基坑支护工程中复合支护技术的研究应用

　　摘要：本文结合实例，根据某工程的地质、周边环境等特点，详细的分析了预应力管桩和钢结构支撑及加强被动区等复合支护方案在该工程中的研究应用，可供同行技术人员参考。

　　关键词：基坑支护;预应力管桩;钢结构支撑;技术应用

　　1工程概况

　　某工程由3栋8层住宅楼与用地下室组成，总建筑面积约为10511.9m2，其中地下室建筑面积为2810m2，地上建筑面积为7701m2。地下室开挖深度为5.20～5.50m;基坑占地面积为3240m2。

　　该工程东临待建规划路，东侧与已建建筑物相距约16～20m;西距已建围墙5.0m，与已有建筑物相距8～9m;南距建筑红线5.0m，红线之外为绿化带，约22～25m;北侧距市政道路5.0m。另据调查，西侧距离基坑6m地面上有一直径l00mm的煤气管道，北侧市政道路两侧人行道面下埋设白污水管道(直径约1.2m，埋深约2m)等地下管线。

　　2地质概况

　　2.1地形地貌

　　原始地貌类型为港湾滩涂，后经人工回填改造成现状。现场地地势较平坦开阔。

　　2.2岩土体分布及其特征

　　受古地理环境和区域地质构造的影响和作用，场地内各岩土体的分布、埋深、厚度及性能变化较大。根据钻探揭露，各岩土层的分布及其特征自上向下分述如下：

　　①杂填土(Qm1)：全场地均有分布，厚度1.2～4.10m。

　　②淤泥(Qm4)：全场地均有分布厚度l0.50～20.30m。

　　③粉质黏土(Qm3)：揭露厚度0.70～9.60m。

　　地下底板置于②淤泥层上，此层具有呈饱和，流塑状态，韧性及干强度高，切面有光泽，无摇振反应，强度低，压缩性高，工程性能差等特点。

　　地下水主要接受人气降水补给和相邻地下水水体的渗透补给，并大致顺原地形倾向由北向南向渗透排泄，混合地下水稳定水位埋深为1.50～2.50m，标高为0.78～0.37m。

　　3基坑支护方案的选择

　　本工程中，地质情况比较复杂(场地内人工填土及淤泥为松散软弱地层且厚度人而空间分布不均匀)且施工工期较紧，因此选择合理的基坑支护办案，是本次基坑支护工程的关键。

　　3.1采用冲(钻)孔灌注桩

　　本场地由于淤泥层较厚，根据计算，采用冲(钻)孔灌注桩加一道钢筋混凝土支撑体系，灌注桩采用1000，桩长21m，桩间距1.6m，周边采用搅拌桩做止水帷幕，工程造价约为550万元。本场地位于城市中心地段，周边居民住宅楼密集冲孔灌注桩施工时噪声大容易发生工地泥浆满地流的脏污情况，同时灌注桩施工工艺复杂，容易出现断桩、缩颈、混凝土离析和孔底虚土或沉渣过厚等质量问题，钢筋混凝土支撑体系存在作业时间长、支撑拆除成本高、不能多次使用的缺点，因此本工程不宜采用。

　　3.2采用预应力管桩加一道钢结构支撑体系、被动区采用搅拌桩进行加固

　　预应力管桩采用PHCAB-500-125，桩长为13m，桩间距为800mm，钢支撑内支撑采用600与500钢管，壁厚分别为16和l2，腰梁采用400×400H型钢，被动区采用搅拌桩进行加固。周边采用搅拌桩做止水帷幕，工程造价约480万元。采用本方案，其中本工程桩即采用静压PHC管桩，施工机械设备不用重复进退场，且PHC管桩的机械化施工程度高，施工工期短，施工速度快，不会发生泥浆满地流的脏污情况，也不会出现人工挖孔桩工地到处抽水和堆土运土的忙乱景象及井下作业的不安全感，容易做到文明施工，安令生产。另本工程采用钢支撑施工速度快，可重复利用等优点，同时被动区采用搅拌桩加固具有布置灵活、加固效果显著、噪声小、尢振动、无污染、施工速度快、造价低等特点。

