武漢市國稅局辦公大樓地上26層，地下1層，地下室承臺或底板(地下室外墻)長45 m，寬18.0～27.5m，要求基坑周邊地下室施工作業(yè)面寬2 m�；娱_挖深度為6.4 m，局部深度為7.7 m。本場區(qū)地表2.70 m以下有厚達(dá)12～15 m的流塑狀淤泥層，基坑開挖支護(hù)涉及的土體性質(zhì)非常差，淤泥質(zhì)土的內(nèi)聚力小，內(nèi)摩擦角很小，主動土壓力與被動土壓力接近。加之，基坑周邊分布有高4層、7層的建筑物和交通繁忙的街道，距離為2.5～10.0m，同時，業(yè)主要求基坑周邊的空地作為施工場地，因此基坑支護(hù)的難度很大。
1、工程地質(zhì)概況
本場區(qū)屬長江一級階地地貌，“巖土工程勘察報告”推薦的基坑支護(hù)地層力學(xué)設(shè)計參數(shù)如表1。
表1 基坑支護(hù)地層力學(xué)設(shè)計推薦參數(shù)表
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層次
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土層名稱
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平均厚度/
m |
密度γ/
(kN.cm-3) |
內(nèi)聚力
c/kPa |
內(nèi)摩擦角
φ/(°) |
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1
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雜填土
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2.1
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19.0
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0
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20.0
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2
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粘 土
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1.5
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18.3
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18
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7.5
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3
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淤泥質(zhì)粘土
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14.0
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17.2
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14
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6.0
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4
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粉砂、粉質(zhì)
粘土互層 |
4.5
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19.0
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3
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20.0
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5
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粉 砂
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＞5.4
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19.2
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0
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33.0
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與基坑支護(hù)密切相關(guān)的另一個基本因素是水文地質(zhì)條件�？碧狡陂g測得承壓水頭埋深在地表以下4.6 m處。與長江、漢江有水力聯(lián)系。
2、基坑支護(hù)方案的選擇
在這種流塑性淤泥質(zhì)土中設(shè)計支護(hù)結(jié)構(gòu)時，首先要考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)自身的剛度以控制基坑變形。由于本場區(qū)周邊空地要用來搭建臨時建筑和堆放建筑材料，故不可能采用放坡形式；且由于淤泥層蠕變大，故不宜采用土釘墻支護(hù)形式；加之某些地段邊寬不足，基底為淤泥層，也不宜采用攪拌樁重力擋土墻結(jié)構(gòu)。所以我們認(rèn)為本場區(qū)采用鉆孔樁較為適宜，無論采用何種樁支護(hù)，樁必須打入土性質(zhì)稍好的地層中，即進(jìn)入粉砂夾粉質(zhì)粘土層中，以防止出現(xiàn)支護(hù)樁腳滑動、推擠工程樁的惡性事故發(fā)生，樁間要隔離淤泥質(zhì)土，以防止淤泥在壓力差的作用下產(chǎn)生流動。經(jīng)初步計算、綜合比較、分析，本基坑支護(hù)方案選用鉆孔樁加內(nèi)支撐的支護(hù)方案，以提高支護(hù)體系的剛度，減少基坑側(cè)壁的變形。
3、攪拌樁格柵暗撐支護(hù)的設(shè)計
