深基坑分級(jí)聯(lián)合支護(hù)新技術(shù)

1武漢傳統(tǒng)雙閉環(huán)支撐結(jié)構(gòu)體系在城市軟土地區(qū)挖掘深孔，面臨著確保設(shè)計(jì)安全、控制地下環(huán)境變形和方便工程施工的問題。本文作者在武漢深厚軟土地區(qū)一個(gè)深基坑工程實(shí)踐中,設(shè)計(jì)采用了雙圓環(huán)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)受力均勻、穩(wěn)定可靠,內(nèi)部敞開的空間大大方便了基坑開挖和施工作業(yè),通過分級(jí)支護(hù),即對(duì)基坑上部邊坡土體削坡減載噴錨支護(hù),以降低傳遞到下部支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)土壓力,這樣下部雙圓環(huán)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)可減為一層,大大地降低了工程造價(jià),縮短了工期。2混凝土船岸結(jié)構(gòu)武漢中僑觀邸住宅樓場地位于漢口中心地帶,主要由2棟31層的住宅樓組成,設(shè)2層連通的地下室,采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。地下室平面尺寸約為58m×125m。鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)標(biāo)高為-7.6m、厚度為1.0m(主樓段底板厚度為2.8m),從場外地面起算基坑開挖深度為8.0m～10.0m,其中主樓部分開挖深度為10.0m,局部達(dá)13m。本工程施工場地狹窄,基坑?xùn)|、西兩側(cè)坡頂圍墻外3m～4m遠(yuǎn)處分別有5棟7層～8層磚混結(jié)構(gòu)住宅樓(夯擴(kuò)樁基礎(chǔ));南邊緊鄰交通要道臺(tái)北一路;北側(cè)坡頂密集分布著數(shù)棟低層民宅,結(jié)構(gòu)差且直接坐落在松散的雜填土上,對(duì)變形非常敏感,平面圖見圖1。3地下水賦存特征擬建場地原始地貌單元屬長江一級(jí)階地,地層具有明顯的二元結(jié)構(gòu)特征。主要地層及與基坑設(shè)計(jì)有關(guān)的力學(xué)參數(shù)見表1。該場地內(nèi)地下水為上層滯水和承壓水兩種。其中上層滯水賦存于近地表的雜填土中,主要補(bǔ)給來源為大氣降水、生活用水等;孔隙承壓水主要賦存于粉土、粉細(xì)砂、卵礫石層中,與長江水體存在水力聯(lián)系,并相互補(bǔ)給,水位隨季節(jié)變化幅度較大。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料,該地段承壓水水頭年變化幅度約為3m～5m?？碧狡陂g測得穩(wěn)定混合水位標(biāo)高約為19.71m(地表下1m～2m)。4基礎(chǔ)防護(hù)設(shè)計(jì)4.1基坑支護(hù)參數(shù)基坑擬開挖深度深,周邊環(huán)境非常復(fù)雜,場地地層條件差。根據(jù)本工程的巖土工程條件和基坑特點(diǎn),從安全、經(jīng)濟(jì)等方面綜合考慮,確定采用鉆孔灌注樁排+內(nèi)支撐支護(hù)方案。由于本工程地下室邊線與紅線距離不足5m,用地緊張;基坑開挖面積大,在平面上呈不規(guī)則長梯形;且場地除南側(cè)臺(tái)北一路外其他各側(cè)均為已有居民區(qū),施工通道僅為南側(cè)的臺(tái)北一路,因此如果采用常規(guī)的內(nèi)支撐支護(hù)型式,勢必使基坑土方挖運(yùn)十分困難。故選擇采用雙環(huán)梁支撐型式,在基坑中部雙環(huán)中間設(shè)置2道對(duì)頂斜撐,并分別與兩環(huán)相切;在內(nèi)環(huán)梁和外邊梁(圍檁)之間設(shè)置放射狀聯(lián)系梁,與環(huán)梁、邊梁形成穩(wěn)定的桁架結(jié)構(gòu)(見圖1)。為了施工和拆除方便及經(jīng)濟(jì)起見,支撐構(gòu)件均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?；拥撞砍袎核幚聿捎每觾?nèi)中深井降水,共設(shè)計(jì)11口降水井,單井出水量80t/h?？颖谏蠈訙捎脝闻咆Q向粉噴樁防滲墻止水。4.2噴錨支護(hù)樁設(shè)計(jì)計(jì)算模型按平面受力分析,支撐和圈梁簡化為平面封閉框架,按分層開挖計(jì)算得到的彈性反力,作為該平面框架周邊作用的均布荷載。(1)為減少支撐體系的層數(shù),降低土方挖運(yùn)的難度,可充分利用本場地上部粘土層強(qiáng)度較高的特點(diǎn),將基坑上部3.5m土體削坡卸載,采用噴錨支護(hù)。