　　综合以上因素，根据本工程的现状，最终选择的基坑支护方案为预应力管桩加一道钏结构支撑体系，被动区采用搅拌桩加固。

　　4基坑支护的计算

　　4.1计算指标

　　(1)土层的物理力学性质指标见表1。，

　　表1土层物理力学性质指标表

　　土层名称 指标

　　天然重度∕kN•m

　　粘聚力C∕kPa 内檫角∕(°)

　　厚度∕m

　　①杂填土 18.0 10.0 8.0 4.1

　　②淤泥 15.4 7.9 0.2 13.0

　　③粉质粘土 19.0 33.9 22.0 4.6

　　(2)地面荷载。

　　取q0=l0kPa。

　　(3)水泥搅拌桩qu28=1.5Mpa，桩径550，相邻桩搭接100。参考有关资料，搅拌桩的粘聚力C=360kPa，内摩擦角=22°，由于被动区加固范围为2.35m，加固范围有限，被动土压力计算不能简单的采用加固后的水泥土参数，目前还没有比成熟的计算方法，根据经验，有关参数按淤泥层的强度指标适当提高进行取值，其中被动区土压力的内摩擦角按提高5倍即0.2×5=1.0°，粘聚力按提高10倍即7.9×10=79kPa进行取值。

　　4.2稳定性计算

　　(1)计算土压力强度：计算过程略。

　　(2)土压力强度分布如图1所示。

　　图1土压力强度分布图

　　(3)采用平衡法进行稳定性计算。

　　①确定桩的最小入土深度tmin和水平每延米所需支点力F，如图1所示，取支护位长度，对A点取矩，令MA=0，Z=0，则：

　　ME+ME-MEP=0(1)

　　F=E+E-EP(2)

　　其中：ME，ME均为主动土压力合力对A点的力矩;MEP为被动土压力合力对A点的力矩;E，E均为主动土压力合力;EP为被动土压力合力。

　　由式(1)，式(2)求得：

　　F=104.5kN

　　tmin=2.5m

　　考虑到坑底淤泥层较厚，为保证被动区搅拌桩加固效果，搅拌桩深度皆应穿过淤泥层，搅拌桩长度按l2.5m进行加固，同时，根据管桩生产的长度最长为13m，因此，管桩长度按13m进行施工。

　　基坑支护剖面图如图2所示。

　　图2基坑支护剖面图

　　②坡角抗滑移稳定性计算。

　　K===1.43满足要求。

　　③最大弯矩为：

　　Mmax=144.40kN•m

　　参照PHC管桩力学性能指标，500AB-125-极限弯矩为234kN•m，管桩间距为0.8m，每根管桩桩身所受最大弯矩为：Mmax=144.40×0.8=115.52kN•m<234kN•m，满足要求。

　　④腰梁内力计算。腰梁采用H型钢，型钢规格为H400×400，水平钢支撑间距6m经验算可以满足要求。

　　⑤换撑。地下室底板顶面标高为-4.80m，在地下室底板浇筑完成后在底板与围护桩之间浇筑厚30cm的C25素混凝土传力带作为换撑构件，传力带浇筑完成后方可拆除钢结构支撑，钢结构支撑拆除后，管桩桩身所受的最大弯矩：

　　Mmax=(77.64×1.83+50.98×0.34)×0.8=127.53kN•m<234kN•m,满足需求。

　　5基坑支护方案的实施

　　(1)预应力管桩采用PHCAB-500-125，桩长为13m，桩间距为800mm，AB型管桩桩身极限坑弯强度不小于196kN•m，桩身强度为C30。考虑到PHC管桩比较易碎，桩芯采用C30碎石混凝土进行填充，并配主筋为8@150的钢筋笼，钢筋笼长度为5.0m，即深度超过基坑底深度。

　　(2)因静压预应力管桩施工时的挤土效应比较明显，施工现场与周边道路、建筑物、湖岸的距离小，为避免管桩施工造成道路、建筑物破坏、变形，在施工管桩前。采用地质钻机在围护外四周先行施工一排泄压孔，泄压孔直径500mm，孔深15m，孔间距l000mm。

