复杂地基支护施工

1前言迄今为止,基坑工程围护设计理论和方法尚不成熟,且大部分都是经验方法[1]。随着城市的快速发展,复杂环境条件下的基坑工程围护问题出现的频率将日益增多。因此,探索复杂环境基坑工程围护设计及其应用实践问题已经受到高度重视。本文针对某工程实例,就复杂环境软土基坑工程组合围护设计问题进行了应用实践可供同类或者相似工程借鉴和参考。2工程及其环境条件概况2.1基坑工程及环境概况福州大学新校区学生公寓三区食堂位于公寓区南部,场地东西宽约60m,南北长约80m,总占地面积4800m2,为框架结构,采用桩基础;地下室1.5层;基坑似矩形,开挖深度为3.0~3.5m,局部深达5.0m。基坑南面为开阔地,北邻二区学生公寓宿舍,西侧紧邻一大池塘,东侧紧邻二区食堂,间距很小;东西两侧为基坑工程的主要围护监测段;两侧全长挡水,东侧全长围护新区二期已建成的食堂及其两侧紧邻的通道,是该基坑围护的重点和难点。基坑的安全等级为II级。2.2场地工程地质环境条件基坑位于福州盆地的闽江冲积平原,人工填筑而成的场地。自然地面较平坦。根据岩土工程勘查报告,场地自上而下的土层分布依次分为:(1)素填土,风化土为主,东侧局部为冲填砂,为新近填土,呈松散-稍密状态,厚1.90~5.40m。(2)淤泥:饱和、流塑状态,高含水量,高压缩性,强度极低且厚度很大,厚1.70~9.10m。(3)细砂:饱和,松散状态,厚2.90~8.50m。浅部地下水为孔隙潜水和上层滞水,主要为大气降雨和场地两边的池塘补给;水位埋深2.45~2.95m,对基坑有影响的主要是素填土层中的孔隙潜水和淤泥层中的上层滞水,受降雨的影响比较敏感。基坑涉及的主要岩土层是填土层和淤泥层,局部涉及细砂层,它们都是松散或稍密状态或流塑状态,即基坑围护的土体属软土体。它们的物理、力学特性指标如表1所示。3复杂环境基坑工程组合围护方案设计综合场地地形地貌水文工程地质条件、基坑开挖深度,以及各方面的要求和限制等复杂环境条件,分析比较论证围护技术方案后,确定采用多种组合围护结构型式;即东侧壁采用复合土钉支护(土钉与超前木桩联合)围护;南北两侧采用1∶1.5放坡型式;西侧采用堆填沙包或杂填土、围堰体和木桩联合围护。基坑围护设计的重点是东侧壁和西侧壁,采用复合土钉和围堰组合围护。3.1东侧复合土钉围护设计设计内容与步骤归纳为两个部分：一、土钉墙形态尺寸,土钉长度、间距、空间状态,钢筋直径与排数,面层的厚度与强度等参数的初步设计。二、采用理论与经验法、对初步设计确定的各类参数的安全性进行验核,若经验算法达不到安全稳定状态,修正初步设计,再进行相应的计算验核,直至安全稳定为止[2]。按照基坑开挖深度的不同分为3个断面,E1-1,E2-2,E3-3。断面都是超前木桩和土钉复合支护。E1-1断面采用2排土钉,1排木桩;E2-2断面采用2排土钉,2排木桩;E3-3断面采用3排土钉,3排木桩。断面E3-3的设计剖面结构如图2:鸡3.苦2绝西侧围堰体狭和木桩组合设略计鱼基坑西侧紧邻堡池绩塘不,拦常年有秧水策,锻施工惜时惑,截为避免基坑进显水引起的施工纠困难和边坡崩爷塌。采用围堰轮和木桩组合支皮护设计。围堰仓体由沙包堆筑差体和杂填土堆比筑体及分布于铲其中的工程塑淘料布组击成女,溜在基坑内侧设臣置木校桩缸,愧避免围堰倾覆毫。根据距池塘裂的距离和基坑冒挖慧深蚁,际分卧为旋w1-1,w共2-2,w3牛-售3检断度面疾;维各断面的尺寸蝇略有不可同堤,瞒但是组合结构饥基本相同。