广东基坑复合土钉墙支护方案

xxxx三期基坑支护工程xx，xx，xx（xx工程技术有限公司xx分公司，xx，xx）一、工程简介及特点xxxx三期位于xx市xx区xx城片区，设两层地下室，基坑呈不规则狭长型，周长约1026m，面积约2.58万m2，开挖深度9~11m，基坑安全等级一级。基础桩拟采用预应力管桩及钻冲孔灌注桩。本基坑尽管深度不深，深级仅为中深[1]，但基坑周边环境、地质条件、施工条件相当复杂，工程难度很大。施工中出现了多次意外，设计变更达30余次，工程完成后，所有的支护剖面均与原设计均产生了较大区别。二、工程地质条件基坑影响范围内地层自上而下分别为：①人工填土：褐黄、褐红、灰黄、灰褐等色，主要由粘性土组成，局部夹碎石及建筑垃圾。未完成自重固结，密实程度不均，以松散为主。②含有机质粉质粘土：灰黑，黑色，具腥臭味，局部含少量石英质砂，软塑。③冲洪积粉质粘土：褐红、褐黄、灰白等色，含20%左右石英砂，似斑状结构。稍湿～湿，软～可塑。稍光滑，摇震反应无，干强度高，韧性中等。④冲洪积砾砂：褐黄、灰黄、灰白色，石英质，分选级配良好，普遍混20~30%的粘性土，饱和，稍密状。⑤残积砾质粉质粘土：褐黄、褐红、肉红色，由下伏粗粒花岗岩风化残积而成，原岩结构尚清晰，含石英砾为20~30％。湿，可~硬塑。稍光滑，摇振反应无，干强度高，韧性中等，遇水浸泡易软化。本层与下伏全风化粗粒花岗岩呈渐变过渡关系。⑥全风化带粗粒花岗岩：褐红、褐黄、肉红色，极破碎，主要矿物成分为石英、长石、黑云母等。岩体基本质量等级为Ⅴ类。原岩结构基本破坏，但尚可辩认，干钻可钻进。岩芯呈较坚硬土状，手可捏碎，浸水后易软化，可捏成团。与上、下地层呈渐变关系，场地内普遍分布。地下水混合稳定水位埋深为0.20~9.70m。各土层主要物理力学指标如表1所示：各土层主要物理力学指标表1层号土类层厚/m重度γkN/m3摩擦角Ф/°粘聚力c/kPa渗透系数Km/d承载力特征值fak/kPa变形模量E0/MPa压缩模量Es/MPa①人工填土2.5~11.5019.51010--------②含有机质粉质粘土0.90~1.1018.08120.180103.5③冲洪积粉质粘土0.70~7.0019.015200.5160205.0④冲洪积砾砂0.40~3.4020.03005018030--⑤残积砾质粉质粘土1.00~16.4018.520250.5220226.0⑥全风化带粗粒花岗岩0.50~9.7019.0253033506010.0三、周边环境基坑南半部分平面形状如图1所示，北半部分略。图1基坑南半部分平面示意图基坑东侧北半段外为已建xx二期，为3~4层别墅，有一层地下室，采用预应力管桩基础，别墅院落外墙距基坑边7.5~9.5m；东侧南半段及南侧外距基坑边7~10m远有人工湖，人工湖的排洪箱涵从东向西穿过基坑，把基坑分成了两半，通过在箱涵下设置隧道相连；西侧红线外30~40m远有民房和工厂，独立基础；基坑北半部分状况略。基坑红线外各种地下管线较多。四、基坑围护结构设计方案选取6个典型剖面。最终形成的竣工图所图2~图7所示。其中图4、图5、图7所示的剖面3、剖面4、剖面6原设计采用桩锚支护，放线后发现没有护坡桩施工工作面，遂修改为复合土钉墙支护。基坑不设置降水井，挖土时设集水坑集中排水。