复杂环境条件下深厚砂层基坑支护方案设计及监测

陈全礼，王荣彦，张志敏

(1.河南省水利勘测有限公司，河南郑州450008;2.河南省地矿局第二水文地质工程地质队，河南郑州 450053)

复杂环境条件下深厚砂层基坑支护方案设计及监测

陈全礼1，王荣彦2，张志敏1

(1.河南省水利勘测有限公司，河南郑州450008;2.河南省地矿局第二水文地质工程地质队，河南郑州 450053)

桩锚支护和复合土钉墙支护等是基坑支护的常用方案，从经济性和控制变形效果来看二者各有优缺点。通过工程实例，探讨了深厚砂层等复杂环境条件下既安全又经济的土钉墙与竖向微型桩、预应力锚杆等结合组成的基坑支护方案，并通过变形监测数据验证其支护效果。

复杂环境条件;深厚砂层;基坑支护;土钉墙;竖向微型桩;预应力锚杆

1 工程概况

拟建工程位于郑州市西区，场地呈近矩形，长约65 m，宽约50 m，地上25～26层酒店，框架剪力墙结构;北侧为3F裙房。地下2层，建筑面积约5.6万m2，基坑开挖深度约12.5 m。该基坑在闹市区，在基坑0.5H(其中H为基坑的深度)范围内紧邻道路及20世纪60年代多层建筑，其中尤以东侧环境条件最复杂。拟建基坑周边环境条件见表1。

图1 郑州西区某基坑环境及支护平面布置图

表1 基坑场地周边临建距基坑边线距离一览表

具体情况详见图1。

2 场地工程地质条件及荷载取值

拟建场地地貌单元属黄河山前丘陵地带与黄河冲洪积平原的交接部位，地形平坦。场地内与本基坑支护有关的工程地质层如下:

①杂填土(Qml4)，以建筑垃圾为主，大部分已经挖除，层底深度1.9～3.10 m，平均厚度2.50 m;

②粉砂夹粉土，黄色，稍密，层底深度8.6～9.20 m，层厚5.5～7.3 m，平均厚度6.6 m;

③粉砂夹粉土，黄色，中密，层底深度14.0～17.3 m，层厚5.10～8.6 m，平均厚度7.1 m;

④粉土(Qal4)，褐黄色，稍湿，中密，层底标高79.46～82.71 m，层底深度21.60～26.60 m，层厚7.5～9.30 m，平均厚度8.5 m。

场地地下水类型为潜水，勘察期间承压水水位埋深23.0 m左右，埋藏较深。

与本基坑支护有关的支护参数详见表2，基坑东侧临建及附加超载取值情况见表3。

表2 与本次基坑开挖、支护有关的土层主要参数一览表

表3 基坑东侧临建及附加超载取值情况

3 基坑支护方案选型及支护方案确定

3.1 基坑支护方案选型

限于篇幅，以下仅对基坑东侧的支护方案选型及确定进行分析。

根据本基坑开挖深度、工程地质及周边环境，按照文献［1］确定本基坑工程侧壁支护等级为一级。本基坑工程具有以下特点:(1)基坑较深，达12.5 m;周围环境条件较复杂，身处闹市，基坑侧壁等级为一级;(2)基坑虽无地下水，但基坑上部约2.5 m为杂填土，其下稍密粉砂，该地层直立性差，地质条件差，稍有不慎，极易导致出现基坑局部坍塌或塌方事故，严重的会危及临建安全及人员安全;(3)应对基坑及周边建筑进行变形监测，并做好巡视工作。

3.2 基坑支护方案的分析与确定

按照国家及行业有关规范［2～4］，并结合本基坑工程的特点及当地经验［5］，适合本工程的基坑支护方案有桩锚支护方案和复合土钉墙支护方案。

根据以往在当地设计、施工经验分析:(1)经济性比较:采用桩锚支护方案，单米周长成本约为1.8～2.5万元/m;采用复合土钉墙支护方案，单米周长约为0.6～0.9万元/m;(2)从控制变形效果来看，采用桩锚支护方案比采用复合土钉墙支护方案效果好;(3)从性价比看，采用复合土钉墙支护方案显然占有优势。因此，确定采用竖向微型桩与土钉墙及预应力锚杆结合的复合土钉墙支护方案，其中的竖向微型桩(直径200 mm，内置直径89 mm钢管)提前植入土层，对基坑土层起超前支护、超前控制基坑变形的作用，施工工艺相对简单且在郑州地区有成功和成熟经验。

