劉一翔

(中鐵十六局集團置業(yè)投資有限公司 北京 101400)

1 引言

對城市非復(fù)雜地質(zhì)條件深基坑支護的設(shè)計施工，大多數(shù)采用單一支護方式。近年來，由于城市房建施工技術(shù)日益成熟，開始從經(jīng)濟和工期角度考慮多種支護方式結(jié)合。樊旭宏以某15 m深基坑為例，通過數(shù)值模擬結(jié)果與分析，得出反壓土和內(nèi)斜撐結(jié)合更有利于節(jié)省工期和造價的結(jié)論[1]。劉曉峰等以湖南某城市廣場2層地下室為例，利用有限元分析，提出樁前預(yù)留土臺結(jié)合支護樁與錨索綜合支護能發(fā)揮良好支護效果[2]。卓志飛等以深圳金融大廈深基坑工程為例，對其綜合支護方式進行比較，分析表明樁基加多種支撐結(jié)構(gòu)有利于安全防護和保護施工環(huán)境[3]。莫莉等以深圳某城市商業(yè)中心深基坑為例，對利用灌注樁加止水帷幕擋水、混凝土支撐加預(yù)應(yīng)力錨索的支護形式進行研究，結(jié)果表明樁撐和樁錨結(jié)合能較好地控制變形，給樁基礎(chǔ)提供施工空間，并可降低工程造價[4]。潘駿等以南京某大學(xué)科研綜合樓為例，通過對在三軸水泥土攪拌樁中插入預(yù)應(yīng)力管樁形成水泥土止水，并由預(yù)應(yīng)力管樁承擔(dān)土體荷載的復(fù)合支護結(jié)構(gòu)的研究，認為PCMW工法多種支護結(jié)構(gòu)的結(jié)合工程總造價低、工期短，對周邊環(huán)境影響小，有利于保護周邊建筑及基礎(chǔ)設(shè)施[5]。

2 工程概況

中國鐵建淮北青秀城，地處安徽省淮北市，氣候類型為淮河流域暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，夏、秋季氣溫高且多雨。項目緊鄰市政道路主干道，占地61 579 m2，總建筑面積169 368 m2。該項目地下室一層、局部二層，基坑開挖深度5.5 m。土層構(gòu)成主要為腐土耕土層(第一層)、黏土層(第二層)、粉黏土層(第三層)。地下車庫利用天然地基承載，持力層為中砂層。根據(jù)區(qū)域水文資料及鄰近工程勘察資料，汛期地下水位埋深為1.5～2.5 m。

3 邊坡?lián)鯄Y(jié)合土釘墻支護措施

施工前通過勘測資料，了解到基坑附近有1條綜合管廊，南側(cè)基坑邊線距離綜合管廊最近點為5 m。而且基坑施工時間為當(dāng)?shù)囟嘤昙竟?jié)，對邊坡支護帶來挑戰(zhàn)。保證周邊結(jié)構(gòu)安全和防止環(huán)境污染成為建筑施工過程必須要面對和解決的問題。

3.1 原設(shè)計存在的問題

原設(shè)計施工邊坡為全土釘墻支護，坡率為1∶0.5；對地下水及地表水無處置措施。土釘采用?18螺紋鋼筋，梅花形布置，每道土釘水平間距與豎向間距均為1.5 m。結(jié)合周邊建筑已施工基坑，部分項目基坑施行全土釘墻支護，經(jīng)考察安全防護的支護強度不夠理想。主要問題在于上層耕土層在雨季吸存水嚴重，地表排水因地形影響，不能迅速排干，在短期內(nèi)未能達到降低土壤含水量的目的。耕土層呈流質(zhì)，排水效果不佳，影響了周邊管廊的干燥需求，對周邊道路造成污染，同時在一定程度上降低了土釘墻的錨固能力，在土坡重力作用下易出現(xiàn)位移和形變問題。同時，有研究表明，非對稱開挖會導(dǎo)致既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生趨向于坑內(nèi)側(cè)的水平位移及向上的豎向位移[6]。為防止上述問題出現(xiàn)，有必要進行設(shè)計及施工優(yōu)化以應(yīng)對單一土釘墻防護中的缺陷。

