一个采用多种支护技术的基坑工程

2019-04-19吴连祥

岩土工程技术 2019年2期

吴连祥贾华

(启东市建筑设计院有限公司，江苏启东 226200)

1 工程概况

启东市东辰公寓二期工程由2栋高层住宅和沿街商业建筑组成，建筑面积21870 m2，地下室一层，建筑面积5780 m2。该工程采用直径500 mm的PHC管桩，桩长40 m，整体桩筏基础，基坑平面呈矩形，南北向长92 m，东西向宽70 m，基坑周长324 m，基坑面积约6500 m2。±0.00对应于85高程3.07 m，自然地面整平后标高约为2.47 m，相对标高-0.60 m，基坑挖深5.6 m，拟建高层住宅楼处挖深6.3 m，坑中坑挖深7.6 m。

1.1 场区环境条件

建设场地位于启东市人民路北侧，建设路东侧，原建筑经拆除后场地平坦。基坑南侧地下室基础边线距用地红线6.7 m，距人民路边线9.07 m;西侧为建设路，地下室基础边离用地红线最近处3 m，用地红线与道路边线相距6 m;北侧为正在施工的住宅区，地下室基础边线距用地红线6.7 m，距北侧住宅区车库8.2 m，车库条形基础，埋深0.8 m，施工至粉刷阶段;基坑东侧为住宅区，地下室基础边线距用地红线2.5 m，距2#住宅楼8.7 m，距一层车库3.8 m。住宅楼均为11层，无地下室，剪力墙结构，PHC管桩承台梁基础，埋深2.2 m，一层车库为砌体结构，条形基础，埋深0.8 m。环境平面图如图1所示。

图1 环境平面图

1.2 工程地质条件

根据该工程的岩土工程勘察报告，基坑影响深度范围内，各土层情况描述如下：

①填土：褐黄色，土质不均匀，主要成分为粉质黏土，含碎砖、混凝土块和植物根茎，结构松散，力学性质较差。

②淤泥质粉质黏土：灰色，流塑，土质不均匀，夹淤泥质粉土、粉质黏土，属高压缩性土。

③粉土：灰色，很湿，稍密，土质不均匀，夹淤泥质粉土、粉质黏土，含云母碎片，属中压缩性土。

④粉砂：灰色，饱和，稍密，土质不均匀，含贝壳碎屑片、云母片，属中—低压缩性土。

⑤粉土：灰色，很湿，稍密，土质不均匀，夹淤泥质粉土、粉质黏土，含云母碎片，属中压缩性土。

场地地下水类型为孔隙潜水，埋藏较浅，为自然地面下0.5～1.8 m左右。

地基土分层特性见表1。

表1 各土层特性表

2 支护方案选择与设计

本基坑工程特点分析：

1)基坑规模不大，周长300多米，面积约6500 m2;

2)基坑平面形状规整，基本呈长方形;

3)挖土深度浅，地下室一层，挖深6 m左右;

4)场地地质条件尚可，除第2层为淤泥质粉质黏土，厚度1.45 m外，其余土层均以粉土粉砂为主;

5)地下水位较高，基坑深度范围内粉土、粉砂层渗透系数较大，渗透性好;

6)周边环境条件差异较大，东侧、北侧有建筑物，保护要求高，西侧、南侧临城市道路，保护要求一般。

针对本基坑工程的上述特点，如何在确保基坑安全的前提下，以最少的代价达到基坑支护的目的，这是基坑支护方案选择与设计需要解决的主要问题。

2.1 自然放坡方案

自然放坡施工方便，造价低廉，支护方案选择时，有条件放坡的地段应优先选用。

基坑南侧，距人民路边线9.07 m，路边无压力管线，具备自然放坡条件，支护安全等级三级[1]，故选用自然放坡方案，按计算要求，坡高5.6 m，坡宽6.3 m，坡面用细石混凝土挂网抹面，坡顶布置轻型井点设备降水。(见图2)

