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摘要：加筋水泥土墻復(fù)合土釘支護(hù)是剛剛在武漢地區(qū)出現(xiàn)的一種基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，其加筋水泥土性狀及插筋工藝均沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)，通過武漢市福星城市花園深基坑工程的基坑設(shè)計(jì)與施工實(shí)例，介紹這一支護(hù)形式的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：支護(hù)設(shè)計(jì)；加筋水泥土；復(fù)合土釘支護(hù)；振動插筋；降水設(shè)計(jì)；疏干降水

中圖分類號：TU文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3198（2008）10-0387-02

1工程概況

福星城市花園深基坑工程位于湖北省武漢市漢口新華路、江漢北村、江漢北路交匯處，建筑物總平面布置由17層、21層、27層的建筑群連體環(huán)繞組成，環(huán)圈內(nèi)均是兩層地下室。地下室建筑面積3.67萬平方米。基坑呈不規(guī)則三角形，基坑總開挖面積約22541m2，支護(hù)周長599m，基坑平面圖見后面基坑分段支護(hù)平面布置圖。

2基坑周邊環(huán)境條件

該基坑地處武漢市繁華市區(qū)，交通位置重要且周邊老建筑物多，建筑物對因基坑開挖和降水所引起的變形非常敏感。基坑周邊的超載及管線情況為：西側(cè)新華路為重要的交通要道，車流量大，道路兩側(cè)重要管網(wǎng)較多，距離基坑邊線僅12m左右，基坑?xùn)|側(cè)和南側(cè)約20m處有多幢6~8層住宅樓（系采用天然地基），均為80年代初期建成。其地面超載大，房屋對變形敏感。基坑?xùn)|側(cè)局部坑段距江漢北路建筑物圍墻最短距離為6m，距8層住宅樓邊線也僅6m。基坑北側(cè)局部坑段距3層售樓部7~12m。其余地段30m內(nèi)均無重要建構(gòu)筑物。基坑周邊場地整體上較為寬松，有一定的放坡缷載空間，有利于基坑穩(wěn)定。

3場地巖土工程條件

3.1工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告，場地內(nèi)上覆土層具有明顯的二元結(jié)構(gòu)沉積規(guī)律。上部為細(xì)粒組成的粘性土，下部為粗粒組成的粉細(xì)砂層、含有園礫的中細(xì)砂和卵石層。底部為志留系的粘土巖和砂巖。與本次基坑支護(hù)設(shè)計(jì)有關(guān)的地層及其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表資料見后表2。

3.2地區(qū)水文地質(zhì)條件

（1）潛水。

主要賦存于人工填土與第四系全新統(tǒng)河流相沖積（Qal）粘土和粉質(zhì)粘土層的孔隙之中，其主要補(bǔ)給來源主要為大氣降水和生產(chǎn)生活用水的滲入，水位絕對標(biāo)高19.81~21.30m。潛水層的混合滲透系數(shù)按0.20m/d考慮，基坑開挖后，該層地下水易對坑壁產(chǎn)生侵蝕和滲透破壞，需采取有效的封堵或疏排措施。

（2）承壓水。

主要賦存于第四系河流相沖積（Qal4）粉土、粉砂層、粉細(xì)砂、含礫中細(xì)砂層及卵石層，以粘土層和粉質(zhì)粘土層為相對隔水頂板，基巖為其隔水底板，承壓水頭高低與長江水位關(guān)系密切，勘察期間承壓水位標(biāo)高為16.5m，埋深約4.8m，根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，粉土、粉砂、粉細(xì)砂層的綜合滲透系數(shù)建議值為k=18m/d，基坑開挖時(shí)，其坑底高承壓水頭會導(dǎo)致基坑突涌并嚴(yán)重影響基坑安全，必須對場區(qū)地下承壓水進(jìn)行疏干治理。

4基坑支護(hù)設(shè)計(jì)簡介

4.1設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

（1）復(fù)合噴錨中插筋攪拌樁樁身強(qiáng)度取fcu，28=1.0MPa，qu=1/2fcu，28=500kPa，qj=qu/3=166kPa，qL=0.15qu=75kPa，按加固土計(jì)算時(shí)，考慮插筋作用，取C=fcu，28/6=166kPa，加固土的φ值取原狀土的值，即φ=15°。

