圆形超深小口径技术在基坑支护中的应用

摘要: 本文分别从地质条件及周边环境、支护方案分析、开挖及监测等方面对圆形、超深、小口径基坑开挖支护方案进行了分析讨论，以供参考。

关键词: 基坑 地层 灌注桩 监测联合支护

前言

超深小口径圆形基坑是深基坑的一种特殊形式,其支护方案非同于一般基坑,因此,需根据其特殊性采取有针对性的、切实可行的支护方案。拟建旋流池基坑即为一圆形超深小口径基坑,有效Φ16.6m,深约25m。

1地质条件及周边环境

基坑场地地层(参数见表1),0层素填土(褐黄色,粘性土夹碎块石)、2层粉质粘土(黄褐色,可塑)、3层残积土(棕红色,硬塑)、4层粉砂质泥岩(棕红色,上部强风化下部中等风化)。

基坑周边分布多条地下管线及各种建(构)筑物。北侧最近管线约2.6m;东侧最近管线约6.0m;西侧最近管线约15m;所有管线埋深均小于2.0m。

基坑北侧距泵房基础约9.4m,泵房基础埋深约3.5m,天然地基; 基坑东侧距二总降基础约14.4m;南侧距原有排洪沟钢筋混凝土边墙约2.0m,排洪沟宽2.2m,沟深约6.0m。

2支护方案分析

根据基坑挖深、周边环境,本基坑侧壁安全等级为一级,重要性系数r0=1.1。依据岩土工程勘察报告,基坑支护设计参数见表2。

放坡开挖经济、快捷,但受场地条件限制,本基坑工程不可行;喷锚支护安全、经济、快速,但由于周边管线、建(构)筑物限制无法实施;逆作拱墙安全可靠,但由于施工条件及施工能力限制亦无法采用。

综合基坑深度和特点、场地土层(土岩结合地层)、水文地质和场地的周边环境以及施工等条件,本着安全经济的原则,本基坑工程支护结构采用排桩加桩顶冠梁、桩身中部二道环拱支护方案。但由于基坑地层为土岩结合地层,支护桩只能穿过土层入岩一部分,无法嵌入基坑底部,由此支护桩形成吊脚桩模式,不利于基坑稳定,因此,在支护桩近端部设置斜拉锚杆致使桩端稳定,以利基坑稳定。

支护桩采用人工挖孔灌注桩,支护桩嵌入中等风化岩层不小于2.0m深度;桩顶设置一道混凝土冠梁;标高-5.2m处设置一道环拱,标高-9.0m处设置第二道环拱。同时为提高基坑的整体稳定性,在第二道环拱处(近桩端部)布置一排斜拉锚杆。下部基坑为岩石基坑,均采用岩石喷锚支护。土压力及位移计算结果如图1。

抗倾覆稳定性验算:

Mp―――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―――主动土压力对桩底的弯矩

Ks=3.71,满足规范要求(Ks>1.32)

整体稳定验算:采用瑞典条分法,安全系数Ks=2.553,满足规范要求(Ks>1.3)。

3开挖及监测

深基坑施工及开挖应严格按照设计要求的工况进行施工。首先应进行支护桩(人工挖孔桩)施工,达到设计强度后,开挖至冠梁位置,施工冠梁;继续分层开挖至第一道环拱位置,施工环拱,根据开挖情况适时进行桩间土保护或泄水孔的施工;继续分层开挖到第二道环拱位置,施工斜拉锚杆,张拉锁定,然后施工第二道环拱,锚杆锁定于环拱上;垂直分层开挖岩石基坑,施工岩石喷锚,直至设计坑底标高。

开挖过程中应充分重视基坑监测,及时根据监测数据调整施工流程或方案,强调信息化施工。结合基坑特点及周边环境条件,进行如下基坑监测项目:冠梁顶面支护结构水平、垂直位移监测(4个监测点);基坑外侧重要管线、道路及建(构)筑物变形监测(17个监测点);一、二道环拱内力监测(每层3个,计6个监测点);支护桩外侧深层土体水平位移监测(4个监测点)。

4问题讨论

1)支护结构应满足特殊条件下的基坑稳定性要求,且具针对性、可行性;

2)土岩结合地层中支护桩吊脚情况宜采取有效措施,以控制桩端稳定,进而利于基坑整体稳定;基坑坑壁土岩过度段,应加强坑壁的稳定性加固措施;

3)支护结构变形、位移过大,应停止开挖,加强临时锚杆或钢板支护等措施的作用;严格控制基坑周边的超载,出现局部破坏应及时卸载、补强以免造成连锁破坏反应;

4)岩石基坑开挖,应注意有影响稳定的较大结构面的出露情况,及时进行补强加固;

5)开挖过程中,密切关注地表水及地下水情况,并及时采取有效措施,雨季施工应特别注意雨水的影响;坑内出现有异常水量时,应停止开挖,及时查明原因,进行堵漏或注浆处理;开挖后桩间土有渗水时,宜在坡面设置泄水孔或实施临时喷锚;

6)确保基坑整体稳定安全,应制订系统、周密、动态的基坑监测方案。

5结束语

通过系统的分析、对比,超深小口径圆形基坑的支护形式可根据地质条件、周边环境条件的不同,采取具针对性、且可行的特殊方案。对于土岩结合地质条件下的情况可采取排桩、环拱、斜拉锚杆联合支护体系。

支护方案要确保基坑工程的安全以及周围建(构)筑设施、道路、管线等环境的安全,同时要从施工设备条件、材料、工期以及环境保护等多方面综合研究其经济合理性、施工便利性和工期保证性。

基坑周边环境条件是支护形式选择的重要依据,同时也是基坑工程的重要保护对象,更是基坑监测内容的重点反应。

方案的实施体现在详细的、符合设计的基坑开挖施工组织设计上,其对基坑工程的稳定、安全至关重要;同时动态、科学、系统的监测更是基坑工程安全的有利保证。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。