陳金祥,施玉巖,侯 杰,張 波

(1.北京愛地地質(zhì)勘察基礎工程公司，北京 100144; 2.北京科技大學土木與資源工程學院，北京 100083)

基坑工程是一個系統(tǒng)的工程問題，必須具有豐富的施工經(jīng)驗，并結(jié)合擬建場地的土質(zhì)和周邊環(huán)境，才能制定出因地制宜的支護結(jié)構方案和實施辦法。它與場地工程勘察、支護結(jié)構設計、施工開挖、基坑穩(wěn)定、降水、施工管理、現(xiàn)場監(jiān)測、相鄰場地施工相互影響等密切相關[1]?；釉O計與施工涉及地質(zhì)條件、巖土性質(zhì)、場地環(huán)境、工程要求、氣候變化、地下水動態(tài)、施工程序和方法等許多相關的復雜問題，是理論上尚待完善、成熟和發(fā)展的綜合技術學科。本項目根據(jù)場地工程性質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境條件對基坑的護坡樁位移進行分析，并采取相應措施對護坡樁位移進行處理。

1 工程概況

本基坑位于北京市朝陽區(qū)，北側(cè)為現(xiàn)狀開閉站，地上3層，結(jié)構邊線距開閉站最近4.7 m左右(支護結(jié)構上口線距離開閉站最近2 m左右)；基坑東北側(cè)結(jié)構邊線距其人行便道最近5 m左右(支護結(jié)構上口線距離人行便道最近2 m左右)；基坑西北側(cè)結(jié)構邊線距其人行便道最近3.6 m左右(支護結(jié)構上口線距離人行便道最近1.5 m左右)；基坑西南側(cè)結(jié)構邊線距其人行便道最近6 m左右(護坡樁上口線距離人行便道最近1.8 m左右)；基坑東南側(cè)為一片空地，規(guī)劃為堆土、材料堆放和加工場地，要求距基坑10 m范圍內(nèi)不堆放重物。場地周邊建有圍墻。

2 地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

該場地地貌單元屬永定河沖、洪積扇中部地區(qū)。第四系地層厚度較大，據(jù)調(diào)查厚度大于50 m。表層為人工填土及新近沉積地層。

按自上而下順序，依次將場地各層地基土的巖性特征描述如下：

①人工堆積層。

表層為一般厚約1.7 m～4.3 m的人工堆積之粉質(zhì)黏土素填土、黏質(zhì)粉土素填土①層及房渣土①1層。素填卵石①2層(層頂標高78.04 m～81.17 m)：以亞圓形為主，粒徑一般20 mm～50 mm，磨圓度較差，級配差，少量土填充，層厚1.1 m～2.3 m。

②第四系沉積層。

砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土②層，黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土②1層，黏土、重粉質(zhì)黏土②2層及細砂、中砂②3層；粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土③層，黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土③1層及有機質(zhì)黏土、有機質(zhì)重粉質(zhì)黏土③2層；中砂、細砂④層及黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土④1層；粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土⑤層，細砂⑤1層，黏土、重粉質(zhì)黏土⑤2層及黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土⑤3層；圓礫、卵石⑥層，中砂、細砂⑥1層及黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土⑥2層；中砂、細砂⑦層，重粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土⑦1層，砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土⑦2層及黏土、重粉質(zhì)黏土⑦3層；粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土⑧層及重粉質(zhì)黏土、黏土⑧1層；粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土⑨層及有機質(zhì)黏土、有機質(zhì)重粉質(zhì)黏土⑨1層；卵石、圓礫⑩層，中砂⑩1層，粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土⑩2層及黏土、重粉質(zhì)黏土⑩3層。

2.2 水文地質(zhì)條件

本工程場地內(nèi)共四層地下水，第一層水位埋深7.3 m，為上層滯水，第二層水位埋深12.4 m～14.2 m，為層間水，第三層水位埋深22.1 m～24.5 m，為潛水～承壓水，第四層水位埋深27.6 m～30.9 m，為承壓水。

場地內(nèi)第一層上層滯水分布規(guī)律性差，水量不大。擬建場地的建筑場地類別為Ⅲ類。

3 設計參數(shù)及施工

1)本工程根據(jù)地層情況、基坑深度、場地周邊建筑物情況及車輛情況，將基坑分為5個剖面，1—1剖面、1a—1a剖面復合土釘墻支護體系；2—2剖面、2a—2a剖面、4—4剖面采用樁錨支護體系，樁頂在自然地面；3—3剖面采用樁錨支護體系，樁頂以上3.0 m做土釘墻，坑底預留1 500 mm寬肥槽。地面超載按q=20 kPa考慮；基坑北側(cè)現(xiàn)狀開閉站按q=60 kPa考慮。