图2 自然放坡方案剖面图（单位:mm）

2.2 土钉墙方案

基坑西侧，基坑边离用地红线最近处3 m，用地红线与道路边线相距6 m，地下无压力管线，支护安全等级三级，自然放坡距离受到限制，为减少放坡距离，采用土钉墙挂网喷锚支护方案，按计算：放坡坡高5.6 m，坡宽2 m，设置三道φ48 mm×3.2 mm钢管土钉，面层为100 mm厚的喷射混凝土，内设φ6.5@200×200钢筋网，坡顶布设一排轻型井点设备降水，见图3。

图3 土钉墙方案剖面图

2.3 重力式挡墙方案

基坑北侧为正在施工的住宅区，距用地红线围墙尚有6.7 m距离，距建筑8.2 m，自然放坡、土钉墙方案均不能满足对北侧建筑物的保护要求，必须选择垂直支护方案，比较经济和常用的是重力式水泥土挡墙方案，此类方案既挡土又挡水[2]。支护安全等级二级，根据挖土深度、土质情况，通过计算：水泥土挡墙宽3.2 m，桩格栅式布置，采用桩径700 mm深层搅拌桩，间隔0.5 m，纵横向搭接200 mm，嵌入坑底深度7 m，采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺入比14%，每根桩顶插毛竹或钢筋，重力式挡墙剖面见图4。

图4 重力式挡墙方案剖面图

2.4 锚拉排桩方案

基坑东侧：距红线最近处仅剩2.5 m，采用放坡、土钉墙、重力式挡墙都不具备条件，支护安全等级二级，经过多方案的比较，决定选用锚拉排桩的方案，排桩用PHC管桩，锚拉力由水泥土旋喷加筋锚提供，管桩外侧设两排φ700水泥土搅拌桩作止水帷幕的方案。管桩支护剖面图见图5，根据计算结果，设计细节如下：

1)选用PHC-500(125)B-C80管桩，间距1.6 m，桩顶位于地表下1.3 m，桩长11.0 m，单节桩，无接头。

2)桩顶设置冠梁，加强支护结构的整体性。冠梁顶面为自然地面下0.8 m，冠梁截面：600×500 mm，支护PHC管桩伸入冠梁100 mm，冠梁混凝土采用C30。

3)锚桩采用旋喷搅拌加劲水泥土桩，水泥掺入比20%，水平间距1.6 m，为减少对地面沉降的影响，锚桩的倾角35～45°，桩径选定400 mm，扩大头直径650 mm，锚筋用2根φS12.7钢绞线，抗拉强度设计值1320 MPa，锚桩长13 m。在冠梁及锚桩强度达设计强度70%后，施加预应力，用锚具锁定于管桩顶的冠梁侧面。

4)管桩布桩尽量形成封闭，在转角处加角撑。

5)止水帷幕用深层搅拌水泥土桩，桩径700 mm，搭接长度200 mm，桩顶与自然地面平，桩长12 m;水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺入比14%。

图5 锚拉排桩方案剖面图

2.5 降排水方案

基坑降水采用管井与轻型井点相结合的方案。基坑隔水半敞开式，北侧、东侧采用水泥土桩作止水帷幕，坑内共布置管井24口，孔径800 mm，无砂管井井径400 mm，井深11 m，井距16 m左右。自然放坡段及土钉墙支护段沿坑周布置4组轻型井点，井点管管径38 mm，间距1.5 m，成孔直径300 mm，成孔深度大于过滤器底端埋深0.5 m，管壁上渗水孔按梅花状布置，渗水孔直径12 mm，渗水孔空隙率大于15%，渗水管长度大于1.5 m，管壁外设滤网。

地表水和大气降水的排除采用截水沟加集水井的方案。沿坑顶和坑底周边设置400 mm×400 mm截水沟，沿截水沟每隔30 m左右设置一口集水井，集水井截面600 mm×600 mm×800 mm(h)，及时排除地面积水和大气降水，防止地表水流入坑内。

