西安某基坑支护选型及设计分析
2021-11-08刘念新
盛 超,刘念新
(西北有色勘测工程有限责任公司,陕西 西安 710038)
1 前言
1.1 工程概况
西安市某基坑支护项目场地位于西安市莲湖区。拟建场地东侧有一排一层废弃待拆房屋,现已无人居住,距基坑上边线约1.6 m;场地北侧为市政道路,距基坑上边线17 m~20 m;场地西侧为汽车修理仓库,距基坑上边线2.7 m~3.5 m;南侧为铁路线,距基坑上边线9 m~11 m。场地内自然标高398.70 m~399.43 m,地下车库坑底标高为388.00 m,基坑底设计标高为388.25 m~388.50 m,基坑实际开挖深度10.45 m~11.43 m。
拟建场地平坦,场地地貌单元为皂河二级阶地。
拟建场地勘察期间测得地下水稳定水位埋深10.40 m~11.40 m,标高387.71 m~388.52 m,属丰水期水位,水位年变化幅度<1 m,呈下降趋势,地下水类型属孔隙潜水。实际开挖过程中地下水位为12.50 m~13.20 m,故本次基坑支护不涉及降水工程。
1.2 地层分布特征
根据该项目勘察报告结果可知,拟建场地主要地层为填土、第四系上更新统黄土、古土壤、粉质粘土和中粗砂。基坑支护设计主要涉及的地层描述如下:
①层第四系填土(Q4ml):以粘性土为主,土质不均,偶见碎砖块、白灰渣。层厚0.40 m~5.30 m。
②层第四系黄土(Q3eol):褐黄色,硬塑,湿,针孔、大孔发育,含少量结核,偶见植物根系、蜗牛壳碎片。层厚3.00 m~7.90 m。
③层第四系黄土(Q3eol):褐黄色,可塑,湿,含少量结核,偶见针孔、植物根系、蜗牛壳碎片。层厚2.70 m~5.60 m。
④层第四系古土壤(Q3el):棕红色,硬塑-可塑,湿,含钙质结核,可见白色钙质条纹,底部有厚约20 cm~30 cm 结核层。层厚0.80 m~3.10 m。
⑤层第四系粉质粘土(Q3al+pl):褐黄色,可塑,湿,可见云母、氧化铁条纹、铁锰质斑点,偶见结核、蜗牛壳碎片,局部夹有20 cm~30 cm 厚的结核层和中粗砂透镜体。层厚12.00 m~16.60 m。
2 基坑支护工程设计要求
2.1 设计基本参数
按照拟建场地勘察报告中提供的岩土参数推荐值,本次支挡设计各地层物理力学指标见表1。
表1 基坑支护设计参数表
2.2 基坑等级
此基坑为深基坑。根据基坑开挖深度、基坑周边环境及其它影响因素,本基坑安全等级一级,重要性系数取1.1[1]。
2.3 基坑荷载
计算采用理正基坑设计软件7.0 版。
基坑西侧有已建仓库区域地面附加均布荷载按20 kPa考虑,基坑东侧有已建民房区域地面附加均布荷载按15 kPa考虑。
3 基坑支护设计选型
经过对拟建场地及拟建基坑的勘察评价,针对基坑深度较大及基坑周边环境复杂程度,对该基坑不同区段采取2种支护形式。
3.1 锚拉排桩支护
拟建基坑西侧基坑深度为11.20 m~11.43 m,基坑顶边线距已有汽车修理仓库较近。汽车修理仓库为框架结构、独立基础,对沉降变形敏感。为保证基坑周边建筑和基坑工程在开挖使用中的安全,综合考虑后,采用锚拉排桩的支护形式。
图1 锚拉排桩支护断面图
排桩:桩径0.70 m,桩间距1.80 m,桩长20.20 m(悬臂段长11.20 m,嵌固段长9.00 m),C30 混凝土浇筑。桩顶设置冠梁,冠梁界面尺寸宽0.70m,高0.50 m,C30 混凝土浇筑。