基坑變形：本工程基坑安全等級2—2剖面為Ⅰ級基坑，按2‰h控制變形[2]。各個地層參數(shù)如表1所示。

表1 地層參數(shù)表

2)本次重點對2—2剖面進行分析。

a.本剖面基坑從±0.000算起，坑深11.77 m，采用護坡樁+預應力錨桿支護體系，樁頂位于地表，坑底留1 500 mm肥槽，3層開閉站超載按照60 kPa考慮。

b.護坡樁做法：護坡樁樁長17.5 m，其中嵌固段4.23 m，樁間距1.2 m，樁徑600 mm，樁身強度C25，混凝土坍落度180 mm～220 mm。

c.冠梁作法：樁頂之上做冠梁，尺寸700 mm×500 mm，強度C25，兩側(cè)各配320 HRB400級熱軋螺紋鋼筋，中間上下各加配216 HRB400級熱軋螺紋鋼筋，箍筋φ 8@200。

d.錨索做法：原設計：初步設計時，由于甲方未提供開閉站地下室詳細信息，設置兩道錨索，錨索位于冠梁頂下3.0 m，7.5 m處，第一道錨索為三樁兩錨，第二道錨索為一樁一錨，錨索孔徑φ150 mm，下傾角15°，錨索成孔后下入3-4d15(7φ5)低松弛型鋼絞線，強度1 860 N/mm2，第一道錨索錨固力設計值為452 kN/根，第二道錨索錨固力設計值為350 kN/根，如表2所示。

表2 原錨桿設計值

設計變更：由于基坑北側(cè)開閉站存在地下室，地下室埋深7.5 m左右，原設計第一道錨索無法施工，經(jīng)核算，做出如下變更：2—2剖面第一道錨索取消，第二道錨索在樁頂下8 m位置處(下調(diào)500 mm)，長度調(diào)整為22 m(加長3 m)，樁身配筋不變，錨索孔徑φ150 mm，下傾角15°，錨索成孔后下入3d15(7φ5)低松弛型鋼絞線，強度1 860 N/mm2，第一道錨索錨固力設計值為390 kN/根，如表3所示。

表3 錨桿設計變更值

每2 m設一對中支架。二次灌注P.S.A32.5MPa礦渣純水泥漿，水灰比0.50，強度20 MPa，錨索鋼絞線下入過程中，增加一根塑料壓漿管，沿著該塑料管注漿和二次注漿，該塑料管不能取出，確保施工質(zhì)量。錨固體強度達到設計值70%后方可進行張拉鎖定，鎖定力為錨固力設計值的80%。錨索鎖在2根25b工字鋼上，外加一塊300 mm×300 mm×20 mm鋼墊板。

e.在樁間掛20-22號鐵絲網(wǎng)片，網(wǎng)片與土之間采用φ6.5 U型卡固定，U型卡的間距以能固定網(wǎng)片為原則，網(wǎng)片與樁之間采用116鋼筋固定，間距1 m，在樁體上打孔，深80 mm～100 mm，鋼筋采用植筋法植入樁體內(nèi)，中部采用焊接連接，然后噴射細石混凝土，強度C20，面墻厚度約100 mm。

f.根據(jù)需要增加水平排水孔，間距3 m～4 m，插塑料管，直徑50 mm～100 mm，短排水孔長300 mm～400 mm，長排水孔長3 m～4 m，外包透水土工布，上傾角0°～2°。

g.根據(jù)需要在基坑周邊1 000 mm處用磚砌筑370 mm×300 mm的擋水墻，頂面和側(cè)面抹水泥砂漿，水泥砂漿M5(1∶2.5)，擋水墻上架設護欄?；禹敳孔龊玫孛嬗不ぷ?，確保地面雨水的排放，不倒灌基坑。

其中2—2剖面部位局部基坑平面圖如圖1所示。

監(jiān)測預警值及報警值見表4。

表4 監(jiān)測預警值及報警值

該基坑支護工程，基坑北側(cè)開閉站為3層小樓，長約30 m，寬約6 m，自然地面至樓頂高約8 m，初步設計時，由于甲方未提供開閉站地下室詳細信息，原設置兩道錨索，錨索位于冠梁頂下3.0 m，7.5 m處，后與開閉站進一步協(xié)商了解情況后發(fā)現(xiàn)該地下室深度達7 m。隨后對設計進行調(diào)整，取消第一步錨索。

根據(jù)勘察報告提供的相關土層信息，采用彈性法土壓力模型進行計算。該處水位為13 m，根據(jù)建筑基坑支護技術規(guī)程采用增量法計算內(nèi)力，排樁支護模型如圖2所示。

