楊漢臣

(山西瑞通路橋新技術(shù)有限公司，山西 太原 030000)

0 引 言

基坑支護(hù)技術(shù)是綜合巖土工程施工的難點(diǎn)問(wèn)題之一，且基坑的安全穩(wěn)定性又與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力條件息息相關(guān)，因此，選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)也是工程研究的重點(diǎn)工作。在實(shí)際工程中，一般不單獨(dú)采用某一種支護(hù)結(jié)構(gòu)，而是應(yīng)用多種聯(lián)合的支護(hù)方式。常見(jiàn)的基坑支護(hù)形式有：放坡開(kāi)挖，不布置支護(hù)結(jié)構(gòu)，而是在放坡區(qū)間范圍內(nèi)對(duì)基坑土地進(jìn)行開(kāi)挖；排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，通常沿基坑邊線設(shè)置成排樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)，適用范圍廣；內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)，依據(jù)材料類(lèi)別可分為鋼管支撐和受鋼筋混凝土支撐，其中鋼筋混凝土支撐具有剛度大、整體變形小等，一般情況下，第一道多采用鋼筋混凝土支撐；拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)，是應(yīng)用地下連續(xù)墻、排樁等擋土結(jié)構(gòu)以及錨固體系共同形成的錨固結(jié)構(gòu)；土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，是將土釘注入墻體，并在土體表面安設(shè)鋼筋網(wǎng)同時(shí)噴射混凝土，土釘、土體及混凝土面層相互作用形成復(fù)合體，實(shí)現(xiàn)基坑邊坡的穩(wěn)定；地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，不僅可擋土、擋水，還具有承重功能；重力式水泥土擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，可充分利用原地基土，具有擋水性能好、施工噪音小、節(jié)約材料等特點(diǎn)；復(fù)合型支護(hù)結(jié)構(gòu)，是將幾種支護(hù)形式相結(jié)合，具有安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。本文中，原基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案是采用放坡結(jié)合兩道鋼筋混凝土支撐的開(kāi)挖支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)優(yōu)化后，改為放坡結(jié)合鋼筋混凝土支撐、樁錨支護(hù)的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，并重點(diǎn)對(duì)比分析優(yōu)化前后地表沉降、基坑支撐軸力的變化情況，進(jìn)而確定合理的基坑支護(hù)方案。

1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

1.1 常規(guī)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本文以某工程為例，其基坑所在地層的上部是由黏土、粉土及素填土構(gòu)成，穩(wěn)定性相對(duì)較差，而下部是由中風(fēng)化巖層及強(qiáng)風(fēng)化砂巖構(gòu)成，穩(wěn)定性相對(duì)較好，且土巖分界線位于地面以下12 m左右位置，是典型的土巖組合地層。

原基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案是：采用內(nèi)支撐支護(hù)形式，首先在開(kāi)挖至地面下7 m過(guò)程中，采用1∶1坡比的二級(jí)放坡開(kāi)挖形式，每級(jí)坡高相差3.5 m，坡面噴射C20×80 mm的素混凝土，內(nèi)設(shè)規(guī)格是?8(0.2 m×0.2 m)的鋼筋，梅花型設(shè)置鋼筋規(guī)格是?12(1.5 m×1.5 m)，設(shè)置?50PVC濾水管于斜坡位置；當(dāng)開(kāi)挖至7 m后，采用旋挖鉆孔樁進(jìn)行圍護(hù)樁的施工，鋼筋混凝土樁間距是1.5 m，且基坑外增設(shè)850 mm厚的水泥土攪拌墻進(jìn)行止水；緊接著，當(dāng)完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)后，進(jìn)行鋼筋混凝土和冠梁支撐設(shè)計(jì)，7 m放坡后，基坑是采用2層鋼筋混凝土支撐，截面尺寸是800 mm×800 mm；最后繼續(xù)向下開(kāi)挖至第二層鋼筋混凝土支撐之下，安設(shè)支撐二層鋼筋混凝土和腰梁，一直開(kāi)挖到坑底結(jié)束。

