大圆环撑结合SMW工法桩在软土基坑中的应用

2015-12-11陈克用

福建建筑 2015年9期

陈克用

(福建众合开发建筑设计院福建福州 350004)

1 工程概况

本工程位于福州市马尾区青洲路东北侧。拟建项目西侧28m外为福马铁路及铁道口指挥楼，基坑北侧约15m外为一栋新建多层框架结构厂房，东侧10m外为1～2层砖混搭盖民房和简易棚架，南侧46以内均为本项目工程红线内工程用地。基坑周长440m，基坑面积约11700m2，本工程±0.00标高对应绝对标高为7.95，场地平均整平标高为7.60，根据本工程底板垫层底标高和主楼下大承台厚度，本基坑工程位于主楼大承台处开挖深度为6.7m，单层地下室区域基坑开挖深度为5m。基坑总平面图如(图1)。

本工程场地地貌属于人工堆填、淤积、冲洪积成因类型组成岩土性质。根据地质勘查报告，影响本基坑范围内至上而下的土层条件如下(表1)。

表1 土层条件

图1 基坑总平面图

2 工程地下水埋藏条件

本工程地下水主要为赋予(1-2)填中砂中孔隙潜水以及赋予(4)细砂层中孔隙承压水;场地勘查初见水位绝对标高变化在1.2～2.13m之间，场地地下水正常水位绝对标高:5.61～5.94m，根据地下水情况、地质勘查剖面和基坑开挖深度分析，基坑底大部分落在(3)淤泥质土夹砂土层上，局部落在(1-1)杂填土或(2)粘土层上，但局部存在上述隔水层较薄，经抗突涌验算:H=2.1＜(rw/r)xh=2.27基坑可能会产生突涌，以及考虑(1-2)填中砂中孔隙潜水，本基坑工程应采取降水措施:井点降水。

3 基坑方案比选

本基坑工程开挖深度较大，而且属于软土地区，若采用土钉墙，考虑软土地质土钉抗拉拔承载力不足、稳定性较差;若考虑采用拉拔承载力相对较大的扩孔锚杆，除南侧外，其它方向均离用地红线较近，采用扩孔锚杆会导致锚杆超出用地红线;同样若采用排桩结合扩孔锚杆，不但存在锚杆超出红线问题，在整体稳定计算分析结果，排桩嵌固深度过大，不经济。由于本基坑顶需有足够施工空间需采取垂直开挖，考虑本场地基坑开挖深度影响范围内的土质属于软土，为了提高基坑稳定性，最终本工程采用SMW工法桩支挡并结合工法桩顶一道坑内支撑系统，这对(1-1)杂填土层和(1-2)填中砂层中的潜水也起到很好的止水帷幕，同时也解决了基坑倾覆问题，并通过合理调整嵌固深度，以保证基坑的整体稳定和控制基坑底隆起。

由于本基坑跨度较大(短边尺寸可达100m)，若采用钢管对撑，稳定性及刚度不足;采用钢筋混凝土桁架对撑，刚度满足，但工程量较大，支撑立柱数量也较多，且边界的不规则性也不适合对撑系统。最终经综合各方面因素采用钢筋混凝土环形支撑梁，但由于基坑边界的不规则形状，设计上先布置合适直径圆环梁，然后针对圆环梁与基坑边界的距离大小合理布置相应边桁架、支撑梁，并结合计算分析各内撑梁内力，再多次调整内撑梁布置直至各内撑梁受力均匀合理，最终基坑平面布置如(图2)。这样不但可以减少支撑系统混凝土用量和立柱数量，还能给基坑开挖提供较大的空间，方便机械在坑内进行土方开挖。