3.3 设计方案简述

采用土钉墙+1排竖向微型桩(直径200 mm) +2排预应力锚杆的复合土钉墙支护方案。采用上部2.0 m放坡，以下10.5 m直立开挖。具体设计参数见表4，本工程支护结构见图2，监测点布置见图3。

表4 1－1剖面土钉墙参数一览表

图2 支护结构剖面图

图3 监测平面布置图

3.3.1 竖向微型桩设计

采用潜孔钻成孔，成孔直径200 mm，桩间距1.0 m，桩顶标高－0.000 m，桩底标高－15.000 m，有效桩长15.00 m，成孔后，安置89 mm钢管，下部3 m设花眼。填入碎石，并注浆，要求注浆量≮60 kg/m。进行2次注浆，第一次注浆压力0.2～0.4 MPa，第二次注浆压力2.0 MPa左右。

3.3.2 土钉墙

采用分层开挖挂土钉，每层开挖高度1.5 m，每段开挖长度不超过15 m。土钉共分6层，其中对第3排和第5排为提高支护体整体性，安置18号作腰梁，分别施加预应力80 kN。注浆采用水灰比0.55～0.65的纯水泥浆。

3.3.3 面层

坚持“小步跳挖、严禁超挖、预留支(土)墩，交叉支护、勤于监测、及早处理”的原则进行土方开挖设计。

(1)除对开挖的常规要求外，基坑开挖必须分层分段开挖，除第1层开挖高度2.0 m外，控制在0.8～1.2 m，9.0 m以下控制在1.5 m，但每隔10 m预留土墩，严禁超挖。

(2)至5.0 m以下每段开挖长度≯10 m，间隔掏孔及时注浆，掏孔、注浆、挂网交叉进行。土钉注浆、挂网完毕3天达到一定强度后方能进行下一层开挖。

(3)做好坡顶、坡底及坡面的挡水、排水工作。雨期前应检查现场的排水系统，做好基坑周边地表水及基坑内积水的排汇和疏导，防止基坑被雨水浸泡。

3.5 计算结果

(1)土钉墙内部稳定性分析是指边坡土体中可能出现的破坏面发生在支护内部并穿过全部或部分土钉。取单位长度采用条分法进行分析，按照理正基坑支护软件4.31版进行验算，结果表明，基坑土钉墙支护体稳定安全系数在1.31～2.23。

(2)对该土钉墙外部稳定性分析:其中抗水平滑移稳定性安全系数为2.6～3.3，大于1.2，满足设计要求;抗倾覆稳定性安全系数为1.32～1.43，大于1.3，满足设计要求;抗隆起稳定性验算:按照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007－2002)附录V，因基坑底部持力层为③层粉砂，该层土属中密砂土，故不必验算;墙底承载力验算:按照《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120－99)应用指南，只要满足抗隆起验算，墙底承载力即可满足上部土钉墙荷载要求。

3.6 变形监测方案

3.6.1 基坑监测内容

(1)坡顶支护体水平位移监测:坡顶支护体水平位移每边不少于3个点，共计13个点;

(2)邻近建筑物与地面道路沉降观测:邻近建筑物每栋不少于4个点;地面道路每侧不少于3个点，共计35个点。

3.6.2 监测标准

(1)对支护体①按照文献［5］第八章规定，基坑顶部的侧向位移与当时的基坑开挖深度之比一般为3‰，该基坑深度为12.5 m，因此基坑顶部的侧向位移应为40 mm;按照文献［1］第7章规定，对一级基坑，其围护结构墙顶位移监测值为3.0 cm，围护结构墙顶最大位移监测值为5.0 cm。综合上述规定，确定基坑坡顶支护体水平位移累计不大于40 mm。按照文献［6］第9章有关规定，确定每天位移速率不大于2 mm。

