唐志豪TANG Zhi-hao

（中鐵建大灣區(qū)建設(shè)有限公司，廣州 510000）

0 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化加速推進(jìn)，城市向周邊擴(kuò)展，為了充分利用空間，新建建筑向地下要空間。因建筑設(shè)計(jì)技術(shù)的提高及用地緊張的原因，常需在工程地質(zhì)條件差和建設(shè)環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域修筑建（構(gòu)）筑物，基坑也向著超大面積、超深方向發(fā)展。故建設(shè)地下交通樞紐、地下室、地下停車(chē)場(chǎng)及大型地下防空等設(shè)施時(shí)，均需解決深大基坑項(xiàng)目防護(hù)的工程問(wèn)題。而排樁+預(yù)應(yīng)力錨索基坑支護(hù)技術(shù)具有安全穩(wěn)定好、承載能力強(qiáng)、施工變形小、施工快速及造價(jià)低等特點(diǎn)，在超深基坑支護(hù)工程得到良好的運(yùn)用。

1 工程概況

清華珠三角研究院粵港澳大灣區(qū)創(chuàng)新基地工程由1號(hào)樓的三棟塔樓和2號(hào)樓組成。1-1#棟主樓為超高層辦公樓，建筑層數(shù)32層，建筑總高度達(dá)141.3m。1-2#棟、1-3#棟副樓為12層辦公樓，建筑總高度為55.8m。2#樓為2層辦公樓，建筑高度為12m。設(shè)3層地下室，層高分為5.9m、5.6m、4m。

3層地下室為深基坑施工，最大開(kāi)挖深度達(dá)16m，且地質(zhì)條件差，周邊建（構(gòu)）筑物復(fù)雜。為確保地下室施工過(guò)程的安全，基坑支護(hù)尤為重要?；又ёo(hù)的安全有效為本項(xiàng)目施工的最大難題及關(guān)鍵點(diǎn)。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

本場(chǎng)區(qū)地質(zhì)情況按由上至下順序描述如下：

<1>雜填土：主要粉質(zhì)粘土構(gòu)成，局部含少量砼碴塊，均勻性一般，含硬雜質(zhì)約1%～5%。層厚0.50m～3.00m，平均層厚1.51m。<2>粉質(zhì)粘土：土質(zhì)較均勻，局部具砂感。層厚1.20m～8.80m，平均層厚5.40m。<3>粉質(zhì)粘土：土質(zhì)較均勻，含少量砂礫。層厚1.00m～13.00m，平均層厚5.63m。<4>砂質(zhì)粘性土：花崗巖風(fēng)化殘積形成，含石英顆粒，遇水易軟化崩解。層厚1.80m～16.00m，平均層厚7.21m。<5-1>全-強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：該層花崗巖劇烈風(fēng)化，為極軟巖，遇水后軟化、崩解。層厚3.00m～21.00m，平均層厚11.09m。<5-2>中風(fēng)化花崗巖：節(jié)理裂隙較發(fā)育的塊狀構(gòu)造。屬軟巖～較軟巖。層厚0.50m～17.80m，平均層厚6.93m。<5-3>微風(fēng)化花崗巖：節(jié)理裂隙稍發(fā)育，巖芯較完整。該層屬較硬巖，巖體較完整。層厚0.50m～10.50m，平均層厚2.72m。

地下水不豐富。

3 基坑降水及圍護(hù)方案

3.1 基坑圍護(hù)方案比選

按施工總進(jìn)度計(jì)劃安排，基坑全部土方開(kāi)挖及支護(hù)要求在較短時(shí)間內(nèi)施工完畢，工期非常緊張。本工程基坑為深基坑，場(chǎng)區(qū)內(nèi)土質(zhì)軟弱，自穩(wěn)能力差，周邊環(huán)境復(fù)雜，有建（構(gòu)）筑物較多，需設(shè)計(jì)安全穩(wěn)固的基坑支護(hù)方案。參考工程場(chǎng)區(qū)的地質(zhì)及水文特點(diǎn)，結(jié)合周邊建（構(gòu)）筑物分布情況，本工程基坑不具備放坡開(kāi)挖條件。初擬了基本適用的幾種支護(hù)方案進(jìn)行技術(shù)比選如表1所示。