图2剖面1图3剖面2图4剖面3图5剖面4图6剖面5图7剖面6五、设计变更及基坑变形情况基坑南半部分2010年10月开始搅拌桩及微型桩施工。排洪箱涵以北11月开始开挖土方、施工土钉及预应力锚索，2011年3月完成基坑支护作业；排洪箱涵以南2011年12月开始开挖土方、施工土钉及预应力锚索，2012年3月完成基坑支护作业。各剖面施工情况具体如下：（1）剖面1：原设计开挖深度8.8m，因承台修改，部分区域加深1.8m，如图2中虚线所示，即开挖深度10.6m。设计增加一排土钉，如图2虚线所示。但局部区段土钉没有施工。没有增加土钉的区段，在斜坡面上出现了水平向通长拉裂缝，位置如图2所示，宽度十多毫米，坡顶最大位移约17mm，最大沉降约8mm；增设了土钉的区段，无异常，坡顶位移最大约9mm，最大沉降约7mm（2）剖面2：因位置紧张，基坑支护结构表面兼作地下室外墙外模，工程桩（间距6~8m）与支护桩同排布置，代替相应位置的支护桩。因有入岩要求，原设计工程桩采用冲孔工艺，支护桩相同。支护桩间设置水泥土桩作为止水帷幕。通常，该水泥土桩为高压旋喷桩，施工完支护桩后再施工。考虑到高喷桩：①直径难以控制，如果其直径过大可能会占到地下室外墙位置需要凿除掉，施工不便；②直径及施工质量不稳定，容易造成局部渗漏，给地下室外墙施工造成不便。故桩间采用直径固定、质量较为稳定的搅拌桩，拟先施工完搅拌桩后再施工冲孔护坡桩及工程桩。施工后搅拌桩后，再施工冲孔桩时，因冲孔桩冲击成孔时振动扰民，居民投诉严重，遂停止施工。此时有3种替代方案：人工挖孔桩、钻孔桩及旋挖桩。人工挖孔桩成孔时会造成周边水位大幅下降，通常会对周边环境产生不良影响，本工程已无法为人工挖孔桩设置止水帷幕，考虑到周边民宅多为老房且为农民房，工程质量原本就差，挖孔桩失水很可能会对其造成较大损伤，故弃用；钻孔桩没有工作面摆放桩机，且扩径现象较严重，故弃用；旋挖桩扰民小，所需工作面小，但搅拌桩成桩时间最长已达三、四周，有了一定的强度，旋挖桩需要与其相割，能否顺利成孔，缺乏相关施工经验。最终决定采用旋挖桩工艺。成孔较为顺利，施工速度稍慢，垂直度能够保证，其它施工参数也正常。开挖后观察止水效果，旋挖桩与搅拌桩的搭接大部分尚好，无渗漏，但填土中局部搭接不良，有少量渗漏水。综合分析，搭接不好的主要原因与搅拌桩及旋挖桩定位不准确及搭接宽度较小（搭接宽度50~100mm）有关。基坑监测结果，坡顶位移及沉降均较小，位移最大约19mm，沉降最大约5mm。另外，填土及含有机质粘土中旋挖桩塌孔现象较明显，有约三成桩因塌孔扩径占用了地下室外墙空间而需要凿除，最严重者需凿除约500mm。（3）剖面3：原设计开挖深度10.5m，因承台修改，局部有承台区域加深1.0m，如图4中虚线所示，即开挖深度11.5m。本剖面因原设计安全度稍大，基坑监测结果变形很小，故没有变更原设计。该剖面后面十几米远即人工湖，估计砂层与人工湖有一定水力联系，剖面开挖后从坡面泄水孔、锚索孔流水现象较为普通，在基坑暴露的一年多，有十几个泄水孔一直淌水，坡脚长期被积水浸泡，300×300排水沟来不及排水。但基坑侧壁稳定性很好，变形较少，最大位移约18mm，最大沉降（4）剖面4：区段长度较短，仅约24m，原设计开挖深度7.6m，因地下室底板标高调整，加深3.1m，即开挖深度10.7m，设计增加了半排锚索（与土钉间隔设置）及两排土钉。