由于該工地淤泥層土的力學(xué)性質(zhì)隨深度變好，含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)減小，故可將其下部厚5 m處單獨(dú)劃分為一個計算層，適當(dāng)提高內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力，參照勘察報告中土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計結(jié)果，取內(nèi)摩擦角φ=10°,內(nèi)聚力c=15kPa。其它層的力學(xué)設(shè)計參數(shù)見表1。
3.1 懸臂樁支護(hù)結(jié)構(gòu)
(1)計算條件 鉆孔樁進(jìn)入砂層，樁間距為1.1 m，深度為18 m，鉆孔樁上部空2 m放坡，樁徑Φ為900 mm。采用理正軟件研究所F-SPWV2.2版軟件進(jìn)行計算。
(2)計算方法 采用經(jīng)典法和“m法”兩種(m為樁側(cè)地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù))，其中經(jīng)典法的土壓力為經(jīng)典土壓力模式(上小下大，延至樁底)，“m法”土壓力為矩形分布模式(被動區(qū)土壓力用土彈簧代替)。
(3)計算結(jié)果 采用經(jīng)典法計算的最大彎矩為4 309 kN.m，作用深度為17.27 m，最大剪力為480kN，作用深度為11.84 m；m法的最大位移為216.9 m。計算結(jié)果表明，該場區(qū)顯然不能采用懸壁樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。
(2)計算方法 采用經(jīng)典法和“m法”兩種(m為樁側(cè)地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù))，其中經(jīng)典法的土壓力為經(jīng)典土壓力模式(上小下大，延至樁底)，“m法”土壓力為矩形分布模式(被動區(qū)土壓力用土彈簧代替)。
(3)計算結(jié)果 采用經(jīng)典法計算的最大彎矩為4 309 kN.m，作用深度為17.27 m，最大剪力為480kN，作用深度為11.84 m；m法的最大位移為216.9 m。計算結(jié)果表明，該場區(qū)顯然不能采用懸壁樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。
3.2 樁加一層支撐結(jié)構(gòu)
計算條件為設(shè)一道支撐，布置深度在地表以下2 m，鉆孔樁上部空2 m放坡和作鎖口梁。樁深和樁徑同懸壁樁一致。支撐選用桁架式鋼管結(jié)構(gòu)和角撐。按照建設(shè)部建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(征求意見稿)計算支護(hù)體系的支撐剛度，經(jīng)計算，當(dāng)支撐水平間距為14m時，支護(hù)體系的支撐剛度為15.20 MN/m。計算結(jié)果表明，雖然基坑深度不大，并采用了樁撐支護(hù)方案，但對于流塑性淤泥質(zhì)粘土，由于土壓力大，致使樁承受的彎矩和剪力較大，尤其是基坑側(cè)壁變形量大，達(dá)到123mm左右，超過了武漢地區(qū)深基坑技術(shù)指南〔1〕中規(guī)定的基坑允許變形值。位移超過允許變形值的主要原因是淤泥深厚，基底以上主要是淤泥，致使基底處位移達(dá)68mm，占總位移的55.28%。
3.3 樁加一層支撐和格柵暗撐結(jié)構(gòu)
針對這一層支撐位移較大的問題，我們采用水泥和生石灰攪拌樁對基坑內(nèi)側(cè)的土體進(jìn)行加固，一是水泥固化時吸水，可以減小基坑內(nèi)側(cè)基底處淤泥含水量，提高土層的c，φ值；二是在基底處設(shè)置暗撐，以改善支護(hù)體系的受力狀況，減小樁的受力和配筋；三是使支護(hù)體系形成箱形，提高支護(hù)體系的整體剛度，減小計算變形。根據(jù)有關(guān)參考資料和經(jīng)驗(yàn)，選定淤泥經(jīng)攪拌樁處理后樁體的內(nèi)聚力為50kPa，內(nèi)摩擦角為25°，第二層支撐計算深度在地表以下6.3 m(計算程序不允許支撐位置低于基底)，并計算暗撐的支撐剛度，結(jié)果為10.97 kN/m，其它條件同設(shè)一道支撐情況一致。兩種方法計算的結(jié)果表明，基底內(nèi)側(cè)采用攪拌樁處理可改良土的力學(xué)性質(zhì)，提高被動區(qū)的土壓力，設(shè)了暗撐以后使基坑側(cè)壁的計算變形大幅度減小，從123mm降至39 mm,減少了84 mm，基底處位移為12 mm,占總位移的30.77%，由此可見攪拌樁的作用效果顯著。初步估算，攪拌樁格柵暗撐工程造價為22萬元，占支護(hù)工程總造價的10%左右。
經(jīng)綜合分析并征求專家意見，所確定的基坑支護(hù)方案如下。
(1)鉆孔樁進(jìn)入砂層，樁徑Φ為900 mm,樁間距為1.1 m，深度為18 m，鉆孔樁上部空2 m放坡和作鎖口梁。樁的有效長度為16 m；鉆孔樁用C30砼，保護(hù)層厚50mm，配14根Φ為22 mm的螺紋鋼筋。
(2)沿基坑內(nèi)側(cè)雙排布置噴粉樁，加固深度為6.6～10.6 m，局部加肋。暗撐選噴粉樁。
(3)上層支撐選用桁架式鋼管結(jié)構(gòu)和角撐。
(4)選用Φ為350 mm的旋噴樁進(jìn)行樁側(cè)止水以防止土流動。由于基坑開挖后，相對隔水層主要是淤泥質(zhì)粘土，厚度仍有12 m，故無需作降水或封底處理。
經(jīng)綜合分析并征求專家意見，所確定的基坑支護(hù)方案如下。
(1)鉆孔樁進(jìn)入砂層，樁徑Φ為900 mm,樁間距為1.1 m，深度為18 m，鉆孔樁上部空2 m放坡和作鎖口梁。樁的有效長度為16 m；鉆孔樁用C30砼，保護(hù)層厚50mm，配14根Φ為22 mm的螺紋鋼筋。
(2)沿基坑內(nèi)側(cè)雙排布置噴粉樁，加固深度為6.6～10.6 m，局部加肋。暗撐選噴粉樁。
(3)上層支撐選用桁架式鋼管結(jié)構(gòu)和角撐。
(4)選用Φ為350 mm的旋噴樁進(jìn)行樁側(cè)止水以防止土流動。由于基坑開挖后，相對隔水層主要是淤泥質(zhì)粘土，厚度仍有12 m，故無需作降水或封底處理。
4、基坑監(jiān)測情況
在基坑邊緣、周邊建筑物設(shè)置測點(diǎn)，并在基坑邊緣布置了4個測孔以測量地層深部位移。開挖工程完成2個月后的最后一次檢測結(jié)果表明，大多數(shù)測點(diǎn)的實(shí)際位移值比計算值小十余毫米，可能原因是c，φ值偏小或m值偏小，但基坑邊的位移與計算值基本一致，相差并不大，如不采用攪拌樁改良基底淤泥層的力學(xué)性質(zhì)也沒有設(shè)置暗撐，推算實(shí)際位移值可能達(dá)到100mm左右，說明攪拌樁加固處理被動區(qū)土體和采用暗撐的作用顯著。C1和C4孔的測量曲線表明，沿樁深方向，位移呈上大下小。
總之，本基坑比類似地層中的基坑變形和沉降小得多，而且開挖順利，業(yè)主、監(jiān)理、上部建筑施工單位都比較滿意，本基坑工程被評為武漢市優(yōu)良基坑工程。