3.2 施工優(yōu)化措施

(1)地下水處理。合理處理基坑中地下水對安全施工至關(guān)重要[7]。施工前，采用管井圍降方式，將基坑內(nèi)地下水位降至槽底0.5 m以下，以滿足基礎(chǔ)施工要求。對于表層潛水，管井沿基坑內(nèi)側(cè)周邊布設(shè)[8]。針對地下水位較高區(qū)域可采取主體外圍治水方式進行有效控制，預(yù)防地下水滲流，并可通過深層攪拌和壓力注漿等手段，實現(xiàn)地下水的精準控制，以避免深基坑質(zhì)量問題發(fā)生，并且降低安全事故發(fā)生頻率[9]。

(2)針對本項目，使用一種深基坑作業(yè)新型擋護結(jié)構(gòu)——定型邊坡?lián)鯄Γ康脑谟谕ㄟ^批量預(yù)制的成品結(jié)構(gòu)進行非復(fù)雜地質(zhì)層基坑防護。通過支護板和相關(guān)組件對基坑進行支護圍擋，用來防止基坑四周的土方塌方和污水四溢污染(見圖1)。

圖1 定型邊坡?lián)鯄?/p>

定位機構(gòu):定位機構(gòu)包括支撐機構(gòu)和水平推力組件。支撐機構(gòu)連接底座和擋土板，對擋土板進行支撐并且起到調(diào)節(jié)擋土板與底座間夾角的作用；底座側(cè)端面有固定組件，將底座與地面固定連接；水平推力組件與支撐機構(gòu)轉(zhuǎn)動連接，水平推力組件受到支撐機構(gòu)的推力作用后產(chǎn)生水平運動，能夠帶動固定組件豎向運動并通過傳導(dǎo)壓力增加固定組件與地面的連接深度。

分壓機構(gòu):分壓機構(gòu)與擋土板連接，通過增大擋土板重力承載面積，轉(zhuǎn)移擋土板的正面承重力，對擋土板進行分壓。

引流組件:包括引流槽和排水管。引流槽與擋土板固定連接，側(cè)端面相對擋土板側(cè)端面傾斜設(shè)置。側(cè)端面設(shè)置有排水管，排水管與引流槽連通，便于排水引流。

定型邊坡?lián)鯄τ傻鬃ㄟ^固定組件與地面連接。擋土板對土坡進行支護，根據(jù)土坡的斜度與土體壓力大小來調(diào)節(jié)支撐機構(gòu)，可通過改變擋土板與底座間的夾角以提高擋土板的支撐強度。在擋土板承載力大小方面，通過分壓機構(gòu)增大擋土板的重力承載面積，或者將擋土板的正面承重力向其他方向分散，可有效增加擋土板的承載力。當(dāng)擋土板在土坡重力作用下推動水平推力組件水平移動時，水平推力組件受力，傳導(dǎo)至固定組件，固定組件插入地面，傳導(dǎo)至地面。此受力傳導(dǎo)能保證支護結(jié)構(gòu)的安全，增加基坑開挖支護裝置的整體穩(wěn)固。

(3)采用定型邊坡?lián)鯄Y(jié)合土釘墻聯(lián)合支護?；拥赘叨?～2 m范圍內(nèi)采用定型邊坡?lián)鯄χёo。定型邊坡?lián)鯄Πǖ鬃跬涟?、定位機構(gòu)、分壓機構(gòu)和引流組件。場地內(nèi)預(yù)設(shè)預(yù)制組裝車間。定型邊坡?lián)鯄υ诮M裝車間預(yù)制成型并保養(yǎng)，在施工現(xiàn)場做最后拼裝及成型?；由疃? m以上范圍為土釘支護，坡率為1∶0.5，開挖時可有效保持土體強度，減少對土體的擾動[10]。土釘采用?18螺紋鋼筋，按梅花形布置，每道土釘水平間距及豎向間距為1.5 m。共布置3排土釘:第1排土釘長8 m，采用?18@1500鋼筋，在地表之下1.6 m；第2排土釘長7 m，采用?18@1500鋼筋，在地表之下3.3 m；第3排土釘長6 m，采用?18@1500鋼筋，在地表之下4.8 m。上覆鋼筋網(wǎng)片，預(yù)先在預(yù)制場成型，現(xiàn)場每單網(wǎng)片與上片搭接、為下片留茬，搭接長度不小于300 mm，同一平面上的接頭占比不超過50%。鋼筋網(wǎng)片與坡面間用預(yù)制墊塊墊起，使鋼筋網(wǎng)與坡面不產(chǎn)生接觸，保證鋼筋混凝土保護層厚度不小于20 mm。進行噴混凝土作業(yè)時，垂直坡面自下而上進行噴射，噴槍距坡面保持0.6～1.2 m距離(見圖2)[11]。