原设计有一排搅拌桩止水帷幕，因没有工作面无法施工被迫取消，开挖后坡面渗漏水量较大。但基坑侧壁稳定性一直较好，最大位移约16mm，最大（5）剖面5：原设计搅拌桩顶部设有1.5m宽平台，因位置紧张施工时没有设置。原设计开挖深度9.2m，在没有通知基坑支护设计单位情况下，总承包施工单位自行加深1.3m以设置塔吊基础。加深开挖后不到一天，就在坡顶现出裂缝，位置如图6所示，位移增加近20mm，现场急忙进行了回填。后采用工字钢加一排预应力锚索及一排钢管土钉联合加固。加固后重新开挖，基坑稳定，新增加最大位移及沉降不超过10mm。（6）剖面6：原设计开挖深度7m，地下室底板标高调整两次，每次加深0.6m，即开挖深度8.2m。基坑监测结果最大位移约18mm六、设计计算除剖面2外，其余5个剖面均采用了复合土钉墙支护设计，其整体稳定性验算按《复合土钉墙基坑支护技术规范》[2]中相关公式。部分计算参数如图2~图7所示及前述，其它计算参数取值如下：微型桩抗剪强度工字钢取115MPa，C25混凝土取1.27MPa；搅拌桩抗剪强度粉质粘土中取350kPa，有机质粉质粘土中取250kPa；组合作用折减系数预应力锚索取0.7，微型桩取0.3，搅拌桩取0.5。不计取地面附加荷载。钢筋土钉直径取100mm，Ф48×3.5mm钢管土钉外径取80mm，钉土粘结强度回填土中取25kPa，有机质粉质粘土中取35kPa，粉质粘土中取45kPa，砾砂中取80kPa，砾质粉质粘土中取65kPa。验算成果如表1所示。5个剖面整体稳定性验算结果表1剖面号13456原设计1.381.41－1.39－加深后1.081.11－1.06－加固后1.17－1.111.341.36七、基坑监测基坑监测内容主要为坡顶、周边道路及别墅的沉降、坡顶水平位移及锚索应力。锚索应力在锁定值基础上变化量在5%以内。沉降及水平位移总体较小，各剖面具体数据如上所述，监测点平面布置及变形曲线图略。剖面3、4尽管失水量较大，但坡顶沉降较小，分析与3个因素有关：（1）因附近有地下水补充，基坑周边水位下降并不是很多。没有设置水位观测井，但设置在比地表深2~3m处的部分泄水孔在雨季及旱季始终流水，据此判断地下水位下降最多1~2m；（2）基坑外侧没有适合位置设监测点，只能设置在小区道路上，道路路面为混凝土结构，整体性较好，对基坑失水造成的土体沉降不太敏感；（3）尽管填土较厚，但小区道路修建时进行了地基处理，填土性能已大为改观，与基坑内尚未完成固结沉降的填土明显不同。需要说明的是，最大沉降值及水平位移值并不是同一个监测点，各剖面均如此。八、点评1．基坑支护范围内土质总体较差。较差的土层中，设置强度较大的微型桩后，复合土钉墙整体变形减小，稳定性提高，防积水浸泡、防超挖的能力大大增强，作用明显。2．按地区经验，这种条件下基坑变形大多为20~40mm。本工程实际效果好于预期，分析主要原因有二：第一排预应力锚索控制变形效果较好，基坑外的填土质量好于预期。3．剖面1的填土质量不好，但基坑变形也较小，边坡较稳定。设计计算时没有考虑箱涵的影响，视为土体；从实际效果来看，箱涵对边坡的影响是好于将之视为土体的。4．复合土钉墙中止水帷幕对止水、治水及减小基坑