排桩采用16 根直径为18 mm 的HRB400 级钢筋,箍筋采用直径为8 mm 的HPB300 级钢筋。冠梁采用12 根直径为14 mm 的HRB400 级钢筋,箍筋采用直径为8 mm 的HPB300 级钢筋。
预应力锚杆:锚杆全长20.0 m,自由段为7.0 m,锚固段为13.0 m。锚杆直径为150 mm,水平间距为1.80m,倾角为15°。杆体采用2 根直径为20 mm 的HRB400 级钢筋。锚杆施加预应力为120 kN。预应力锚杆设置于基坑深度5.2 m 处。
预应力锚杆和排桩通过设置腰梁使其成为一个受力整体。腰梁采用2 根18 号的工字钢制作。预应力锚杆通过锚头、垫块锚固在腰梁上。
经过软件计算,锚拉排桩的最大位移变形不超过10 mm,满足拟建基坑工程的要求。
3.2 复合土钉墙支护
拟建基坑东侧、南侧基坑深度为11.30 m~11.43 m,基坑顶边线距已有建筑较远但距离用地红线及围墙较近。为保证基坑周边建筑和基坑工程在开挖使用中的安全,采用复合土钉墙的支护形式。
图2 复合土钉墙支护断面图
预应力锚杆:锚杆全长14.0 m,自由段为6.0 m,锚固段为8.0 m。锚杆直径为150 mm,水平间距为1.60 m,倾角为15°。杆体采用2 根直径为20 mm 的HRB400 级钢筋。锚杆施加预应力为70kN。预应力锚杆设置于基坑深度2.8 m~3.2 m 处(土钉墙第二道)。
土钉:土钉长度为10.0 m~12.0 m,土钉直径为120 mm,水平间距1.60 m,竖向间距为1.50 m,倾角为15°。杆体采用1 根直径为20 mm 的HRB400 级钢筋。自上而下共布置5 道土钉及1 道预应力锚杆。
预应力锚杆通过设置腰梁使其成为一个受力整体。腰梁采用1 根18a 号的槽钢制作。预应力锚杆通过锚头、垫块锚固在腰梁上。
预应力锚杆及土钉孔注浆材料均采用水泥浆或水泥砂浆;水泥浆的水灰比为0.5,水泥砂浆水灰比为0.45,灰砂比为0.5。
复合土钉墙面层铺设钢筋网片,喷射C20 级混凝土,面层厚度不小于80 mm。
4 基坑支护方案实施
支护施工前,应按照基坑支护平面图布置图复核与周边建筑的平面距离;摸清基坑周边地下给排水管道、供气管道、通信电力管道平面距离及埋深,如与施工图纸冲突,应及时反馈设计单位进行设计变更。
4.1 排桩
严格按照施工图进行定位。施工时应隔桩跳打,钻孔完成后清理孔底沉渣,其厚度不大于100 mm。钢筋笼的长度、配筋应按施工图严格执行。钢筋笼在制作和运输、吊装过程中应采取措施防止钢筋笼变形。
施工顺序:护坡桩定位成孔——钢筋笼制作和安装——安装灌注导管——灌注砼——凿桩头。
4.2 土钉墙
每层土钉(锚杆)按照施工图纸进行定位。确保孔径为120mm,面层喷厚度为100mm,强度等级C20 砼。
施工顺序:人工刷坡——土钉(锚杆)孔定位——成孔——编网和土钉制作——土钉(锚杆)安装——注浆——焊接拉接筋——喷射砼面层——洒水养护。
4.3 成孔及注浆
1)土钉(锚杆)孔采用干法成孔。
2)土钉(锚杆)孔采用重力注浆法施工工艺。注水灰比为0.5 水泥浆,注浆管距孔底200 mm,边注边拔注浆管直至浆液从孔口溢出为止。当浆液液面下降时,应及时进行补浆。
4.4 基坑壁渗水管设置
基坑壁如有透水层或渗水土层时,混凝土面层上要做泄水孔,即按间距2.0 m~2.5 m 均布插设长1.0 m~1.5 m、直径不小于40 mm 的塑料排水管,外管口略向下倾斜,管壁上半部分可钻些透水孔,以防止土颗粒流失(见图3)。
