利用高压旋喷桩处理回填土的基坑支护设计研究

卢闰秋，黄海杰

(1.南宁市建筑规划设计集团有限公司,广西 南宁 530012;2.广西建筑材料科学研究设计院有限公司,广西 南宁 530000)

随着我国城市化进程的推进,建筑对于地下空间的需求越来越高,伴随而来的是更多的深基坑工程;然而新建项目用地多位于市区内,项目四周存在已建成的建筑物,建设场地受限,且场地土层有较厚的未固结回填土。复杂的周边环境以及不利的地质条件,都对深基坑的设计提出了很高的要求。高压旋喷桩是通过高速喷射切割土体并使水泥与土搅拌混合,形成水泥土加固的做法[1],多用于地基加固、基坑止水帷幕、隧道土体加固和边坡处理;而在建筑工程的基坑工程上鲜有采用分离桩进行土体加固改良的案例。

本文以南宁市测绘信息楼深基坑项目为研究背景,详细论述了采用分离桩布置形式的高压旋喷桩处理填土,然后采用支护桩+钢管斜撑+放坡的基坑支护形式,通过对基坑支护结构、周边土体、相邻建筑物进行监测得到的变形数据,达到了处理回填土的效果,为建筑工程基坑工程的填土改良处理提供工程经验。

1 工程概况

1.1 周边环境

南宁市测绘信息楼项目地址位于南宁市五象新区,南面和北面分别紧邻金良路、庆显岭路侧亦与现有市政道路紧邻,西侧紧邻两栋已建成的框架-剪力墙结构房屋,房屋高度为36.0 m,该房屋采用筏板基础+预制管桩基础。本项目总建筑面积为21 041.28 m2,地上8层,房屋高度为32.15 m,设计2层地下室,地下室总建筑面积为16 285.90 m2,埋深为9.50 m,基坑最大开挖深度为14.30 m;本项目采用天然地基上的筏板基础,项目周边环境及基坑支护平面图见图1。

1.2 水文地质条件

本项目地形地貌较简单,抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.1g,设计地震分组为第一组,属二级场地(中等复杂场地);地基岩土种类较多,分布均匀性一般,土层性质变化较大。场地土层构成自上而下为:①1杂填土→①素填土→②1粉质黏土→②含砾粉质黏土→③泥质粉砂岩→④砾岩。素填土厚度为6.50 m～17.00 m。基坑底土层主要为①素填土和②1粉质黏土。场地由北向南场地逐渐抬高,基坑开挖范围内①素填土层厚度由北向南逐渐减小。

场地地下水主要为:1)赋存于素填土层中的上层滞水;2)赋存于含砾粉质黏土层孔隙中的孔隙潜水;3)赋存于泥质粉砂岩、砾岩中的裂隙承压水。三层地下水间相互的水力联系较密切,上层滞水可下渗对孔隙潜水和裂隙承压水形成补给。

基坑开挖范围内主要土层的抗剪强度指标见表1。

表1 基坑支护土层设计参数

2 基坑支护结构设计

2.1 场地回填土处理

由于场地呈北低南高,由北向南基坑开挖深度为9.40 m～13.30 m,基坑北侧开挖范围内几乎均为填土,南侧开挖范围内多半为填土。①素填土堆填时间约为2 a～3 a,土的均匀性及密实性较差,压缩性高,为欠固结土,属人工堆积成因。因此,不对场地的素填土进行处理,无法进行基坑支护。

基坑工程中,青岛附院东部医院采用梅花状小间距花冠注浆处理支护桩后的基坑填土[2];上海地铁站地下2层三跨结构,采用咬合式高压旋喷桩均布加固处理;青岛地铁采用咬合式高压旋喷桩作为止水帷幕施工[3]。按照往常的工程经验,需对素填土进行均布加固处理,本项目基坑宽60 m,长145 m,如采用均布加固处理,加固面积大、费用高,业主难以接受,故选择高压旋喷桩分离桩布置进行填土的加固处理。

参考《广东省海堤工程设计导则》搅拌桩复合地基的计算[4],以及广西大学陶涛采用高压旋喷桩对边坡进行土体加固的拟合公式[5],设计加固后填土的抗剪强度。高压旋喷桩采用双管法的施工工艺,直径为500 mm,呈正三角形布置,桩中心距为2 000 mm。场地平整后先采用高压旋喷桩对填土进行处理,处理范围为基坑外侧以及内侧,高压旋喷注浆深度按照开挖后的基坑剖面施工,处理后方对基坑进行开挖。高压旋喷桩的地基处理要求进入②含砾粉质黏土层不少于1 m。

2.2 基坑支护设计方案

基坑北侧、东侧、南侧开挖深度分别为9.50 m,9.50 m～13.30 m,13.30 m,设计两层地下室,地下室外墙边线距红线尚有8.5 m～12.0 m的距离。采用直径为1 300 mm,间距1 800 mm的旋挖灌注支护桩,支护桩持力层为②含砾粉质黏土层,桩长为13.50 m～18.50 m;支护桩顶—红线范围采用1∶1～1∶1.2放坡挂网喷浆处理,基坑支护典型剖面见图2。