對(duì)于基坑開(kāi)挖，一般遵循先撐后挖、限時(shí)支撐，且不得超挖的規(guī)律，具體為：豎向分層開(kāi)挖至地面下7 m，分成兩級(jí)臺(tái)階，第一級(jí)臺(tái)階下3.5 m，坡腳2 m；第二階臺(tái)階下3.5 m。坡腳6 m，做到隨挖隨護(hù)坡。下挖至7 m二次放坡后，沿圍護(hù)樁內(nèi)部開(kāi)挖至第一道支撐底0.5 m處位置時(shí)，澆筑第一道鋼筋混凝土支撐和鋼筋混凝土冠梁；等上述混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后再開(kāi)挖巖層到第二道支撐底0.5 m處位置時(shí)，澆筑第二道鋼筋混凝土支撐和腰梁；再等到混凝土凝固后，繼續(xù)開(kāi)挖直到達(dá)到基坑底板設(shè)計(jì)標(biāo)高，其中，豎向分層開(kāi)挖和內(nèi)支撐設(shè)置分布示意圖如圖1所示。

圖1 基坑豎向開(kāi)挖和內(nèi)支撐具體設(shè)置分布示意圖

1.2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般要遵循以下規(guī)則：一是穩(wěn)定安全性，基坑開(kāi)挖工程能否順利進(jìn)行的首要前提條件就是施工的穩(wěn)定性和安全性，而這也是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第一任務(wù)目標(biāo)；二是經(jīng)濟(jì)性和施工便利性，整個(gè)基坑開(kāi)挖工程的前提就是基礎(chǔ)階段的施工，而施工便利性會(huì)對(duì)整個(gè)工程的進(jìn)度產(chǎn)生影響；三是對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，在設(shè)計(jì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，要選擇穩(wěn)定性和強(qiáng)度高的支護(hù)結(jié)構(gòu)，盡可能地減小基坑在開(kāi)挖回填過(guò)程中產(chǎn)生的變形，使周?chē)h(huán)境的影響程度降到最低。

本文中，原基坑支護(hù)方案采用的是二次放坡結(jié)合兩道鋼筋混凝土支撐的開(kāi)挖支護(hù)結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)圍護(hù)樁的安全和穩(wěn)定。由于在實(shí)際施工進(jìn)程中，第二道鋼筋混凝土支撐要?dú)v經(jīng)支模、澆筑以及混凝土凝固等流程，給主體結(jié)構(gòu)施工、基坑開(kāi)挖等后續(xù)工序會(huì)造成很大的障礙。此外，基坑主體結(jié)構(gòu)的支模、澆筑還會(huì)嚴(yán)重影響第二道鋼筋混凝土的支撐拆除作業(yè)。由此可見(jiàn)，原基坑支護(hù)方案存在施工工期較長(zhǎng)，且當(dāng)主體結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行支撐拆除時(shí)，不僅影響工期，且存在一定的危險(xiǎn)性，因此，需對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

基坑支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：采用放坡結(jié)合鋼筋混凝土支撐、樁錨支護(hù)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，取消第二道工序中鋼筋混凝土支撐設(shè)計(jì)，改為在第二道鋼筋混凝土支撐上下各設(shè)計(jì)一層錨桿，具體是：在高程4.9 m處，也就是在距第一層鋼筋混凝土支撐頂部位置2.8 m設(shè)置第一層錨桿，并使錨桿正好穿過(guò)土巖位置分界處在巖層中嵌入，此外錨固段全部穿透巖層；在高程5.6 m處，也就是在距第二層鋼筋混凝土支撐頂部位置2.1 m設(shè)置第二層錨桿。同時(shí)，根據(jù)調(diào)整的施工工序，將原設(shè)計(jì)開(kāi)挖至第二道鋼筋混凝土支撐，優(yōu)化改為開(kāi)挖至第一、第二層錨桿下方0.5 m的位置處。此外，對(duì)于第一層錨索，其規(guī)格是L=15 m@1 500，設(shè)計(jì)拉拔力450 kN，錨索自由端長(zhǎng)度是7 m，鎖定載荷大小是350 kN；對(duì)于第二層錨索，其規(guī)格是L=15 m@1 500，設(shè)計(jì)拉拔力450 kN，錨索自由端長(zhǎng)度是7 m，鎖定載荷大小是350 kN。

2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的對(duì)比分析

為驗(yàn)證本文土巖組合地層基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性以及穩(wěn)定性，進(jìn)而得到合理的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，本文重點(diǎn)對(duì)優(yōu)化前后地表最大沉降以及基坑第一層鋼筋混凝土支撐軸力的變化情況進(jìn)行分析。

