某大型工程基坑支护设计

　　摘要：根据某大型工程的地质以及水文地质特点，对基坑工程的支护结构进行了设计，指出了适用于该工程地质特点的基坑设计以及监测方案，进而给出了该基坑的施工步骤和施工要点，并采用理正三维深基坑软件验证了基坑的稳定性。
　　关键词：基坑设计；地质条件；基坑监测
　　1 工程概况
　　本工程的主体建筑为框架剪力墙结构，设有一层地下室，本次设计共包括2个基坑，基坑开挖深度约4.50m。场地大部区域已基本填土整平，场地内大部分区域内未发现影响建筑物设计、施工的地下管线，仅在场地A1-A2基坑南面靠近博爱路地段分布有市政管线，与基坑的距离较远（超过30m）。
　　2 工程地质及水文地质特征
　　2.1工程地质特征
　　拟建场地位于某冲积平原，微地貌单元为剥蚀残丘及间洼地。本期场地勘察区域中大部区域已基本填土整平，地面标高介于3.99～4.81m。于E3、E4、C3、C4、住宅楼建设场地尚未开挖整平，地面标高介于5.18～24.10m。场地内岩土层主要包括：人工填土层（Qml）、海陆交互相沉积层（Qmc）(包含粘土、淤泥、淤泥质粗砂、粉质粘土)、冲洪积层（Qal＋pl）（包含粉砂、粗砂）、残积层（Qel）（包含砂质粘性土）、基岩风化层带（r52（3））。另外，该场地下状基岩为燕山期侵入的花岗岩体。
　　2.2水文地质特征
　　本场地中部有三个鱼塘，一条小沟渠沿场地中央及北侧通过，沟内常年流水，水量不大。场地地基土中粘土、淤泥、粉砂、粉质粘土、残积砂质粘性土、全风化岩、微风化岩均为弱透水性，淤泥质粗砂、强、中风化岩为中等透水层，冲洪积粗砂为强透水层。场地地下水类型主要为空隙型潜水及基岩裂隙水，按其性质及赋存方式不同可分为第四系孔隙水含水层和基岩风化裂隙水含水层。勘察期间在B区测得场地地下水埋藏较浅，介于0.00～1.70m之间，在ZK7、在ZK94、在ZK144、在ZK146孔位置终孔后有承压水涌出地表现象。根据《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）有关标准：判定场地地表水、地下水对砼结构无腐蚀性，对钢筋砼结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
　　3 基坑设计
　　3.1基坑设计参数
　　
　　表1基坑支护岩土设计参数

　　（1）基坑支护设计原则：
　　1、基坑侧壁安全等级为二级，其基坑侧壁重要性系数γ0=1.0；
　　2、基坑支护结构平面布置应满足地下室基础及外墙尺寸、规范允许变形、施工误差及施工作业面要求；
　　3、基坑侧壁整体稳定安全系数要求不小于1.30；
　　4、施工阶段基坑最大变形控制在30mm以内。
　　（2）支护设计方案：综合考虑基坑的开挖深度、场地地形地质情况和周边环境等情况,本基坑主要采用水泥搅拌桩+微型钢管灌注桩+喷锚支护型式。
　　3.3基坑三维计算
　　采用理正深基坑软件FSPW-4.2进行基坑三维计算，根据计算结果，A1-A2基坑整体稳定安全系数为1.429，E3-C3-E4-C4基坑整体稳定安全系数为1.304，设计方案可以满足要求。在第4步开挖结束后得到的位移全部小于规范要求2.5%H，可以认为基坑设计是安全可靠的。其中E3-C3-E4-C4基坑计算到支护长度如支护断面图所示。
　　
　　图l支护桩支护剖面示意图
　　4 施工要点及主要技术措施
　　施工应根据本工程特点，工程及水文地质条件，环境情况及工期要求，在确保安全经济的前提下，编制科学、合理的施工组织设计。应充分利用现场监控量信息指导施工，严格施工程序，不得任意省略。
　　4.1总体施工要求
　　1、支护结构施工前，应再次仔细查明场地周边管线和建筑物情况，进行记录和拍照。
　　2、施工过程必须做好坡顶截水和坑内排水措施，基坑开挖至设计标高后及时浇筑垫层砼。
　　3、基坑坡顶2m范围内禁止堆载；坡顶2m以外地面荷载q≤15kPa。
　　4、材料的材质及强度要求：（1）混凝土强度等级：①坡面喷射砼：C20；②其它砼：C30；一般情况下，主筋砼保护层厚度20；（2）钢筋：直径d＜12mm的采用HPB235钢筋（φ），直径d≥12mm的采用HRB335钢筋（φ），材质应符合现行国家标准规定；（3）水泥:采用32.5R普硅酸盐水泥。
　　4.2搅拌桩和微型钢管灌注桩的施工要点
