软土地基水泥土挡墙结构施工技术的应用

2011-07-31黎永宁

中国新技术新产品 2011年23期

黎永宁

（云南地基技术发展中心，云南昆明 650000）

商场和停车场为地下1层,局部2层,框剪结构。工程占地面积27000m2,建筑面积25080m2。基坑深 7.90m,最长处 230m,宽160m,基坑平面大致呈梯形,基坑三面均为马路,槽边场地最宽处只有6m,场地非常狭窄。

1 工程地质概况

支护结构穿过的土层依次为:杂填土,厚1m,呈杂色松散状态;素填土,厚 1.3m,软塑～软可塑状态;粉质粘土,厚1.5m,软可塑状态;粉质粘土,厚 1.4m,可塑状态;粉土,厚 1.7m,中密状态;粉土,厚 4.4m,中密状态;粉质粘土,厚4.5m,软塑状态。

土层基本指标 γ 为 19.3～20.4kN/m3、φ为 17.2～27.10、c 为 9.0～19.3kPa。地下水位-1.8m。

2 基坑支护及降排水方案

2.1 该工程槽底标高-8.6m,自然地坪标高-0.7m,实际挖深7.9m,周围三面均为市区主干道,地下管线埋设情况复杂,基坑开挖时需防止对周边环境产生不良影响,埋深5.00～11.00m段为粉土层,易产生管涌、流砂等不良现象,需做好降水、止水工作。

该工程地质报告建议采用覫600mm@800mm、l=15m的密排钢筋混凝土灌注桩作为围护结构,并在-0.5m处设1道水平支撑,以水泥搅拌帷幕挡水。这也是本地区该深度基坑较成熟的支护方法。但在本工程中该方案有2点不足:①由于基坑最长处230m,最宽处160m,如果布置水平支撑材料用量很大,且刚度不易保证,又影响地下结构的施工;②该方案估算造价约为1000万元,建设方资金有一定困难。

2.2 经计算得知最大弯矩在-4.8m处,最大剪力在-7.6m处,最大位移在-4.5m处,当稳定安全系数为2.2时滑移半径为15m,以上述指标为依据,确定采用复合悬臂式支护结构,即以覫600mm@2000mm混凝土灌注桩和宽1700mm的格栅式水泥搅拌帷幕为围护结构,水泥搅拌帷幕外侧长13m,内侧长15m,混凝土桩比水泥搅拌帷幕深1m。止水帷幕桩顶标高-0.7m,灌注桩桩顶标高-4.00m,灌注桩内侧留约450土坡,土坡表面抹1：2.5水泥砂浆。如图1所示。

图1 支护体系示意

2.3 排水系统

由于基坑面积大、施工期又处在雨季,同时考虑基坑作为地下商场施工时的主要工作面,排水系统进行了精心设计和施工。共设了79口大口井,井深13m,全孔下入覫600mm的水泥砾石滤水管,全部降水井用盲沟串连,盲沟内铺设2道编织布,用1inch和1.5inch混砟石填满。

为保证工期,在底板混凝土浇筑的同时对基坑中间的降水井进行了封堵,只留基坑周边13口井进行降水,经过整个施工全阶段的考验,基坑排水系统工作良好,在几场大雨期间,基坑底部未出现积水现象。

3 支护结构计算

在该工程复合支护结构设计中,分别将复合支护结构简化成水泥土挡墙和排桩,进行两种方法试算。

3.1 简化成水泥土挡墙的计算分析

复合支护结构的水泥土部分宽1.70m,其内侧为覫600mm、间距2000mm的混凝土搅拌桩,总宽度2.30m。混凝土桩顶比水泥土墙顶低3.3m,有混凝土冠梁相联系。在实际工作中止水帷幕在4m以上部分起到阻止土体滑移的抗剪作用。4m以下剪力增大、弯矩呈最大值,此处则利用混凝土桩抗剪抗弯能力强的特性,而预留土坡可弥补其刚度较差的缺陷,并起到增强抵抗滑移的作用。

计算时将水泥土挡墙、混凝土桩、桩间土视为可共同工作的整体重力挡墙,重力密度取18kN/m3,墙体总高取13m,墙宽取2.3m,混凝土桩内侧土坡折成坑底荷载201kPa,坑顶地面荷载取20kPa。(见图2)

图2 水泥土挡墙计算简图示意(单位:m)

计算结果如下:①抗倾覆安全系数2.10>1.15;②抗隆起安全系数10.99>2;③当墙底位于粘性土或粉土时,墙体厚度按照《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99(5.2.1-2)计算墙体厚度b取2.30m,满足要求;④墙体厚度按照JGJ120-99(5.2.1-3)计算要求要大于0.4h,不满足要求,因此预留土坡是非常必要的;⑤按JGJ120-99 5.3条验算墙体,正应力拉应力,均满足要求。

3.2 简化成排桩的计算

由于桩顶在-4.0m处,-4.0m以上的土层折成荷载62.70kPa,和地面活荷载累计共82.70kPa,槽底土坡折成槽底荷载201kPa。不考虑水泥土的抗倾等作用,只考虑水泥土墙的挡水作用,对混凝土桩不再计算槽外水的侧压力。计算简图如图3所示。

计算结果为:①抗倾覆安全系数2.04>1.15;②抗隆起安全系数10.92>2;③因桩间距为2m,最大负弯矩-768.14kN)om。