图2 基坑平面示意图

4 基坑支护结构设计主要考虑几点

本基坑支护结构设计为SMW工法桩支挡，采用三轴搅拌桩φ850@600，H型钢为700*300*13*24隔一插一，桩顶设一道钢筋混凝土支撑梁，坑顶2m范围采取放坡，这样主要考虑缩短基坑支挡深度，在同样支护桩长度下，可以争取更大的嵌固深度，以确保基坑的坑底抗隆起和基坑整体稳定的安全;圆环撑直径长达100m，设计要求支撑梁混凝土中应掺膨胀剂以控制混凝土自身收缩的不利影响;基坑支撑梁下立柱采用钢格构柱，其柱下基础采用冲孔灌注桩基，根据基坑支撑梁平面调整立柱位置，其中有10根立柱在不影响主体竖向构件条件下直接布置在工程桩上，以节约造价;环形支撑梁与坑边比较近区段，平面刚度相对较弱，设计上采取局部设置钢筋混凝土板，板厚120mm，双面双向配筋Φ12@200，以增强该区域平面内刚度。基坑典型剖面图如(图3)

图3 基坑剖面示意图

5 基坑计算分析

基坑采用同济启明星软件，并根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012进行计算分析，其中变形最大的DK4，DK7勘察点主要内力，位移结果分别如下(图 4a，4b)。

图4 a DK4点变形和内力结果

同时根据规程还主要作了整体稳定分析计算、嵌固端深度析、坑底抗隆起验算，并满足相应的安全系数，确保基坑安全。

图4 b DK7点变形和内力结果

6 基坑工程监测

由于本工程地质土层(4)细砂，层厚较大，部分三轴搅拌桩未能穿透该土层，而该土层所含水为承压水，基坑降水采取了非完整井进行井点降水，在施工过程中也考虑到地下水对周边地面及构筑物影响，针对基坑深度三倍的基坑顶周边范围(约坑顶周边20m范围内)布设了24个水平位移和竖向位移监测点，从基坑开挖开始到基坑回填共监测了81次，历时约130天，具体监测结果如(图5～图7)。

图5 水平位移最终变形图

图6 竖向位移最终变形图

图7 基坑深层土体最终变形图

总体上看，基坑顶变形(个别点略超预警值外)大部分都在预警值范围之内，基坑深层土体变形都在预警范围以内。而基坑设计计算结果最大坑顶水平位移和竖向位移也分别为29mm，26mm，这与实际监测结果基本吻合。因考虑个别点坑顶水平位移略超预警值，结合实际监测的测斜管数据分析，坑顶水平位移和竖向位移变形较大几个点对应测斜管数据相对都较小，针对这种情况，现场采取加密变形监测频率，以观察基坑变形发展情况，直至最终基坑回填，基坑主体自身变形未发现继续开展。基坑现场如(图8，9)，图中也可以看出SMW工法桩支挡墙面未出现漏水，起到了很好的止水预期。

图8 基坑施工现场俯视图

图9 SMW工法桩现场开挖检查情况

7 基坑工程事故处理

图10 沉降引起现场建筑物墙体裂缝一

图11 沉降引起现场建筑物墙体裂缝二

在基坑北侧40～50m外存在较多单层砖混老旧建筑物，其基础形式多为埋置于地表杂填土层中的刚性条石基础，本基坑工程施工过程中，出现了较多明显因地基沉降引起的墙体裂缝，如(图10，11);根据现场实际情况并结合地质勘查报告分析，出现该情况主要是由于该场地周边共有三个大型项目同时进行地下室施工，本工程离开裂民房最近;其次，该场地地表以下存在(4)细砂层，且在基坑北侧附近细砂土层厚度最大，最厚达16m，局部工法桩长度范围内未能穿透该土层，其富含孔隙承压地下水，且该土层埋置范围涵盖了上述民房区域，正好与该场地水力路径连通，并且该细砂层上覆淤泥质土夹细砂，属于软弱土层，对地下水的变化比较敏感，这些老旧建筑物基础的整体性较差从而导致的裂缝的产生。

针对该情况，现场通过控制基坑降水，同时在该区域增设回灌井，进行地下水回灌，控制了裂缝继续发展，直至基坑回填结束。