表1支護(hù)方案比選表

故，經(jīng)比選，排樁+預(yù)應(yīng)力錨索的基坑支護(hù)形式為最優(yōu)方案。

3.2 平面設(shè)計(jì)

基坑支護(hù)樁采用成樁直徑1.0m（或1.2m），樁中心距為1.5m（或2.0m）旋挖成孔灌注樁及沖孔灌注樁（樁體嵌入微風(fēng)化花崗巖的深度根據(jù)各區(qū)段情況，受力驗(yàn)算后決定，樁長(zhǎng)16m～25m不等），樁身砼強(qiáng)度為C30，樁身配筋為21根Φ25，箍筋為φ8@200mm。樁頂設(shè)置1.2×0.6m（或1.5×0.8m）封閉圈梁，錨索處設(shè)腰梁，樁頂冠梁和腰梁砼強(qiáng)度為C30。配筋為16根φ16。

預(yù)應(yīng)力錨索索體采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線(xiàn)，鋼絞線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa。錨索規(guī)格根據(jù)驗(yàn)算及優(yōu)化結(jié)果，采用3×7φ5～6×7φ5預(yù)應(yīng)力錨索。

樁間設(shè)土釘墻，其關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)為：①土釘孔徑采用φ11cm；②土釘孔深度按2.0m；③梅花形布設(shè)土釘孔（水平間距按200cm，豎向間距按120cm）；④Φ22鋼筋（HRB335級(jí)熱軋帶肋）作錨桿；⑤網(wǎng)片采用φ6.5鋼筋按25cm×25cm的間距制作，噴射厚10cm的C20砼。（圖1）

圖1 地塊支護(hù)設(shè)計(jì)總平面圖

根據(jù)深度的不同，在冠梁至基坑底間在支護(hù)樁上設(shè)置2～4道錨索腰梁，腰梁尺寸為640×467。基坑最深處設(shè)計(jì)了4道錨索，其標(biāo)準(zhǔn)剖面設(shè)計(jì)如圖2。

圖2 基坑最深處支護(hù)剖面設(shè)計(jì)圖

3.3 基坑地下水降排水方案

為保證基坑開(kāi)挖過(guò)程中保持無(wú)地下水上涌，需持續(xù)保持降排水工作。先開(kāi)挖坑中坑集水井，開(kāi)挖至設(shè)計(jì)基底-1.0m位置，安裝抽水泵對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行抽水作業(yè)，保證水位始終位于設(shè)計(jì)基底以下0.5m位置。

4 基坑支護(hù)受力檢算

由本項(xiàng)目基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可知，基坑側(cè)壁土體及基坑頂部其它荷載是由孔樁及預(yù)應(yīng)力錨索承受，故支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于孔樁及預(yù)應(yīng)力錨索的承載能力需滿(mǎn)足施工要求，從而確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載安全。檢算按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，內(nèi)力計(jì)算采用增量法，支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.10，以下以最大基坑深16m，孔樁1.2m，設(shè)4道錨索段的支護(hù)為例說(shuō)明承載檢算方法如下。（表2）

計(jì)算所用參數(shù)經(jīng)按各土層進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算后，采用綜合參數(shù)為φ=26°，c=16kPa，γ=19.3kN/m3。被動(dòng)土壓力計(jì)算時(shí)取樁與土間摩擦角δ=2/3×φ=17.3°。

根據(jù)開(kāi)挖的實(shí)際施工進(jìn)程和承載情況，分成5個(gè)工況進(jìn)行驗(yàn)算，并按逐層開(kāi)挖支撐支承力不變的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。

①工況1。

開(kāi)挖基坑第一步為至B點(diǎn)（第1道錨索）以下50cm，然后施做第1道錨索，此時(shí)應(yīng)計(jì)算孔樁承受的最大彎矩（第1道錨索施做前）。

