兴化牌楼图书馆地下人防基坑支护设计施工

张金兰

1 工程概况

兴化市牌楼图书馆地下人防总建筑面积5 064.2 m2，框架结构，地下1层，地上4层。甲类核常6级物资库，平时为车库。平面外轮廓类似“刀把形”，紧靠基坑西南角是13层的高层建筑，裙楼5层;北边是20世纪70年代建的砖混住宅，距基坑边约为31.5 m，其间空地堆放施工材料;南边紧邻市区牌楼路;东边是牌楼北路和郑板桥纪念馆。基坑土质主要为易坍塌的杂填土、淤泥质土，多含有机物、建筑垃圾。施工期间为保护周边道路和建筑物安全，我院于2010年5月进行了基坑支护设计。本工程±0.00相对黄海高程为4.50，室外主干道路面4.20，地下室开挖深度约为5.75 m。

2 基坑支护方案

KC09038勘察报告显示:场地平坦，地下水位在室外地坪下，主要为潜水层，无承压水。土层信息见4.2，其中第②层粉质粘土很薄，大部分缺失。第④层淤泥质粉土，仅沿牌楼北路基坑边有，第⑤层有5A粉质粘土、5B粘土夹粉质粘土、5C粉土3层，5A土较薄，大部分缺失。根据地质资料和地下室施工图纸，设计人对周边现场进行勘察调研，吸取了附近某一基坑围护工程坍塌失败的经验教训，决定采用双轴水泥深层搅拌桩止水帷幕与钻孔灌注桩支挡相结合的围护方案。基坑等级为二级，侧壁重要性系数取1.0。

3 止水帷幕水泥搅拌桩

1)止水帷幕A—B—C～K—L—M—N段设计为φ700三排双轴水泥深层搅拌桩，其余为双排。桩顶标高－2.000，桩长11 m。相邻桩间搭接为200 mm，采用普通硅酸盐水泥32.5搅拌，水泥掺量不得小于13%。桩嵌固深度为6.5 m。止水帷幕的渗透系数宜小于1.0 ×10－6cm/s。

2)抗渗透稳定条件验算:hd=6.5 m≥1.2 ×1.1 ×3.5=4.62 m，满足要求。

3)根据场地土质差和地下水位较高的特点，为了达到止水效果，在灌注桩与搅拌桩之间(200净距)土采用压密注浆，注浆深度与搅拌桩止水帷幕深度相同。注浆液采用32.5普通硅酸盐水泥浆，浆液配比:水泥∶水玻璃 =1∶0.01，水灰比 0.5，每立方米土体水泥用量不少于180 kg。

4)水泥搅拌桩质量检测。施工后一周内开挖检查或采用钻孔取芯等手段检查成桩质量，若不符合设计要求应及时调整施工工艺。设计开挖龄期内采用钻芯法检查桩身完整性，钻芯数量不宜少于总桩数的2%，且不应少于5根。

4 基坑支护排桩设计

支挡钻孔灌注桩φ700，间隔1 m设一桩，水下C25，桩顶标高为－2.000，上部冠梁500×800。基坑东侧排桩长为15 m，其余桩长为13 m，灌注桩底主要在第⑤土层上。计算时考虑排桩侧土水压力和坑边建筑物的重量及施工期间堆载引起的附加“超载值”。为了降低排桩桩长、配筋和桩顶水平位移，减少冠梁长度和增加刚度，沿基坑排桩边每隔5根桩紧贴排桩外侧另增一根桩;在阳角处增设水平支撑梁，水平向主筋应与冠梁可靠锚固。排桩按基坑支护技术规程选用增量法，利用理正深基坑支护软件计算。例取坑边K—L—M—N段排桩计算(见图1)。

图1 排桩计算简图（单位：m）

表1 各土层相关参数

4.1 基本信息

基坑深度5.5 m，桩嵌固深度11 m，水平侧向刚度66.254 MN/m。坑边超载值30 kPa。

4.2 土层信息

采用经典法土压力模型，水、主动土、被动土压力调整系数均为1.0，各土层相关参数见表1。

4.3 计算结果

内力位移包络图见图2。

图2 包络图

地表沉降见图3。

图3 地表沉降

4.4 选筋结果

选筋结果见表2。

表2 选筋结果

排桩选筋:12Φ18(HRB400)，箍筋φ8@200，加强箍筋φ14@2 000。

冠梁:左右两侧5Φ18，上下中部2Φ18，箍筋φ8@200。

排桩配筋见图4。

图4 基坑排桩配筋图

4.5 整体稳定验算

计算方法:瑞典条分法;应力状态:总应力法;条分法中的土条宽度:1.00 m;滑裂面数据:整体稳定安全系数Ks=1.355，圆弧半径R=13.604 m，圆心坐标 X= －0.579 m，圆心坐标 Y=2.544 m。

1)抗倾覆稳定性验算。抗倾覆安全系数:

其中，Mp为被动土压力及支点力对桩底的弯矩，对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定，对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值;Ma为主动土压力对桩底的弯矩。

2)抗隆起验算。

Prandtl(普朗德尔)公式:

Ks=

1.1。满足规范要求。

Terzaghi(太沙基)公式(Ks≥1.15 ～1.25)，安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》:

Ks=

1.15。满足规范要求。

隆起量的计算:

其中，δ为基坑底面向上位移，mm;n为从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;γi为第i层土的重度，kN/m3，地下水位以上取土的天然重度，地下水位以下取土的饱和重度;hi为第i层土的厚度，m;q为基坑顶面的地面超载，kPa;D为桩(墙)的嵌入长度，m;H为基坑的开挖深度，m;c为桩(墙)底面处土层的粘聚力，kPa;φ为桩(墙)底面处土层的内摩擦角，(°);γ为桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度，kN/m3。