2.1 對(duì)比分析優(yōu)化前后地表最大沉降

本文采用放坡+一層鋼筋混凝土支撐+樁錨支護(hù)的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，對(duì)比研究基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后地表沉降變化情況，分別得到圖2和圖3所示的對(duì)比圖。

圖2 原方案下，地表最大沉降變化圖

圖3 優(yōu)化方案后，地表最大沉降變化圖

從圖2和圖3中對(duì)比可看出，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，地表沉降大小值有著顯著的改善，且最大沉降值的位置也出現(xiàn)改變，最大值大小是16.27 mm；而原方案下，地表最大沉降值是25.6 mm，相比于原方案降低了36.4%，表明優(yōu)化后的基坑支護(hù)方案具有很好的穩(wěn)定效果。此外，進(jìn)一步對(duì)比分析優(yōu)化前后地表沉降值的等值線變化情況，基坑采用兩層鋼筋混凝土支護(hù)和基坑采用一層鋼筋混凝土支護(hù)結(jié)合兩層錨桿支護(hù)兩種方案下，隨基坑邊緣距離的變化，地表沉降未產(chǎn)生明顯的變化，這也表明原基坑支護(hù)方案中，在基坑陰角位置處設(shè)置施工上下坡道便道，存在明顯的合理性。

2.2 對(duì)比分析優(yōu)化前后鋼筋混凝土支撐軸力

本文對(duì)比研究基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后第一層鋼筋混凝土支撐最大軸力值的變化情況，分別得到圖4和圖5所示的軸力云圖。

圖4 原方案下，基坑第一層鋼筋混凝土支撐軸力的變化圖

圖5 優(yōu)化方案后，基坑第一層鋼筋混凝土支撐軸力的變化圖

對(duì)比圖4和圖5可看出，優(yōu)化后基坑第一層鋼筋混凝土支撐的軸力值大小出現(xiàn)局部支撐梁變大的現(xiàn)象，對(duì)于原支護(hù)方案，最大軸力值大小是1 399.29 kN；優(yōu)化后，最大軸力值大小是1 447.93 kN，增大了大約5.6%，但是最大軸力值還是在安全可控范圍內(nèi)。因此，在安全設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，鋼筋混凝土的抗壓性得到了更好地應(yīng)用發(fā)揮。

此外，對(duì)比分析還可知，優(yōu)化后第一層鋼筋混凝土支撐最大軸力所在的位置也發(fā)生了明顯的改變，主要是因?yàn)樵桨覆捎玫氖卿摻罨炷林危鴥?yōu)化后是采用錨桿給圍護(hù)結(jié)構(gòu)提供支撐，兩者作用原理不同，其中，鋼筋混凝土支撐是從基坑內(nèi)部提供反向的壓力給基坑外部的，而錨索是利用錨桿與地層間的嵌固力、摩擦力，提供向外的拉力給基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。由于地層的巖層進(jìn)行改變時(shí)，在不同的位置提供的拉力值大小也不同，但是，承受來(lái)自外部土壓力的圍護(hù)機(jī)構(gòu)其受力是一定的，所以，會(huì)出現(xiàn)第一層鋼筋混凝土支撐的最大軸力和其所處的位置的不同。

3 結(jié) 論

針對(duì)土巖組合地層開(kāi)挖的復(fù)雜性，同時(shí)為充分利用巖石的自穩(wěn)性，本文采用放坡結(jié)合鋼筋混凝土支撐、樁錨支護(hù)的基坑支護(hù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式，并重點(diǎn)對(duì)比分析優(yōu)化前后地表沉降、基坑支撐軸力的變化情況，結(jié)論是。

(1)優(yōu)化后，地表沉降降低了36.4%，第一層鋼筋混凝土支撐軸力在可控安全范圍內(nèi)增加了大約5.6%，表明優(yōu)化后的基坑支護(hù)方案在結(jié)構(gòu)上有明顯的穩(wěn)定性和安全性，能夠滿(mǎn)足基坑工程設(shè)計(jì)要求。

(2)采用放坡結(jié)合鋼筋混凝土支撐、樁錨支護(hù)能夠更好地發(fā)揮出每種支護(hù)結(jié)構(gòu)的特征。此外，還可縮短施工工期，降低工程成本。