（2）超載取值。

場地內(nèi)地面施工超載取20kPa，材料堆場超載取30kPa，場外及場內(nèi)道路超載取30kPa，住宅樓荷載取15~18kPa，其中8層住宅樓地面超載取130kPa。CD段一側(cè)8層住宅樓距坑邊較近（最近處為6m），設(shè)計(jì)采取錨桿靜壓樁局部托換，托換范圍內(nèi)地面超載取20kpa，托換范圍取1/2房屋開間寬度。

4.2計(jì)算模式的選取

（1）土壓力采用朗金土壓力，水土合算，γ0=1.1。

（2）樁錨支護(hù)計(jì)算時(shí)，樁的入土深度按自由端等值梁法確定，樁身內(nèi)力按桿件有限元計(jì)算。

（3）復(fù)合噴錨支護(hù)計(jì)算時(shí)，插筋攪拌樁的作用考慮以下幾方面：

①抗?jié)B，形成封閉的隔水系統(tǒng)；

②抗坑底隆起；

③形成自立高度，保證開挖期間不發(fā)生彎折、剪切破壞；

④提高整體穩(wěn)定性，采用條分法計(jì)算時(shí)，將其作為加固土參與計(jì)算，即當(dāng)條分法條分到攪拌樁時(shí)，土層C值取加固土的C值，Φ值取原狀土的Φ值。

（4）土釘計(jì)算時(shí)僅考慮其拉力，忽略其剪力和彎矩。土釘長度則由滿足局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定條件共同確定。其中內(nèi)部穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)采用土壓力法，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)修正，進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)采用園弧滑動法。

4.3設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）樁錨支護(hù)計(jì)算。

樁錨支護(hù)計(jì)算計(jì)算簡圖

基坑分為11段分別進(jìn)行支部設(shè)計(jì)，各段平面布置見下圖。

（2）復(fù)合噴錨支護(hù)計(jì)算。

①復(fù)合噴錨支護(hù)計(jì)算示意圖如下：

②復(fù)合噴錨整體穩(wěn)定驗(yàn)算。

經(jīng)《天漢》軟件計(jì)算，水泥土帷幕由2排Φ500水泥攪拌樁組成，排內(nèi)樁間距350，排間距400，帷幕寬按800考慮，開挖一側(cè)攪拌樁每1.05m插入1根12m長的14號工字鋼。

③復(fù)合噴錨水平抗滑移驗(yàn)算：按重力式擋墻模式Kh(huán)=f+vEa=計(jì)算。

④復(fù)合噴錨坑底抗隆起驗(yàn)算：按Ks=MvMs計(jì)算，插筋水泥土帷幕墻的極限彎矩Mh(huán)較小，可忽略不計(jì)。

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5基坑降水設(shè)計(jì)概述

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，基坑開挖深度7.4~8.5m（局部挖深達(dá)11.2m）范圍內(nèi)，坑底部分地段已揭露粉砂層，基坑降水采用疏干降水，設(shè)計(jì)目標(biāo)動水位降至坑底1m，對電梯井挖深達(dá)11.2m處通過加密布井和加大單井出水量控制其水位。在基坑內(nèi)設(shè)置8眼觀測井，枯水期承壓水埋深取地表下4.80m，豐水期承壓水水位埋深取地表下3.0m。根據(jù)湖北省深基坑技術(shù)規(guī)定中6.4.3.1式，即：Q=2πk0sR0計(jì)算基坑涌水量：

計(jì)算得Q設(shè)計(jì)=1.3Q=18121m3/d。單井出水量取1200m3/d，則n=16（口井），由于基坑面積大，抽水延續(xù)時(shí)間長，且局部梯井?dāng)?shù)量多，挖深大，坑內(nèi)設(shè)置3口備用井，降水井設(shè)計(jì)總數(shù)取19口井，根據(jù)坑底過渡層出露情況和基坑不同挖深范圍合理布井，經(jīng)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，其降深及地面沉降均滿足基坑不同部位挖深及周邊房屋保護(hù)的要求。

6現(xiàn)場綜合試驗(yàn)測試及其結(jié)果分析

6.1基坑測試工作的布置

由于本基坑在武漢市首次采用加筋水泥土墻復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)，為準(zhǔn)確掌握攪拌樁樁身及土釘?shù)氖芰μ攸c(diǎn)，基坑施工采用信息法施工，沿基坑周邊布置了若干監(jiān)測點(diǎn)，包括：50個沉降觀測點(diǎn)、50個水平位移觀測點(diǎn)、16個測斜孔、7個應(yīng)力監(jiān)測計(jì)、8個地下水水位觀測孔，并專門對A1-A1、A2-A2兩斷面進(jìn)行了綜合測試，兩斷面位于基坑?xùn)|南角，相距約3m。

