護樁設置于-2層地下室外墻位置,直徑為1 300 mm,間距1 600 mm,持力層為②含礫粉質(zhì)黏土層,樁長為12.0 m～17.0 m;第二排支護樁設置于距紅線約3.5 m的位置,直徑為1 000 mm,間距1 300 mm,持力層為②含礫粉質(zhì)黏土層,樁長為13.0 m～18.0 m;樁間設置φ609 mm鋼管斜撐,鋼管斜撐之間的填土在地下室-1層施工完成后挖除,將基坑坡頂?shù)闹鲃油翂毫髦恋谝慌胖ёo樁以及地下室-1層樓板。基坑支護典型剖面見圖3。

3 基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果

本項目基坑安全等級為二級,共布置水平位移監(jiān)測點35個、豎向位移監(jiān)測點35個、深層水平位移監(jiān)測點17個,地下水位監(jiān)測點6個、周邊建筑物豎向位移監(jiān)測點15個、周邊建筑物水平位移監(jiān)測點11個、周邊地表豎向位移監(jiān)測點12個。

基坑四個方向中部的支護樁樁頂水平位移見圖4,觀測結(jié)果表明:1)基坑北側(cè)開挖深度最小,為9.40 m,基坑樁頂?shù)乃轿灰品€(wěn)定后僅為11.60 mm,小于理論計算結(jié)果,且放坡坡頂路面沒有發(fā)生過多位移和沉降。2)基坑南側(cè)開挖深度最大,為13.30 m,且開挖范圍內(nèi)均為回填土,基坑支護樁頂最大水平位移達46.50 mm,稍大于理論計算值,累計水平位移超出報警值后,加強監(jiān)測觀察,于筏板基礎施工之前位移趨于穩(wěn)定。3)基坑東側(cè)中部開挖深度為11.30 m,開挖范圍內(nèi)幾乎均為填土,基坑開挖到底后,在施工預應力錘擊樁基礎時對基坑產(chǎn)生擾動影響,支護樁頂水平位移產(chǎn)生較大的變化,基礎施工完畢后,樁頂水平位移趨于穩(wěn)定,最終位移值為31.8 mm,與理論計算接近。4)基坑西側(cè)為雙排支護樁結(jié)構,圖4中為基坑內(nèi)側(cè)一排支護樁的樁頂水平位移,在施工基坑外側(cè)一排支護樁時,由于外側(cè)的相鄰項目內(nèi)部道路填土質(zhì)量不佳,且固結(jié)時間不足一年,旋挖鉆孔時已出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象;在開挖雙排樁之間的三角區(qū)放坡、施工鋼斜撐時,外側(cè)支護樁已發(fā)生較大的變形,坑外側(cè)道路也發(fā)生一定程度的沉降開裂,水平位移的發(fā)展一直伴隨著整個基坑施工過程;在基坑外側(cè)支護樁變形穩(wěn)定后,才對內(nèi)側(cè)支護樁的水平位移進行監(jiān)測,最終基坑頂水平位移穩(wěn)定在35.0 mm[6],與理論計算接近。

基坑坡頂土層沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,北側(cè)、南側(cè)和東側(cè)路面沉降均未達到報警值,監(jiān)測結(jié)果小于理論計算值;西側(cè)基坑外側(cè)土體由于固結(jié)時間短、填土分層壓實質(zhì)量差,路面的沉降一直伴隨著整個基坑施工的過程;紅線外相鄰建筑物最大沉降為2 mm,且沉降均勻,沉降差滿足規(guī)范要求。

3.2 高壓旋噴樁處理效果分析

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:1)基坑北側(cè)、東側(cè)、南側(cè)剖面形式簡單,基坑坡頂水平位移值、支護樁深層位移值均在報警值之內(nèi),但略大于設計計算的變形值。由于填土的抗剪強度離散性大,多為經(jīng)驗值,盡管實測變形值略大于理論計算值,也可認為高壓旋噴樁達到加固回填土的效果。2)西側(cè)剖面形式較為復雜,且支護樁外側(cè)填土加固范圍有限,紅線外回填土未固結(jié)、壓實質(zhì)量較差,導致靠近紅線的支護樁坡頂水平位移以及深層水平位移均很大,即便扣除施工對坡頂位移的影響,基坑的變形也遠大于理論設計計算;-2層支護樁坡頂水平位移以及深層水平位移在報警值之內(nèi),略高于設計計算值。可以看出,由于-2層支護樁基坑外側(cè)以及內(nèi)側(cè)填土均有高壓旋噴樁處理,設計變形值與實際變形值較為接近,高壓旋噴樁達到加固填土的效果。

4 結(jié)論

1)本文介紹了南寧市測繪信息樓項目的基坑設計,采用高壓旋噴樁對回填土進行處理,列舉了處理后土體抗剪強度的設計方法;實測的基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,采用分離樁進行回填土的地理處理,能夠達到改良回填土、提高抗剪強度的目的。2)對于采用分離樁布置形式的高壓旋噴樁進行回填土地基處理,可參考《廣東省海堤工程設計導則》攪拌樁復合地基的計算公式進行初步設計;本項目基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果表明,該公式計算得到的土體抗剪強度可以用于基坑設計。