(2)对邻近建筑物沉降观测:建议每天沉降不大于2 mm，累计沉降量≯30 mm，且基础倾斜＜3‰。

(3)对地面道路沉降观测:每天沉降最大不大于2 mm，累计沉降量≯30 mm。监测标准详见表5。

表5 监测标准一览表

(4)因本工程为深厚砂土基坑，稍有不慎，极易出现局部坍塌，因此在开挖及施工中还要定人观察、经常巡视。

(5)观测频率及上报要求:原则每天观测1次，出现报警值或暴雨季节时，每天观测2次。及时预报。遇异常情况或接近报警值立即与甲方、设计和监理单位联系并采取相应措施。

4 施工情况及监测结果

项目施工开始于2010年2月，至2010年6月底挖至坑底，施工期间基本能够按照设计要求施工。期间经历4月11日、22～23日，7月12日、19日及8月8～10日等几场大雨，支护体正常工作，墙顶位移及东侧临近建筑物沉降均在设计要求之内。近6个月的监测表明，支护体墙顶东侧3个点水平位移在16～25 mm;东侧临近建筑物沉降量在5～9 mm。远远小于设计要求。

5 体会和建议

笔者认为，该项目取得成功主要取决于以下因素。

(1)设计方案大胆，为业主节约大量工程投资。据测算，仅施工费一项就为业主节约了200余万元，远远小于桩锚支护体系的费用。目前郑州西区因土质较好，采用复合土钉墙支护方案也较多，采用桩锚支护体系的方案也较多。但在深厚砂土基坑中采用此方案却不多见。

(2)严格按设计要求施工:对注浆体的注浆质量控制较好;土方开挖严格按设计要求认真贯彻执行。

(3)监测到位:期间开展了对支护体、临近建筑物及道路的变形监测，并及时预报，实现了信息化施工。

［1］GB 50202－2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范［S］.

［2］JGJ 120－99，建筑基坑支护技术规程［S］.

［3］YB 9258－97，建筑基坑工程技术规范［S］.

［4］SJG 05－96，深圳地区建筑深基坑支护技术规范［S］.

［5］CECS 96:97，土钉支护技术规程［S］.

［6］高大钊，等.深基坑工程(第二版)［M］.北京:机械工业出版社，2003.

［7］王荣彦.郑州东区基坑支护型式探讨［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2006，33(12).

［8］王荣彦.土钉支护技术在松散砂土基坑中的应用［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2006，33(3).

［9］陈肇元，等.土钉支护在基坑工程中的应用(第二版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2000.

Design of Foundation Pit Supporting Scheme for Deep and Thick Sand Layer under Complex Conditions and the Monitoring

CHEN Quan-li1，WANG Rong-yan2，ZHANG Zhi-min1(1.Henan Province Water Conservancy Survey Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450008，China;2.No.2 Team of Hydrology and Engineering Geology，Henan Bureau of Investigation and Development of Geology and Mineral Resources，Zhengzhou Henan 450053，China)

Pile-anchor retaining and compound soil nailing support are the common schemes for the foundation pit supporting.In the view of the economy and deformation control，each scheme has its advantages and disadvantages.With the engineering case，the discussion was made on the safe and economical supporting scheme by composition of soil nailing wall with vertical micro-pile and pre-stressed anchor，and the supporting effect was verified by the deformation monitoring data.Key words:complex conditions;deep and thick sand layer;foundation pit supporting;soil nailing wall;vertical micropile;pre-stressed anchor

TU473.2

A

1672－7428(2012)08－0054－03

2012－04－05

陈全礼(1963－)，男(汉族)，河南扶沟人，河南省水利勘测有限公司总工程师、高级工程师、注册土木工程师，水文地质工程地质专业，从事岩土工程(含基坑工程)的勘察、设计与治理工作，河南省郑州市经三路北7号;王荣彦(1965－)，男(汉族)，河南渑池人，河南省地矿局第二水文地质工程地质队副总工程师、高级工程师、注册岩土工程师，工程地质与水文地质专业，硕士，从事岩土工程、水资源、地质灾害方面的研究工作，河南省郑州市南阳路56号，wangrongyan168@126.com。