(2)支護(hù)樁采用鉆孔灌注樁,根據(jù)開挖深度、地質(zhì)條件的不同,樁直徑分別取800mm、900mm、1000mm,樁身混凝土強(qiáng)度為C25,樁間距為1200mm,樁長13.5m～20m,總樁數(shù)為289根。(3)雙環(huán)直徑為北環(huán)52m、南環(huán)57m。支撐體系有五種規(guī)格斷面:圍檁1100mm×800mm、環(huán)梁1200mm×800mm、對(duì)頂撐800mm×800mm、斜撐600mm×700mm、聯(lián)系梁600mm×600mm。設(shè)計(jì)和施工時(shí)均應(yīng)確保各支撐梁中心截面在相同的水平標(biāo)高上。支撐系統(tǒng)平面布置見圖1。(4)為了承受支撐的自重及施工誤差引起的偏心彎矩和減少支撐的長細(xì)比,在支撐中部設(shè)立了32個(gè)立柱。立柱間支撐梁最大跨度為14m。立柱樁直徑為800mm,長度為16m。5厚土層地基降水井施工(1)基坑開挖前,施工支護(hù)樁、立柱樁、粉噴樁以及降水系統(tǒng);(2)開挖上部3.5m厚土層,并施工噴錨網(wǎng)和支撐系統(tǒng);(3)在支撐系統(tǒng)混凝土齡期達(dá)到后,分層對(duì)稱開挖支撐下部土方。在基坑開挖至7m深后分批啟動(dòng)降水井;(4)基礎(chǔ)底板混凝土澆筑完畢后,在底板周邊采用C10素混凝土進(jìn)行回填。待底板及回填混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后即拆除支撐桿件。6基站監(jiān)控6.1基坑周邊變形該階段從基坑開挖并挖到3.5m、邊坡采用噴錨網(wǎng)支護(hù)、圍檁開挖直至支撐系統(tǒng)施工完畢。監(jiān)測成果如下:(1)基坑周邊變形一般小于10mm,最大為32mm。2004年2月2日基坑坡頂水平位移曲線如圖2所示。(2)在上部土方開挖過程中,基坑周邊即發(fā)生了明顯的沉降,一般為18mm～32mm,最大沉降位于北側(cè)新建4層民房處,達(dá)41mm。6.2支護(hù)樁樁身位移該階段自支撐系統(tǒng)投入使用,開始開挖內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)以下土方直至基坑回填。監(jiān)測結(jié)果表明,盡管本階段開挖深、歷時(shí)長,但基坑變形明顯小于前期的噴錨網(wǎng)支護(hù)階段。(1)由于先支撐后開挖,樁頂位移得到了很好的控制,最大位移為11mm。支護(hù)樁樁身位移呈弧形,最大位移在樁頂下5m～7m,最大位移量26mm(圖3)。(2)根據(jù)測斜孔監(jiān)測結(jié)果,支撐圍檁變形最大處位于東側(cè)南端(大圓環(huán)中部),為11mm。一般地段均小于5mm,支撐系統(tǒng)整體變形很小。(3)支撐梁在基坑開挖后均出現(xiàn)上拱現(xiàn)象,最大上拱高度近10mm。這說明整個(gè)支撐體系基本上呈受壓狀態(tài),立柱呈受拉狀態(tài)。(4)基坑周邊坡頂水平位移15mm～34mm,最大為40mm。在基坑土方開挖過程中,水平位移速率均小于1mm/d;土方開挖完畢,基坑運(yùn)行期間水平位移速率小于0.2mm/d,并趨于穩(wěn)定。(5)在基坑降水開始階段北側(cè)沉降速率一般為0.5mm/d,最大曾達(dá)3mm/d,以后沉降速率明顯減小,并趨于穩(wěn)定。6.3樁頂支撐梁驗(yàn)算實(shí)際監(jiān)測結(jié)果與計(jì)算結(jié)果略有差異,主要表現(xiàn)在:(1)支護(hù)樁的最大變形值位置,計(jì)算結(jié)果是在樁頂下2m左右,而實(shí)際位于樁頂下5m～7m處。(2)支撐梁的計(jì)算最大變形位于環(huán)梁與圍檁交接處,大于20mm,實(shí)際支撐梁最大位移僅11mm,且不在交接處。環(huán)梁與圍檁交接處位移值僅3mm～5mm。(3)整個(gè)支撐系統(tǒng)在基坑開挖后有上拱趨勢,立柱所受支撐力和自重的合力是向上的上拔力而非壓力。因此,在立柱設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮抗拔問題。7雙環(huán)結(jié)構(gòu)支護(hù)施工前景該工程在湖北省暨武漢市首次采用了雙環(huán)梁內(nèi)支撐支護(hù)體系,運(yùn)行情況及監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,該體系具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢:(1)安全可靠;(2)位移控制理想;(3)施工作業(yè)空間寬敞;(