孔樁間距為2m。有M1=27.3×2=54.6kN·m。

②工況2。

分層挖土至第2道錨索（C點(diǎn)）以下50cm，尚未施做第2道錨索時(shí)，由第1道錨索及孔樁承載，計(jì)算孔樁承受的最大彎矩及錨索（第1道錨索）水平拉力RB。此階段計(jì)算圖示如圖3所示。

圖3 計(jì)算簡(jiǎn)圖

計(jì)算得M2=865.2kN·m，RB=270.6kN。

③工況3。

同樣方法計(jì)算孔樁承受的最大彎矩及錨索（第2道錨索）水平拉力RC。

計(jì)算得M3=1058.5kN·m，RC=364.0kN。

④工況4。

同樣方法計(jì)算孔樁承受的最大彎矩及錨索（第3道錨索）水平拉力RD。

計(jì)算得M4=969.4kN·m，RD=526.7kN。

⑤工況5。

同樣方法計(jì)算孔樁承受的最大彎矩及錨索（第4道錨索）水平拉力RE。

計(jì)算得M5=948.1kN·m，RE=635.2kN。

4.1 樁體抗彎強(qiáng)度校核計(jì)算

砼抗彎強(qiáng)度f(wàn)c按14.3N/mm2，鋼筋抗拉強(qiáng)度f(wàn)y按310N/mm2，防護(hù)樁樁徑=1.20m，樁身豎向主筋Φ25mm螺紋鋼21根，主筋中心形成的圓的半徑rs=560mm。樁身承載砼面積A=1.13×106mm2，螺紋鋼的截面積總和AS=10303.13mm2。受拉鋼筋混凝土的相對(duì)面積為：at=1.25-2a=1.25-2×0.44=0.37

樁的極限抗彎彎矩按下式計(jì)算：

由上述計(jì)算可知，樁身抗彎能力滿(mǎn)足施工要求。

4.2 整體穩(wěn)定驗(yàn)算

①整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。

計(jì)算采用瑞典條分法，應(yīng)力狀態(tài)按有效應(yīng)力法。

計(jì)算得整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.522＞1.35，滿(mǎn)足要求。②抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。

抗傾覆（踢腳破壞）穩(wěn)定性驗(yàn)算分不同工況按下式進(jìn)行。

式中：∑MEp—被動(dòng)區(qū)抵抗傾覆的力矩總和（kN·m/m）；MEa—主動(dòng)區(qū)傾覆的力矩總和（kN·m/m）；Kt—抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)。

工況1：此工況不進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。

工況2：Kt=2.385≥1.250。

工況3：Kt=1.802≥1.250。

工況4：Kt=1.886≥1.250。

工況5：Kt=1.323≥1.250。

工況5時(shí)，安全系數(shù)值為最小Kt=1.323≥1.250，滿(mǎn)足要求。

③抗隆起驗(yàn)算。因本項(xiàng)目基坑底為微風(fēng)化花崗巖，不存在基底隆起的可能性，故不需進(jìn)行抗隆起驗(yàn)算。

5 變形監(jiān)測(cè)

鑒于本項(xiàng)目工程地質(zhì)的復(fù)雜性和基坑安全支護(hù)的重要性，基坑支護(hù)采取信息化施工，在開(kāi)始開(kāi)挖基坑至基坑回填完成的期間對(duì)基坑進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理和及時(shí)反饋分析結(jié)果，以隨時(shí)掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊建（構(gòu)）筑物的沉降、變形狀況，對(duì)支護(hù)穩(wěn)定狀況實(shí)施分析，有異常情況出現(xiàn)及時(shí)處理、解決，確保地下結(jié)構(gòu)施工安全和周邊建筑物的安全。