其若中闭,垄与勒E3-宁3湿相对应的断啦面猛w3-姥3鼠的典型布置如末图父3:抄4价基坑围护结构具的计算分析和炊稳定性验算香4.巷1怠复合土钉创(1疾)物土钉长度和间租距的确定广我们采用了理臂论计算法与工阵程类比法相结请合的原则来确锁定土钉长痰度桶L群值。腊首胁先开,赠应森用淹Bisho亿p地圆弧条分法寻栋找潜在滑裂破揉坏面。基坑开享挖打时再,僚边坡土体在没女有支护状态葛下糠,锋会产生较大的灾变伞形玻,秧甚至滑裂破坏测。最危险的滑到移破裂侮面微(敞潜在优势滑裂挥面眉)王的寻找判断和匙确定是土钉长匹度设计的重要济基础依据之一议。我们随机地章假定多个可能皆的滑裂竞面亮,前采朽用软Bisho抓p抛圆弧条分法求姓出相应的安全婆系牛数机Ki槽,巾其中最小的安牙全系凤数锦Kmin=1粒.23游;悼它对应的裂面垒即是优势滑裂摊面诸[3牲]纯。土钉长度应睛满足穿过该滑昂裂面进入不动雨土体较大深度难的要戏求此,半确保土钉群把伸最危险滑裂面路两侧的土体牢艺固地联结起智来什,著据此给出土钉瓦的长度。其万次汗,创依据工程类比胁法中常惯用的长高本比之L/H页(必土钉长扣度为L殃∶听坡轧高道H宰)亡原慢则乒,拼即土钉的长度书一般为坡高缠的焰0.8~1.奔2缘0置倍。结合场地躁土质条件和环前境状况腰取揭L=(1.1柱5~1.30诉)H墨,胸以此给出土钉桂的长度。综合鉴上遇述雅2早种给出披值姜,写最后将土钉的勿长度设计为持6m降、珠8m鲜。为了充分利席用砂质粘土的竖锚固凝力剩,巷土钉的倾角设碍为总10您,游土刘钉棒(钳管数)废的水平间恼距旱(Sx休)绕和垂直间咽距牙(Sy刘)崭均设定为尾1.0m资。财(2驱)藏土钉强度和抗堡拔力验算疲根据规缩范丘,片土钉抗拉承载覆力验算按照以振下步骤进起行们:讨式塞中盒:Tj吵k族为薪第铲j急根土钉受拉荷挺载的标准现值最;Tu瞧j灾为醒第驱j句根土钉抗拉承情载力设计妨值盾;圣ζ撕为荷载折减系号数欧;基γ爆0疑为基坑侧壁重仓要性系膨数广,丰取省为型1贝;扇γ舱s苦为土钉抗拉力衬分项系薯数夫,抵取嚼1.3;dn取j纪为溪第晃j冈根土钉锚固体径直竭径毛;qsik晕为土钉穿越捉第叠i研层土土体与锚纪固体极限摩阻咸力标准馅值极;l此i孝为颈第证j唱根土钉在直线裙破裂面外稳定烦土体内的长贡度京,王破裂面与水平陶面的夹角障为垄(副β拐+拒φ熟k)/2;e拍aj沫k筑为莲第粪j址个土钉位置处勒的基坑水平荷枣载标准控值摇,冤其接中港eajk=户(构γ洁h+q0)k难a发-2c完ka,q求0没为地面均布荷拔载康,也取思为参10kN/m听2;sx去j饮、悉sz柄j坚为逐第灾j低根土钉与相邻跌土钉的平均水伯平、垂直间碧距利;脉α攀j框为厅第热j袜根土钉与水平梅面的夹腔角肚;剪β充为土钉墙坡面本与水平面的夹朱角绘;销φ估k桂为土的内摩擦观角标准右值钢;兄γ斜s堆为土钉抗拉抗赚力分项系银数细,茎取所1.流3招。按工程地质帅报告提供的土圈层结构特征和深相关的物理、谷水理和力学特魂性长,神以及基坑工程溪特熔征仙;毅归纳概化了两蚀个作为计算分醒析用的支护结惨构剖面防图玻,傻即都E1-醒1增断面栗和路E3-颠3流断阁面咐;瓦分别对两个断亚面进行土钉的僚抗拉承载力计贸算分析验逮算宴,枪其结果均满足时抗拉承载力的适要径求胆,什见而表葛2纪。它表示土创钉帅(反管师)铁的强度和抗拔号力是足够稳定笛的丹。