基坑西侧最外跨为局部1层地下室,地下室外墙距红线约4.0 m,无法采用旋挖灌注桩+放坡的支护方式。采用双排支护桩,第一排支护桩设置于-2层地下室外墙位置,直径为1 300 mm,间距1 600 mm,持力层为②含砾粉质黏土层,桩长为12.0 m～17.0 m;第二排支护桩设置于距红线约3.5 m的位置,直径为1 000 mm,间距1 300 mm,持力层为②含砾粉质黏土层,桩长为13.0 m～18.0 m;桩间设置φ609 mm钢管斜撑,钢管斜撑之间的填土在地下室-1层施工完成后挖除,将基坑坡顶的主动土压力传至第一排支护桩以及地下室-1层楼板。基坑支护典型剖面见图3。

3 基坑监测数据分析

3.1 基坑监测数据结果

本项目基坑安全等级为二级,共布置水平位移监测点35个、竖向位移监测点35个、深层水平位移监测点17个,地下水位监测点6个、周边建筑物竖向位移监测点15个、周边建筑物水平位移监测点11个、周边地表竖向位移监测点12个。

基坑四个方向中部的支护桩桩顶水平位移见图4,观测结果表明:1)基坑北侧开挖深度最小,为9.40 m,基坑桩顶的水平位移稳定后仅为11.60 mm,小于理论计算结果,且放坡坡顶路面没有发生过多位移和沉降。2)基坑南侧开挖深度最大,为13.30 m,且开挖范围内均为回填土,基坑支护桩顶最大水平位移达46.50 mm,稍大于理论计算值,累计水平位移超出报警值后,加强监测观察,于筏板基础施工之前位移趋于稳定。3)基坑东侧中部开挖深度为11.30 m,开挖范围内几乎均为填土,基坑开挖到底后,在施工预应力锤击桩基础时对基坑产生扰动影响,支护桩顶水平位移产生较大的变化,基础施工完毕后,桩顶水平位移趋于稳定,最终位移值为31.8 mm,与理论计算接近。4)基坑西侧为双排支护桩结构,图4中为基坑内侧一排支护桩的桩顶水平位移,在施工基坑外侧一排支护桩时,由于外侧的相邻项目内部道路填土质量不佳,且固结时间不足一年,旋挖钻孔时已出现塌孔现象;在开挖双排桩之间的三角区放坡、施工钢斜撑时,外侧支护桩已发生较大的变形,坑外侧道路也发生一定程度的沉降开裂,水平位移的发展一直伴随着整个基坑施工过程;在基坑外侧支护桩变形稳定后,才对内侧支护桩的水平位移进行监测,最终基坑顶水平位移稳定在35.0 mm[6],与理论计算接近。

基坑坡顶土层沉降监测数据表明,北侧、南侧和东侧路面沉降均未达到报警值,监测结果小于理论计算值;西侧基坑外侧土体由于固结时间短、填土分层压实质量差,路面的沉降一直伴随着整个基坑施工的过程;红线外相邻建筑物最大沉降为2 mm,且沉降均匀,沉降差满足规范要求。

3.2 高压旋喷桩处理效果分析

通过监测数据表明:1)基坑北侧、东侧、南侧剖面形式简单,基坑坡顶水平位移值、支护桩深层位移值均在报警值之内,但略大于设计计算的变形值。由于填土的抗剪强度离散性大,多为经验值,尽管实测变形值略大于理论计算值,也可认为高压旋喷桩达到加固回填土的效果。2)西侧剖面形式较为复杂,且支护桩外侧填土加固范围有限,红线外回填土未固结、压实质量较差,导致靠近红线的支护桩坡顶水平位移以及深层水平位移均很大,即便扣除施工对坡顶位移的影响,基坑的变形也远大于理论设计计算;-2层支护桩坡顶水平位移以及深层水平位移在报警值之内,略高于设计计算值。可以看出,由于-2层支护桩基坑外侧以及内侧填土均有高压旋喷桩处理,设计变形值与实际变形值较为接近,高压旋喷桩达到加固填土的效果。

4 结论

1)本文介绍了南宁市测绘信息楼项目的基坑设计,采用高压旋喷桩对回填土进行处理,列举了处理后土体抗剪强度的设计方法;实测的基坑监测数据表明,采用分离桩进行回填土的地理处理,能够达到改良回填土、提高抗剪强度的目的。2)对于采用分离桩布置形式的高压旋喷桩进行回填土地基处理,可参考《广东省海堤工程设计导则》搅拌桩复合地基的计算公式进行初步设计;本项目基坑监测数据结果表明,该公式计算得到的土体抗剪强度可以用于基坑设计。