各种支护方案的应用范围及衔接过渡关系见图6。

图6 支护方案平面布置图

自然放坡段与土钉墙支护段之间按不同的坡比自然过渡，土钉墙支护段与重力式挡墙支护段通过重力式挡墙转折后衔接，重力式挡墙支护段与锚拉排桩支护段设置支撑在压顶梁上的钢管角撑衔接，锚拉排桩支护段与自然放坡段在交接处增加水泥土搅拌桩的厚度来过渡。

本工程由于因地制宜采用不同支护技术，充分发挥各种支护技术的优势，因此，造价较为经济。本工程支护总造价近130万元，综合平均单价约4000元/延米。

3 施工中发生的问题及解决办法

3.1 北侧水泥土重力式挡墙开裂

基坑于2014年6月12日开始挖土，至2014年7月12日挖至坑底。2014年8月16日测得的北侧重力式水泥土挡墙向坑内方向的平均位移8 mm，最大水平位移16 mm，位移速率0.75 mm/d，北侧重力式水泥土挡墙工作状态正常。

2014年8月17日、18日连续大雨，19日凌晨北侧重力式水泥土挡墙向坑内方向水平位移显著增大，19日上午最大水平位移已增加到207 mm，位移值为规范报警值的4倍，最大竖向位移19 mm，在挡墙的基坑内侧距挡墙顶1.6 m左右处局部出现多条水平裂缝，并且位移及裂缝仍然在发展、扩大，墙外侧土体沉降明显，地面硬化层严重开裂。

主要原因是：场地第①层为杂填土，由于施工场地较紧，杂填土硬化面上堆放了钢筋等荷载，在连续阴雨的作用下，致使杂填土下沉、硬化面层开裂，雨水下渗，特别是电缆管沟检查井及附近下沉严重，外网电缆管的水均汇集到此处，渗入水泥土挡墙外侧的杂填土内，水荷载增大，挡墙严重超载，引发水泥土挡墙中间部位水平位移迅速增大。

对严重变形的水泥土挡墙，采用斜撑应急加固。在挡墙水平裂缝附近位置水平向设腰梁，斜撑上端顶住腰梁，斜撑下端传力至工程桩，根据施工单位准备的应急材料，斜撑、腰梁均采用16号工字钢，斜撑间距3～6 m，斜撑水平方向用脚手钢管设置侧向拉杆。水泥土挡墙的变形及裂缝很快得到了有效控制，后期位移均在10 mm以内。

随后，在上述应急加固方案的基础上，重新设计了斜撑方案。斜撑仍用16号工字钢，间距3 m，腰梁以原16号工字钢为依托，浇筑钢筋混凝土梁，将工字钢梁包裹在混凝土梁中，混凝土梁断面400×500(h)，采用钢筋混凝土独立基础，基础底板尺寸1400×1800，详见图7。

图7 加固处理方案剖面图

此外，用黄泥封堵外网电缆管与水泥土挡墙外侧电缆管沟之间的接口，截断外网电缆管水路通道，对开裂的硬化路面进行灌浆修补，并对下沉严重的电缆管沟检查井及附近地面重新砌筑并浇混凝土。北侧邻近车库最大沉降量未超过30 mm，由于当时处于施工粉刷阶段，未作处理。

3.2 东侧住宅楼底层车库部分墙体开裂

东侧住宅区，为11层住宅楼，剪力墙结构，PHC管桩基础，底层设独立车库。原设计二层阳台下为悬挑开敞空间，但事后此空间已扩大为车库的一部分，这部分的墙体基础直接埋置于天然地基上。西侧基坑降水、开挖对其肯定会产生一些影响，桩基部分沉降很小，天然地基部分沉降则较大，因此位于两种基础交界处的车库墙体出现了明显裂缝，在找出原因的基础上对此裂缝及时进行了临时修补，在地下室施工结束，降水停止后又进行了加固处理。