5.1 觀測(cè)項(xiàng)目的設(shè)定及觀測(cè)辦法

結(jié)合基坑的設(shè)計(jì)及周邊實(shí)際情況，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的豎向、水平位移，周邊建（構(gòu)）筑物、地下管線(xiàn)變形實(shí)施監(jiān)測(cè)。觀測(cè)點(diǎn)沿基坑周邊的布設(shè)間距20～30m，每側(cè)基坑選6根支護(hù)樁進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，在樁上設(shè)豎向、水平位移觀測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)基點(diǎn)在穩(wěn)定的遠(yuǎn)離（距基坑邊緣大于開(kāi)挖深度3倍）基坑處設(shè)置，采用全站儀量測(cè)水平位移，自動(dòng)安平精密水準(zhǔn)儀量測(cè)沉降，全站儀觀測(cè)水平位移值。觀測(cè)頻率為2次/天，當(dāng)數(shù)值突變或有其它異常情況時(shí)，根據(jù)需要提高觀測(cè)頻率。

5.2 監(jiān)測(cè)控制基準(zhǔn)、警戒值

監(jiān)測(cè)控制基準(zhǔn)、警戒值是判斷、分析沉降和變形情況的標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)以對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及建筑物安全狀況實(shí)施評(píng)估。確認(rèn)支護(hù)參數(shù)或施工工藝的合理性。故，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均需有明確的警戒值、警戒點(diǎn)是至關(guān)重要的。根據(jù)本基坑的實(shí)際情況、規(guī)范要求，結(jié)合設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)，確定位移及變形警戒值、警戒點(diǎn)如下：①警戒點(diǎn)：警戒點(diǎn)為S-T曲線(xiàn)上的突變點(diǎn)，如有警戒點(diǎn)產(chǎn)生，則立即分析信息并反饋。②警戒值：支護(hù)樁等結(jié)構(gòu)的水平及豎向變形、沉降警戒值為30mm。

5.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理及信息反饋

按批準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)方案，專(zhuān)業(yè)小組嚴(yán)格進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)繪制位移S-T曲線(xiàn)、位移變化速率趨勢(shì)圖、加速度變化趨勢(shì)圖。對(duì)數(shù)據(jù)采取曲線(xiàn)回歸分析，以理論計(jì)算變形、位移的終值。并將結(jié)果及時(shí)向施工方反饋。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變形、位移量超過(guò)警戒值，或是產(chǎn)生警戒點(diǎn)時(shí)，進(jìn)行原因分析，采用有效解決和補(bǔ)救措施。必要時(shí)，對(duì)支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整及修改。

5.4 測(cè)試結(jié)果及分析

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知道，樁頂位移及沉降值增速最大時(shí)段為基坑開(kāi)挖深度處于3～5m范圍時(shí)，而在基坑開(kāi)挖深度超5m后，各觀測(cè)數(shù)據(jù)的增速逐漸減緩，完成基坑開(kāi)挖后，監(jiān)測(cè)所得數(shù)值基本為最高值。監(jiān)測(cè)出現(xiàn)支護(hù)樁最大位移值為13.6mm，為E-3樁（東側(cè)基坑第3根觀測(cè)樁）。支護(hù)樁最大沉降值為8.2mm，為N-5樁（東側(cè)基坑第5根觀測(cè)樁）。周邊建筑物監(jiān)測(cè)所得最大沉降值為4.6mm。在監(jiān)測(cè)期間，沒(méi)有出現(xiàn)超警戒值，或是出現(xiàn)警戒點(diǎn)的現(xiàn)象，證明本基坑所采用支護(hù)結(jié)構(gòu)是安全可行的。

6 結(jié)束語(yǔ)

排樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)是將安全穩(wěn)固的灌注排樁與具有強(qiáng)大拉力預(yù)應(yīng)力錨索強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合的基坑及邊坡支護(hù)綜合技術(shù)，它為超靜定結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定性好，變形控制能力強(qiáng)，安全性能高。且施工造價(jià)低、技術(shù)成熟、施工速度快，對(duì)于復(fù)雜條件下深基坑支護(hù)而言，無(wú)疑是最佳技術(shù)方案之一。