玻(4扎)爷土钉墙整体稳喇定性验算舌土钉墙整体稳畜定性的计算分风析方法有两种使。其中圆弧条消分法是一种简夫易且行之有效者的方壳法第,御为工程实践中锦被广泛采用的肺方法。其分析巩计算姻式境(仁即安全系数计巷算公毁式劝)逗为除:盆式戚中虹:程n粪为分条皱数标;餐m得为土钉魔数台;恨γ响k叫为整体滑动分渐项系蛮数茶,凳可汽取拌1.3饱;铸γ伯0里为基坑侧壁重永要性系怨数途;眉ω肤i埋为叼第键i岩分条土符重符;b遥i俯为己第数i遥分条宽它度唇;ci露k各为稍第数i腾分条滑裂面处旬土体固结快剪递粘聚力标准歉值海;样φ库i巷k详为护第哥i犯分条滑裂面处蛮土体固结快剪欲内摩擦角标准施值络;绞θ假i杂为僚第贯i例分条滑裂面处估中点饲切线与水平面绳夹头角炸;班α散j策为土钉与水平支面之间的夹嫂角刺;L熄i医为吊第辽i撤分条滑裂面处灾弧每长智;喊s失为计算滑动体器单元厚忘度命;Tn扛j弦为南第锦j炒根土钉在圆弧五滑裂面外锚固王体与土体的极刚限抗拉曾力芝,抽可按下式确绳定锯:Tnj撑=谣π叹dnjqsi吨klni,l胖n孙i输为思第撑j吸根土钉在圆弧篮滑裂面外穿越挺第熟i梁层稳定土体内设的长度。具体业的计算结果见彻表信3耻。系从规范可佳知赵,腥安全系励数基F词s绞必须不小越于层1.0推,警基坑才不至失印稳。而且安全治系数越魂大叹,塔稳定性越好。脾从表中可知在杨开挖施工各阶胶段的整体稳定虫性均满足要求最。以上整体稳艳定性计算分析震中未考虑松木恩桩和竖向土钉葵的增强效应的阳作异用慕,顽理由之一是考惑虑作为整体安往全稳定储诱备处,陡二是作为控制申和减少土钉围泉护结构的整体剂侧向位移和沉禾降的保证措施悬。谎4.汁2恼围堰体设计计粉算怖围堰填筑体内宗铺设的塑料孙布卧,棕在平行基坑侧勾壁方向相互搭似接宽度不小于六1.0m制,抹垂直于基坑侧在壁方向连续无返接颂缝廊;惧围堰体顶上部谷应全部由塑沿料布覆霞盖旁;成分层填筑压实毕。在围堰体东太侧坡体下部或何坡脚木桩压入醒坑底土体的深抓度应不小于肃2.50m勺,田且应及时先行文用挖掘机压入锅土德中建,症它是保证围堰拉体稳定安全和士坑底稳定安全攻的重要措施。甘围堰体的稳定再性包括围堰体白边坡稳定性验信算、围堰填筑庭体地基稳定性访和围堰抗滑稳狡定性三个方甜面窃;勉依据围堰体的源形态及工程实些际情喂况钞,梳该工程围堰体姨的稳定性关键土是围堰体内部夹稳定和地基稳苏定。对围堰体学边坡稳定性验狼算可以通过理彻正软件中尝的跟morgen险stem-p授ric足e遣程序计算得出匹。填筑体地基能稳定性验算应联满足条件公送式兄[6]:昼疯式店中以:脊W更为填筑体重笔力谦;q散u遣为围堰地基承脊载墨力酷;霸γ挎为土的容兼重没;fa佳k戚为场地承载含力轻;qsi喉k盘为摩阻写力鹊;舍S方为木桩桩侧面哪积南,盐可究取虹1×刺0.1m2悠;绍H腰为填筑高夏度桂;0.鬼7障为折减系数。敌计算结果如喷表宗(4窗)乳所喂示经,荐围堰体重力与缩地基承载力之评比都远小再于形1.0早,蕉表明围堰体地夜基是安全稳定倘的继;迅其棕次露,辞围堰边坡体的榆稳定性系数都绝大器于岁1.52饱,屯也是安全稳定滑的。参考文献琴[1在]露陈肇怠元棚,脚崔京剂浩垦.跪土钉支护在基春坑工程中的应潮用买[M]铜.践北混京街:雹中粮国建筑工业出金版体社镇,1997.含[2饶]姑陈祖宝煜糊.废土质边坡稳定片性分充析义:吼原超理绒·纳方亿法杆·闸程古序茧[M]越.逃北不京削:伐中国水利水电捕出版廊社宽,2003.捞[3存]伯姚牙环