图3 面层内泄水管
4.5 基坑土方开挖
1)基坑定位放线时,要以基坑开挖图为准,复核基坑支护平面布置图坐标。
2)本基坑采用明挖法施工,应分段分层开挖。分段长度不应大于15.0 m。在基坑支护深度范围内,必须做到随挖随支护。挖土应自上而下分段分层进行,边挖边检查坑底的宽度和坡度,不够时及时修整。基坑土方施工和基坑支护施工必须密切配合,满足基坑支护施工的工作面、边坡安全以及进度要求。
3)土方开挖期间,土钉墙每层施工完成且喷射面层砼强度达75%以上,才能开始下一层土的开挖,开挖深度为每层土钉高程下500 mm。
5 基坑及周边建筑物监测
本工程为深基坑工程,基坑开挖及支护对周边环境有一定的影响。为确保基坑使用安全,施工中必须加强监测,及时准确地掌握变形情况,及时反馈监测信息,做到信息化施工。
5.1 变形观测要求
1)监测项目在基坑开挖前应测得初始值,且不应少于两次。
2)当基坑顶水平位移达到报警值30 mm 或有事故征兆、连续5 天内变形大于1 mm/天,应连续观测,并应及时通知设计单位和建设方,采取应急措施确保基坑使用安全。
3)监测须委托具有相应资质的单位,监测前检测单位应编制监测方案,工程结束时应提交完整的监测报告。
5.2 监测项目及内容
①桩顶位移监测;②基坑坡顶及深部位移的监测;③地表开裂状态(位置、裂宽)的观察;④重要管线等设施的变形观测和墙体、地面裂缝观察;⑤基坑渗漏水观察。
5.3 支护体系监测计划
1)每20m 左右布置一个观测点(详见施工图)。测点位置选取变形最大或地质条件最不利地段。
2)满足国家二等水准测量精度要求,水平误差控制<6.00mm,垂直误差控制<0.5 mm。
3)观测时间的确定:基坑开挖及支护施工时每天观测一次,自基坑开挖至基坑底标高后一个月内每周观测一次,此后至回填期间每两周观测一次。遇暴雨时加密监测频率。
4)场地查勘与记录:施工前对原场地进行及周边建筑物全面调查,查清有无原始裂缝和异常并作记录,并照相存档。
6 基坑维护及使用要求
1)基坑边道路硬化时,必须设置排水系统。平时应定期维护及清理,特别在雨天加强基坑的巡察,防止场地积水排入基坑内。并及时排出坑内积水。
2)坡顶3 m 以内不得堆载,坡顶3 m 以外堆载不得超过15 kPa,严禁超载,土方运输车辆及大型施工机械应在坡顶5 m外运行。
3)本工程为临时性支护,使用期限不宜超过12 个月。否则须重新论证或及时采取结构补强措施。
7 基坑危险源辨识及处置措施
该项目基坑危险源主要有:①基坑侧壁为湿陷性黄土层,遇水后发生变形从而引发基坑侧壁失稳事故;②基坑西侧为仓库且距基坑较近,危险性较大;③基坑顶部截水设施失效引起基坑侧壁失稳;④雨期施工,土钉墙可能失效或承载力严重下降[2]。
危险源处置措施为:①基坑施工、使用中应加强排水系统的巡查保护;②基坑西侧采用锚拉排桩方案,基坑使用中需加强巡查保护;③基坑顶截水设施,施工中要定期检查其使用情况,确保其能正常施工,进行必要的维护修理;④尽量赶在雨期来临前完成基坑支护的施工,在雨期使用中加强监测及巡查。
8 结语
随着城市的发展,拟建基坑深度越来越大,基坑周边环境也越来越复杂。在单个基坑支护工程中,应先排查基坑周边环境、收集拟建场地地层情况、地下水水位、地下管线分布等重要资料。然后针对现场情况进行基坑支护的设计。设计选型要以基坑支护工程的安全稳定为第一要务。而后再考虑经济型对方案进行优化。