3)抗管涌验算。

抗管涌稳定安全系数:

其中，γ0为侧壁重要性系数;γ'为土的有效重度，kN/m3;γw为地下水重度，kN/m3;h'为地下水位至基坑底的距离，m;D为桩(墙)入土深度，m;K=4.896≥1.5，满足规范要求。

4.6 钻孔灌注桩质量检测要求

采用低应变动测法检测桩身完整性，检测数量不宜小于桩数的10%，且不得少于5根。当检测的桩身缺陷可能影响桩的水平承载力时，尚应采用钻芯补充检测，检测数量不宜小于总桩数的2%，且不得少于3根。

5 基坑降水影响计算

降水采用轻型井点，沿基坑周边布设井管。软件采用潜水完整井和基坑远离边界的计算模型。任意点降深计算采用JGJ 120-99规程公式，沉降计算采用岩土工程勘察规范方法，即不考虑应力随深度衰减的方法。水位降深5.4 m，过滤器半径0.25 m，水头高度11.7 m，渗透系数0.798 m/d，单井出水量 3 m3/d，沉降计算经验系数 1.0，地下水埋深 0.8 m。

计算结果如下:

1)基坑涌水量。

按规程附录F计算出确定降水影响半径32.99 m，基坑等效半径 39.473 m，基坑涌水量 401.368 m3/d。

2)降水井的数量。

按第8.3.3条单井出水量3 m3/d计算，需要降水井的数量134个。

3)各点降深与地表沉降。

按第8.3.7条计算，在指定范围内最小降深0.0 m，最大降深6.206 m，最小沉降0.0 cm，最大沉降18.4 cm。

4)建筑物各角点降深与沉降计算。

角点 1:降深1.375 m，沉降4.61 cm;角点2:降深0.0 m，沉降0.0 cm;角点3:降深0.0 m，沉降0.0 cm;角点4:降深0.0 m;沉降0.0 cm;各角点:最小降深 0.0 m，最大降深 1.375 m;最小沉降0.0 cm，最大沉降4.6 cm;建筑各角点之间最大倾斜率0.230 5%。

5)观察剖面上各点降深与沉降计算。

最小降深0.0 m，最大降深 0.993 m;地表最小沉降0.0 cm，最大沉降3.4 cm;建筑物埋深平面最小沉降0.0 cm，最大沉降3.4 cm。

6 施工要求及注意事项

1)步骤:先施工水泥土深层搅拌桩止水帷幕，后灌注桩，其次浇筑冠梁，最后打设井点进行坑内降水，再挖土。

2)灌注桩泥浆比重为1.1～1.15，沉渣不宜超过200 mm;轴线和垂直轴线方向桩位偏差均不宜超过50 mm，垂直度偏差不宜大于0.5%。冠梁施工前，应将支护桩桩顶浮浆凿除清理干净，桩顶以上出露的钢筋长度应达到设计要求。

3)水泥搅拌桩施工时水灰比为0.5～0.77。上半部分土为杂填土，必要时应上下多次复搅，以保证搅拌桩质量。相邻桩施工间隙不得超过10 h，且喷浆搅拌时钻头提升(下降)速度不宜大于0.5 m/min。搅拌桩要求连续施工，如因故停工24 h以上，在停工接头部位应采用注浆止水处理。

4)施工中应严格控制基坑边地面堆载，不得超设计限值。

5)基坑开挖前两周应进行坑内降水，降水深度控制在最终开挖面以下0.5 m～1 m。坑内外设置水位观测井。挖土后在坑内设明沟或盲沟集水井明排水，局部加深部分应采取相应的降水措施。基坑周边可采用井点、砂井、砂沟等回灌水措施。

7 基坑支护监测控制

1)为了保证施工安全，做到信息化管理，应委托有资质的专业单位进行监测，并提供监测专项方案。

监测内容有钻孔灌注桩顶冠梁和搅拌桩顶的竖向和水平位移、钻孔灌注桩挡墙水平变位和测斜、基坑内外地下水位观测、临近建筑物及地下管线的变形。施工监测应保持连续性，开挖阶段所有测点每天至少一次，底板浇筑成后可三天一次，进入关键施工工序时应加强监测密度。

2)建议监测报警值。

水平位移:允许值50 mm，变形速率报警值不小于3 mm/d，累计变形报警值75%允许值。地面最大沉降:允许值50 mm，变形速率报警值不小于3 mm/d，累计变形报警值75%允许值。水位观测井:变形速率报警值不小于1 000 mm/d。

8 结语

地下室施工完成且坑内土回填至室外地坪，灌注桩和水泥搅拌桩经检测均符合设计要求。

经过213 d的现场监测表明:基坑结构安全可靠，最大土体侧移6 mm，对周围环境影响较小，未发现附近地面下沉，坑内也未发现有渗漏水现象，布置在坑边建筑物和道路的各实测点变形量、最大差异变形值均未超出规范。

由此表明，本工程基坑支护设计合理，施工得当，监控到位，未发生任何险情，已达到了预期目的，为今后类似工程提供可借鉴的经验。

［1］ JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程［S］.

［2］ JGJ 94-94，建筑桩基技术规范［S］.

［3］ GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范［S］.

［4］ JGJ 106-2003，J 256-2003，建筑基桩检测技术规范［S］.

［5］ 黄训平.复杂地质条件下深基坑支护技术与监测分析［J］.山西建筑，2010，36(12):106-107.