由此進行三種工況分析：工況1——開挖至-8.5 m；工況2——在-8.0 m處加撐錨桿；工況3——開挖至-11.77 m。其中工況1如圖3所示。由此可見土方開挖-8.5 m時，水平位移小于2—2剖面安全預警值。

3)基坑現(xiàn)場施工過程中，土方開挖至-7 m時，2—2剖面護坡樁發(fā)生較大位移，護坡樁與開閉站附近土方有較明顯裂縫，連梁拐角處出現(xiàn)裂紋。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測點與開閉站之間水平距離局部變化達到20 mm。超過2—2剖面的安全預警值如圖4～圖6所示。

現(xiàn)場對護坡樁位移進行分析，原因大致如下：

a.現(xiàn)場開閉站舊化糞池及兩口污水井位于基坑內(nèi)部偏東側(cè)，從開閉站人員情況了解，在勘察外業(yè)完成后基坑支護施工前的一段時間內(nèi)，該化糞池及污水井均存在滲漏水現(xiàn)象。

b.施工時由于工期緊，護坡樁內(nèi)側(cè)土方開挖施工較快，挖污水井時井內(nèi)部分污水流入附近土壤，導致該區(qū)域后期土壤含水量變大。

c.護坡樁施工完成后幾天內(nèi)降水量較大，部分雨水滯留在護坡樁與開閉站之間的土體內(nèi)。

d.此時位于-8 m位置的預應力錨桿尚未施工，尚未產(chǎn)生預應力，側(cè)向土壓力導致護坡樁及冠梁向基坑內(nèi)側(cè)位移。

綜上所述，由于護坡樁與開閉站之間的土體含水量過大，土體飽和，①層雜填土、②層黏性土的黏聚力和內(nèi)摩擦角均變小，土的抗剪強度及側(cè)摩阻力下降，從而不利于基坑支護中護坡樁的穩(wěn)定。

4 基坑位移處理

監(jiān)測發(fā)現(xiàn)護坡樁與開閉站水平距離不斷變大后，我方組織相關人員進行分析決定采取以下措施，以確保護坡樁不再發(fā)生位移，保證護坡樁的穩(wěn)定[3]，如圖7～圖9所示。

1)土方及時對護坡樁內(nèi)側(cè)進行回填，開閉站兩側(cè)回填至埋深4.5 m處，其余位置回填至-6 m處，將基坑西北角-4 m處能夠施工錨桿的4根錨桿進行施工?；訓|北角-4 m處能夠施工錨桿的3根錨桿進行施工，長度22 m，按照錨索錨固力設計值為390 kN/根進行張拉鎖定。

2)開閉站與護坡樁之間的上部分區(qū)域土方進行卸載，卸載至-2.5 m深處。減少對護坡樁的土方側(cè)壓力。

3)及時對2—2剖面護坡樁樁間插入多個排水管，對該區(qū)域土方進行部分排水。

4)對護坡樁回填的土方進行分段開挖，分段施工，開閉站處分為四段進行開挖和錨桿成孔、注漿、張拉鎖定。以減輕其外側(cè)土壓力。

5)加強對護坡樁和冠梁的位移監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)位移繼續(xù)增大，將進一步采取其他措施以保證開閉站和基坑的安全。

5 處理結(jié)果

本次基坑2—2剖面布設3個監(jiān)測點。在20 d左右進行采取上述處理方案，水平位移逐漸穩(wěn)定，水平位移最高值穩(wěn)定在22 mm左右，水平位移數(shù)據(jù)逐漸趨于穩(wěn)定。監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖10所示。

按照上述處理方案處理完成后，本基坑支護工程2—2剖面護坡樁水平位移不再增加，保持穩(wěn)定，保證基坑支護的安全施工。

6 結(jié)語

1)深基坑支護在設計前，特別是城市建設的深基坑設計，務必要對周邊環(huán)境了解清楚，明確周圍建筑物荷載及位置，明確周邊地下管線、排水溝、污水井的布設情況等等[4]，明確施工部位有無滲水現(xiàn)象，這樣有利于選取安全、經(jīng)濟合理的基坑支護方案，降低設計風險。

2)重視勘察報告，根據(jù)地層情況合理選用參數(shù)對于支護方案的經(jīng)濟性影響很大；同時施工過程中多與現(xiàn)場施工人員溝通，及時了解勘察完成后現(xiàn)場地質(zhì)土層信息及施工狀況的變化，如有較大變化應及時調(diào)整設計方案；在施工過程中采用信息法施工，及時了解和掌握施工過程中動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)問題，應盡快研究相應的對策，確保施工順利進行以及基坑的穩(wěn)定。

3)施工中如出現(xiàn)護坡樁位移等問題時，研究出原因后應在保證安全的前提下制定出盡量經(jīng)濟合理的解決方案，同時應加強施工監(jiān)測，確保護坡樁位移得到控制。