6.2基坑支護(hù)測試結(jié)果及其反分析

（1）水平位移。

基坑開挖前測試水平位移的初始值，然后按施工土方開挖進(jìn)度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。

（2）土釘拉力。

由試驗(yàn)土釘（3#、4#、1#、2#）的實(shí)測結(jié)果可以得到：①由于土釘施工滯后（3#、4#、1#、2#），各層土釘實(shí)測受力普遍較小，說明加筋水泥土樁在土方開挖過程中對基坑坑壁穩(wěn)定起著重要作用，整個支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)潛力還比較大。②隨著開挖深度的增加，各層土釘應(yīng)力均呈增長趨勢，且各層土釘受力大小不同。③在施工過程中，隨著基坑深度的增加及變形的發(fā)展，土釘?shù)淖畲筝S力點(diǎn)的位置也在不斷發(fā)生變化。

（3）水泥土攪拌樁受力監(jiān)測及分析。

根據(jù)實(shí)測結(jié)果可以得到：①水泥土樁的受力以墻后受拉為主，應(yīng)力大小隨深度變化，表現(xiàn)出中間大兩頭小的特征，最大拉應(yīng)力均產(chǎn)生在基坑開挖面附近。②應(yīng)力隨開挖進(jìn)程逐漸增大，基坑變形穩(wěn)定后約有下降。③水泥土樁外側(cè)的應(yīng)力在開挖初期全部為拉應(yīng)力，設(shè)置土釘后，上部的拉應(yīng)力逐漸減小并轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力，下部的拉應(yīng)力則仍在緩慢增長。④內(nèi)側(cè)應(yīng)力表現(xiàn)為拉應(yīng)力，應(yīng)力值較外側(cè)小，遂開挖逐漸增大。

7基坑變形監(jiān)測結(jié)果

該基坑監(jiān)測工作由機(jī)械部第三勘察研究院于2002年5月初開始進(jìn)行，于同年12月2日結(jié)束監(jiān)測工作。在其提交的《武漢市福星城市花園基坑監(jiān)測技術(shù)總結(jié)》中指出：“支護(hù)結(jié)構(gòu)位移值大部分在17mm以內(nèi)（與計(jì)算結(jié)果20mm比較符合），錨桿應(yīng)力在150Mpa以內(nèi)，環(huán)境的沉降量最大為10mm，地下室完工后各種觀測結(jié)果變化較小。

8結(jié)語

（1）通過基坑變形監(jiān)測結(jié)果及對周邊環(huán)境情況的調(diào)查表明，整個施工過程中基坑始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，基坑周邊未發(fā)生任何不良環(huán)境地質(zhì)問題。至此，武漢市福星城市花園采用加筋水泥土墻復(fù)合噴錨支護(hù)新技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工取得了圓滿成功，該工程的成功，表明振動插筋工藝適合武漢地層的特點(diǎn)，具有一定的推廣價(jià)值。

（2）在坑底軟弱土層中，復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的主要破壞形式為坑底水泥土樁被剪斷破壞而產(chǎn)生整體失穩(wěn)，因此必須通過增大超前支護(hù)的剛度來提高復(fù)合土釘?shù)姆€(wěn)定性。

（3）建議在今后的設(shè)計(jì)中加大插筋水泥土樁的樁身水泥參量，同時(shí)增加攪拌次數(shù)，降低鉆具的提升速度，使攪拌樁樁體水泥分布更均勻，提高型鋼的可插性并進(jìn)而提高加筋水泥土的強(qiáng)度。

（4）加筋水泥土復(fù)合土釘支護(hù)作為一種新型組合支護(hù)形式，彌補(bǔ)了一般土釘支護(hù)抗彎折性能不足的問題；同時(shí)，由于插入型材的多樣性及靈活性，可在攪拌樁中插入預(yù)制樁或規(guī)格更大的型鋼，從而適應(yīng)軟弱土層較厚、基坑較深的基坑，因此，在與土釘、錨桿回收技術(shù)相結(jié)合的工藝下配合使用，其應(yīng)用前景將更加廣闊。

參考文獻(xiàn)

［1］JGJ120-99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［2］劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.