　　(3)因场地土层中有上层滞水分布，为地下室需要。场地四周应设止水措施，止水帷幕采用550搅拌桩，水泥搅拌桩所需的水泥为P.O.32.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.55：1，水泥掺合量为17%桩身水泥土28d无侧限抗压强度不小于1.5MPa;搭接长度为150mm。

　　(4)被动区也采用550水泥搅拌桩进行加固，搭接100，5排，类型同止水用的水泥搅拌桩，加固宽度为2350mm。搅拌桩施工时尽量紧贴管桩，减少搅拌桩与管桩之间的间隙，充分发挥搅拌桩的作用，减少搅拌桩与管桩之间未加固土体的变形量。减小支护结构的位移变形量。

　　(5)桩顶施工一道锁口梁，锁口梁为800×500，混凝土强度等级为C30，该道锁口梁在设计计算中没有考虑其受力。其主要作用是将管桩连为一个整体其发挥的作用作为安全储备。土方开挖应待锁口梁混凝土强度达到80%设计强度后方可进行。

　　(6)基坑分层进行开挖第一次土方开挖先将钢结构支撑施工需要的位置局部开挖至-3.2m，待做好钢结构支撑后，再进行开挖至坑底设计标高。

　　(7)内支撑采用600与500钢管，壁厚分别为16和12，腰梁采用400×400H型钢。腰梁与围护桩之间的间隙采用C30碎石混凝土充填。待混凝士浇筑完毕养护48h后进行施加预应力，在支撑两端同步、对称、分级进行预应力施加为防止管桩损坏，预应力控制在600kN。

　　(8)支撑桩采用预应力管桩，暴露于基坑部分采用400×400H型钢与预应力管桩焊接。支撑桩的承载力设计值为1000kN，压桩力不小于1700kN。

　　(9)钢支撑的拆除，必须在地下室底板、传力带浇筑后7d且混凝土强度至少达到C20以上方可进行，钢支撑结构的拆除速度应缓慢进行，并按先装后拆、后装先拆的原则进行拆除。

　　(10)基坑的排、降水体系。本场地地下水水位深度为1.5m左右，且场地四周已采用搅拌桩止水帷幕基坑内降水不会给周边环境造成不利影响，因此本基坑采用明沟排、降水。

　　(11)基坑坡顶部与底面四周距离坡顶及围护桩边50cm设置排水沟，在20～30延米并错开承台位置设一个集水井，集水井截面尺寸为lm×lm×lm，集水井的数量根据实际开挖的水量大小进行适当增减。

　　6施工监测结果

　　6.1周边环境

　　周边道路、地面稳定，无开裂现象发生，西侧围墙在支护桩施工时由于挤土效应部分开裂，裂缝宽度为7mm，土方开挖后裂缝变小至2mm;周边建筑物的最大沉降值5mm，最大倾斜值0.02%，存正常允许范围内;周边的地下管道未发现变形、泄漏现象。

　　6.2支护结构

　　支护桩顶变形观测点在锁口梁浇筑完毕后进行埋设，埋设后进行第一次观测。观测密度根据施工进度进行，在土方开挖至钢支撑拆除阶段，每日或隔日进行观测，在钢结构支撑拆除后直至地下室土方回填施工完毕，每15d观测一次，共观测25次，桩顶最大位移32mm，周边地面沉降最大为35rnm，钢结构支撑最大沉降为11mm，均在预警值范围以内。

　　7结束语

　　综上所述，监测结果表明本工程所采用的基坑复合支护方案是有效的，不仅减少了施工周期，节约了一定的投资成本，而且还保证了基坑及周边建筑安全。对以后类似工程具有一定的借鉴意义。

　　参考文献：

　　[1]JGJ120—99，建筑基坑支护技术规程[S].

　　[2]CECS96—97，基坑土钉支护技术规程[S].

　　[3]余志成.深基坑支护设计与施工，中国建筑工业出版社，1999.

　　[4]北京土木建筑学会编.地基与基础工程施工技术措施，经济科学出版社2007

《基坑支护工程中复合支护技术的研究应用》

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