圖2 邊坡支護布置

依據(jù)?建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程?(JGJ 120—2012)第5.2條，要求單根土釘極限抗拔承載力Rk，j/Nk，j≥1.4(受力簡圖見圖 3)。

圖3 邊坡支護受力簡圖

對于最不利黏土:Rk，j/Nk，j＝ 1.45≥1.4 滿足要求。

4 支護效果監(jiān)測及評價

4.1 監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)場情況，監(jiān)測內(nèi)容為基坑水平及垂直位移監(jiān)測，護坡頂布設(shè)觀測點進行觀測，具體見表1。

表1 監(jiān)測點布設(shè)

4.2 監(jiān)測布點及采集

共布設(shè)77個監(jiān)測點，監(jiān)測點位布置見圖4。

圖4 基坑監(jiān)測點位布設(shè)

在結(jié)束深基坑監(jiān)控數(shù)據(jù)采集之后，對記錄情況實施全面檢查和復(fù)盤，同時結(jié)合深基坑作業(yè)內(nèi)容構(gòu)建閉環(huán)式安全管理平臺[11]。由于基坑開挖深度會直接影響鄰近綜合管廊的變形，因此不定期進行管廊位移監(jiān)測[12]。

4.3 監(jiān)測方法

水平位移控制點采用導(dǎo)線測量法進行觀測，監(jiān)測點采用極坐標法進行觀測，全程使用全站儀進行。豎向位移控制點，采用數(shù)字水準儀按二等水準測量精度進行沉降觀測[13]。

基坑圍護完成時間為07月14日，進場布設(shè)點位和觀測時間為07月15日，共觀測10次。

4.4 支護效果評價

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)結(jié)果，水平位移最大點位為24，偏移量為1.03 mm，變化速率為0.01 mm/d；水平位移最小點位為73，偏移量為0.06 mm，變化速率接近0.00 mm/d。豎向位移最大點位為29，偏移量為8.69 mm，變化速率為0.055 mm/d；豎向位移最小點位為 58點，偏移量為0.52 mm，變化速率為0.008/d，平均偏移量為5.76 mm，沒有超過警戒值。

根據(jù)基坑監(jiān)測點垂直位移和水平位移變化分析可知，在基坑開挖施工過程中基坑邊緣受外界因素影響較小，相對穩(wěn)定，支護方法達到預(yù)期目的；同時，經(jīng)過巡查目測，施工場地?zé)o污水溢流，相鄰管廊及道路無地表存水，水土保持及環(huán)境保護達到預(yù)期目的。

5 結(jié)論

(1)使用土釘墻結(jié)合定型邊坡?lián)鯄Φ闹ёo方式，在表層水豐富、土質(zhì)疏松、施工干擾大的城市狹小施工環(huán)境中進行深基坑支護，利用支撐體系與導(dǎo)流排水體系相結(jié)合，降低了對土體干擾，并有效排空地面積水，在鄰近建筑物未采取其他防護措施的情況下保證了既有管廊干燥及不產(chǎn)生偏移。

(2)定型邊坡?lián)鯄Σ捎眉蓄A(yù)制組裝的形式，以半成品形態(tài)運抵現(xiàn)場拼裝成型，有利于節(jié)省施工時間，更有利于控制施工精度、節(jié)約工程造價。支護結(jié)構(gòu)的批量成品化可為施工提供更多便利條件。

(3)以新型技術(shù)、設(shè)備為主要手段，支護受力結(jié)構(gòu)兼顧地表有組織排水，有利于深化現(xiàn)場施工質(zhì)量，可獲得理想的深基坑作業(yè)環(huán)境。