　　（1）搅拌桩为φ500@350，采用32.5R普通硅酸盐水泥，水灰比0.5～0.55，水泥掺入量15%。（2）搅拌桩要求达到设计深度或搅拌桩机搅不动为止。桩位偏差不得超过50mm，搅拌桩的垂直度偏差不得超过1%。必须保证桩与桩之间的搭接质量，相邻桩施工间歇时间不应超过24h，否则采用加桩或注浆处理。（3）对于局部搅拌桩无法施工或因地质等原因施工质量无法满足设计要求的位置，可以采用同直径同间距的旋喷桩进行代替或加固处理。（4）微型钢管灌注桩成孔直径为150，桩位偏差不得超过25mm，垂直度偏差不得超过1％。（5）钢管采用直径φ114，壁厚δ为3.0的焊接钢管，焊接位置的强度不得小于钢管自身强度。（6）微型钢管灌注桩的注浆体采用M20水泥砂浆或纯水泥浆，注浆前必须进行清孔。（7）为保证搅拌桩的整体性，在桩顶设置厚200的钢筋砼板，板内纵筋与钢管桩的钢管焊接.(8)必须在搅拌桩桩身单轴无侧向抗压强度不小于0.40MPa和微型钢管灌注桩注浆体单轴无侧向抗压强度不小于15MPa后方可进行土方开挖。(9)在A1-A2基坑的坑内设置6个φ800降水井，降水井深度要求穿透砂层，在搅拌桩施工完成，土方开挖前进行降水试验，降水期间，同时对基坑内外水位变化情况进行监测，以检验搅拌桩止水帷幕的止水效果，需在基坑止水效果满足要求后方可进行土方开挖，否则需进行处理。
　　4.3喷锚的施工要点
　　施工方法：边坡开挖→初喷→施工注浆花管→注浆→网筋加强筋制作→复喷。
　　1、挖土的注意事项：（1）上层喷射混凝土面层达到设计强度的70%后，方可开挖下层土方及下层土钉施工。（2）基坑开挖应自上而下进行，每层土钉为一个开挖层，每层开挖深度应在该层土钉下0.3m范围内,及时支护、严禁超挖。（3）基坑开挖必须采用分段开挖,分段开挖长度不得超过15m。
　　2、喷射混凝土的注意事项：（1）喷射混凝土作业应分段分片依次进行，同一分段内喷射顺序应自下而上。（2）喷射时，喷头应尽量与受喷面垂直，距离宜为0.6～1.2m。（3）在土钉部位，应先喷土钉下方，再喷土钉上方。（4）喷射时应控制好水灰比，保持混凝土表面平整、湿润光泽。
　　3、钢筋网铺设的注意事项：（1）钢筋网应与土钉和其它锚固装置连接牢固，喷射混凝土时钢筋网不得晃动。（2）钢筋网应在土钉及预应力土钉安放后铺设，钢筋与坡面的间隙不宜小于20mm。
　　4、注浆花管施工的注意事项：（1）注浆花管采用φ48δ3.0焊接钢管，采用击入式施工。钢管接长采用25cm的3φ16双面绑焊。（2）钢管入土端(1/3～1/2)花管长度范围内设注浆孔，倒刺全长设置，若不返浆则水泥用量不小于20kg/m。（3）钢管端部的螺丝接头为可选项，也可不设螺丝接头而采用焊接接头。
　　4.4基坑开挖
　　由于场地地质条件差,施工期间基坑维护止水，确保基坑的稳定至关重要。(1)基坑降排水，为了确保基坑稳定，便于基坑开挖和主体机构的浇筑，应认真作好基坑内地下水和施工废水的降排水工作。根据实际情况在基坑内设置降水井点或排水沟，集水井，要求主体结构施工中地下水位降至基底下1.0~2.0m。（2）基坑开挖引起流砂、涌土或坑底隆起失稳时，应立即停止基坑内降水或挖土，进行堆料反压，周围环境允许时，也可配合坑外降水。(3)基坑开挖应注意基坑纵向的边坡稳定，必要时可采取跳槽方式进行。(4)基坑开挖和主体结构施工期间，应按设计要求控制基坑周围一定范围内的施工安全。(5)施工期间基坑周围地表沉降应控制在30mm以内。
　　5 基坑监测
　　根据本工程的特点和周围环境的情况以及基坑规范要求，本工程需对支护结构深层侧向位移（测斜）、基坑顶沉降和位移、基坑周边地面和管线沉降、地下水位等进行监测。本基坑采用动态设计、信息化施工原则，基坑施工过程中，必须委托有资质的第三方单位进行严密监测，监测结果必须及时反馈，根据对信息的分析，对基坑工程围护结构体系变形及稳定性加以评价，并预测进一步挖土施工后导致的变形与稳定状态的发展，以制定进一步施工策略，实现信息化施工。
　　本工程采取监测频率为：各项目在基坑开挖前测初值；在开挖急剧卸载阶段，测量间隔不大于3天；一般情况下5～10天测量1次；主体结构施工期间10～20天测量1次。当变形超过有关标准或场地条件变化较大时，应加密观测；当大雨、暴雨或基坑边载条件改变时应及时监测；当有危险事故征兆时，应连续观测。监测预警值为（1）深层侧向位移：最大值取50mm，预警值35mm，每天发展不超过5mm；（2）基坑顶沉降和位移：最大值取50mm，预警值35mm，每天发展不超过5mm；（3）基坑周边地面沉降：最大值取40mm，预警值30mm，每天发展不超过4mm。
　　参考文献：
　　[1]安关峰，殷坤龙，唐辉明．广州地铁新南站基坑支护设计[J]．地下空间，2003，23（3）：265～267
　　[2]宋德宏．广州珠江新城特大基坑设计与施工技术研究[D]．安徽：安徽理工大学，2006
　　[3]曹洪，熊丽珍，陆培炎，等．大体积混凝土施工控制措施[J]．广东水利水电，2007，（1）：25～30     发表论文网