复合型重力式挡墙支护结构在基坑支护中的应用

复合型重力式挡墙支护结构在基坑支护中的应用

1林匹克花园建筑概况广州市的一座商务大楼位于北侧10米的外部道路旁边，西侧10米的十米路旁边。南侧与所建奥运花园距离约50米，东侧与a-16地块面积良好。施工环境良好。拟建建筑总占地面积为58.3m×44.2m，主楼部分在场地的东北角，占地而积32.4m×32.4m，其余为裙楼。主楼地面以上30层，高度120m，地下2层，基础埋深10.0m；裙楼地上4层，地下2层，基础埋深10.0m。2层序土壤条件该工程基坑深度范围内主要土层情况如下：第1层：杂填土，主要成分以粉土为主，含有砖块、桩头、瓦片等建筑垃圾及少量植物根系，平均厚度0.93m。第2层：粉土，含黄色铁质氧化物斑点，平均厚度1.70m。第3层：粉土，见灰色斑点，平均厚度2.75m。第4层：粉质粘土夹粉土，所夹粉土为褐黄色，粘粒含量较高，平均厚度3.68m。第5层：粉土，含少量铁质斑点，偶见螺壳碎片，平均厚度2.15m。第6层：粉土，偶见灰色斑点，具砂感，局部孔见0.3～0.50m左右的粉砂层，平均厚度2.73m。第7层：粘土，含蜗牛壳碎片、腐殖质，含有机质，平均厚度1.45m。各土层物理力学性质指标如表1所示：3设计、分析和计算3.1支护方案的确定本工程由于基坑面积开阔，对红线要求限制高，而基坑开挖深度又较深，若采用桩锚或土钉支护，必然不能满足红线限制要求。所以根据本工程地质情况、环境条件和施工期间可能的气候条件，经过理论计算和分析，并结合该区域内以往其他工程的施工和设计经验，确定本基坑工程的支护方案采用水泥土排桩联合无砂混凝土小桩的联合支护方案，可同时满足止水和挡土的要求。喷射搅拌水泥土桩是一种新型的水泥土桩，桩身强度可达3-20MPa，依水泥用量和土层条件而异。为有效考虑水泥土桩与桩周土之间的侧摩阻作用，在此利用楔体试算法计算作用在喷射搅拌桩上的土压力。无砂混凝土小桩是一种新型的桩体，其施工工艺为：预钻孔，孔径一般为150mm；插入注浆钢管；钢管周围投碎石；最后压力注水泥浆。由无砂混凝土小桩的成桩工艺可知，桩体与周围土体也存在较大的侧摩阻潜能。由于无砂混凝土小桩与桩周土侧摩阻的存在，小桩在支护中起到挡土的同时还将起到减重分压的作用。3.2桩长与桩径计算(1）支护构件计算；(2）用经验公式估算重力式挡墙宽度(不包括水泥土墙)，从而确定小桩排数：0.4H×0.7=0.28H×10.3=2.88m，因为0.8+1.2+1.2=3.2m>2.88m，故需两排小桩，第一排小桩距水泥土墙0.8m，第二排小桩与第一排小桩的间距为1.2m;(3）根据公式确定桩长；经初步计算取：l验算：第一排小桩：(4）土压力计算；土压力计算采用楔形体试算法，滑裂面形状为平面，考虑土体粘聚力对抵抗土楔体下滑的现象。计算简图见图2。其中，W为土楔体重量；R为稳定土体对滑移土楔体反力；C为由土体粘聚力产生的下滑阻力；f为桩墙对土楔体的摩阻力；E为桩墙对土楔体的水平反力；φ为土体内摩擦角。3.3抗倾斜和抗上升压力的整体评估把喷射搅拌水泥土桩墙和墙后小桩作为整体重力式挡墙，按规范公式分别进行整体抗倾覆、抗隆起、渗流稳定性计算。3.4支护结构形式喷射搅拌桩由于起止水和挡土的双重作用，桩身水泥用量在满足止水的前提下，还有强度方面的要求：式中，γ根据楔形体试算法计算得到的土压力及上述分析计算结果，选择支护结构形式如下：基坑侧壁设950mm厚喷射搅拌桩水泥土墙，桩墙深15.8m，实际长度14.0m；在水泥土墙外0.8m处做无砂混凝土小桩两排，小桩桩距1.2m，小桩排距1.2m，内排小桩桩长14.0m，外排小桩桩长13.0m。4墙后地面沉降为了对基坑的变形情况有全面了解，在基坑的周边布置了相当数量的沉降观测点和测斜观测点。对基坑开始开挖到回填土施工前的全过程进行了全面的监测。从监测结果来看，由于施工挖土和降水没有按要求进行，同时支护的整体性遭到破坏，导致墙体最大水平位移为70mm；墙后地面沉降最大点为29mm，均位于基坑北侧遭破坏(空间效应影响较小)部位。下面给出这些部位的监测结果。4.1支护结构的变形分析由测斜仪监测到的发生最大水平位移点位的变形过程(图3)。实测结果表明：在开挖过程中，前期主要表现为水平刚体位移；后期主要表现为刚体转动，总侧移量是二者的叠加。说明复合型重力式挡墙的变形主要表现为整体平移和转动。同时也反映了设计中对整体抗滑移和整体抗倾覆稳定性验算的必要性。4.2结果显示，支撑地面沉降发生最大沉降点点位的变形过程(图4)。实测结果表明，施工前期，随施工深度的增加，沉降逐渐增加，后又逐渐反弹。5支护结构方面复合型重力式挡墙支护结构是一种新型支护结构。从其支护形式和本工程的监测结果可看出：(1）设计理论方面：复合重力式挡墙支护设计计算模型概念明确、简单，便于设计计算。(2）施工可靠性方面：复合重力式挡墙的各构件主要在基坑开挖前施工不占用开挖后的施工工期，施工质量容易保证且大大减少了地下空间资源的使用范围，减少了对周围环境的影响。(3）经济效益性方面：复合重力式挡墙各构件的效益发挥较好，从而大大降低了工程量，达到节约：工程造价和节约工期的目的。(4）变形控制方面：复合重力式挡墙的变形主要表现为整体平移和转动。由于在土体开挖过程中违规操作，开挖速度过快且由于降水工作失误，出现向基坑内漏水的事故，从而导致基坑北侧变形较大，而其他部位都在变形要求范围内。从本工程的实测结果来看，复合重力式挡墙支护的最大水平侧移达到70