摘要:本文参照工程实例,介绍石砌挡土墙作为坡顶,永久边坡作为中部,深基坑做底部的混合高边坡的支护方法。计算时,根据工况的不同、采用不同的参数,进行至基坑底的基坑支护计算和至地面(基坑回填后)的永久边坡支护计算,支护结构需满足临时边坡和永久边坡。
关键词:基坑;边坡;锚索;排桩
一、基坑支护坡顶高挡墙背景
由于我国东南沿海丘陵地带,山地多、平地少,导致工程建设在不同时期要考虑场地整平标高不同而形成的复杂边坡条件,即混合边坡。混合边坡是指不同高度,出现的不同类型边坡。如福州某中学地处小山包上,该小山包是花岗岩的风化残丘,在学校建设的时候,进行了山顶整平,削高填低,在山顶周边的山坡上修建了5~12 m高的石砌挡土墙,挡土墙坡脚为坡度20°~30°的自然山坡。一家地产公司购买了挡土墙以北的地块,计划建造层高为38层的住宅楼,同时设置两层联体地下室。坡顶挡土墙墙趾与地下室外墙的水平距离,挡土墙坡脚与场地整平标高,基坑的深度,挡土墙顶与地下室底板底高差形成顶部为重力式挡土墙,中部是永久挖方边坡,底部是复杂的高陡边坡,基坑位于边坡最底部,因此,基坑支护必须考虑与在其上侧的永久边坡之间的相互影响。
二、场地地质条件
拟建场地边坡原始地貌单元属剥蚀残丘坡积裙地貌,场地土层从上到下为::灰褐色素填土,松散稍密,土质大部分为黏性土,大多分布在山坡一带,层厚0.6 ;褐红色坡积粉质黏土,硬塑为主,为坡积成因,分布在场地西段,层厚在0.90~8.60 m之间;灰黄等色残积砂质黏性土:母岩为中粗粒花岗岩。饱和,可塑—硬塑,分布在场地西段,层厚为0.7~4.1 m;浅黄色全风化花岗岩,层厚在0.80~5.80 m之间;灰黄、灰白色砂土状强风化花岗岩:层厚在1.10~5.80 m;浅灰黄、灰白色碎裂状强风化花岗岩,层厚在0.70~11.50 m之间;浅灰色中风化花岗岩,揭示层厚度在3.6~23.7 m之间。
根据勘察报告,待建地块地下水主要为填土中的上层滞水,基岩裂隙水和风化岩中的孔隙-裂隙水,主要接受大气降水和学校生活用水补给,含水层富水性较差,地下水位埋深较大,永久边坡位于地下水位以上[1]。由于旧挡土墙年代已久,无法取得当年的设计资料,经对旧挡土墙墙趾多处开挖检查:东段、中段高挡墙基础为全风化岩或强风化岩,西段较低挡墙以坡积土为持力层,旧挡土墙基本完好。
三、边坡基坑支护难点
①基坑环境条件复杂,坡顶是学校操场和道路,在边坡施工时不能影响学校的正常教学;②边坡坡顶是高度较大的旧重力式挡土墙,跟据调查,高挡土墙的厚度至少3m以上,本次边坡支护不能拆除和破坏坡顶已有的挡土墙,但是边坡开挖必然会影响原有的高挡土墙,稍有不慎,坡顶的旧挡墙可能会倒塌,所以对旧挡土墙采取加固措施;③因场地条件原因,开挖的边坡高且陡;④边坡顶部是旧挡土墙,中部是永久边坡,底部是临时的基坑边坡,组成复杂,本次支护需要满足不同条件的要求;⑤场地西侧土层厚度大,性质也相对较差,岩土层的起伏变化也比较大[2];
四、基坑与边坡支护方法
(一)坡顶挡土墙加固
因为开挖挡土墙坡脚,一定会对已有挡土墙产生影响,所以对坡顶挡土墙采取加尚措施。由于挡土墙厚度大,其后填土宽度大、且回填有块石,使用锚索加固的方法效果不理想同时在挡土墙和填土中成孔难度高,所以采用钢筋混凝土结构对挡土墙下部及墙趾进行加固,使挡土墙下部与中部永久支护相结合,考虑到挡土墙的高度与荷重,决定在墙趾设置排桩,采用排桩+锚索+框架挡板加固挡土墙下部及墙趾。
(二)中部永久边坡支护
待建场地东侧与中段,中等风化岩埋藏浅,挡土墙和地下室之间距离远,进行旧挡土墙加固,采用分台阶式框架+锚索(杆)支护分层开挖[3];西侧场地窄,土层厚度大,土层性质相对较差,采用排桩+预应力锚索支护,通过调整锚索角度避开有防空洞的位置。
(3)下部基坑支护
场地东侧和中段对应的基坑侧壁是强一中等风化花岗岩,采用岩石喷锚支护。西侧永久边坡使下部基坑边坡有空间采用喷锚支护,对排桩而言,底部增加了反压土,有利于排桩底部的稳定性。
五、基坑与边坡支护设计与计算
旧挡土墙参数已经使用多年,但无异常现象,地面也没有开裂现象,说明挡土墙处于稳定或基本稳定状态,但本次边坡支护不能削弱挡土墙安全度,还应提高其安全系数,通过对旧挡土墙采用排桩+锚索+框架挡板(高3 m)的支护,挡土墙稳定性大大提高,从而提高挡土墙安全系数,其整体性大大加强,将旧挡土墙墙趾以上按挡土墙自重和操场地面荷载(走车按20kPa)作为地面均布超载进行边坡稳定性分析。对基坑边坡整体稳定性验算,稳定性系数>1.3,可满足要求。对永久边坡稳定性验算,边坡支护稳定性系数>1.3,可满足要求[4]。
六、施工监护与检测
边坡支护施工自上而下进行:先进行项部旧挡土墙加固,然后进行中部永久支护施工,最后进行基坑开挖与支护。
(1)坡顶挡土墙加固施工监护
在墙趾外侧施工排桩,排桩施工完成后,适当整平墙趾地面(不得向下开挖)后,进行圈梁和框架挡板施工,按设计要求的位置在圈梁中预留锚索孔,施工锚索在加固挡土墙的钢筋混凝土浇筑后再操作。根据施工监测结果,排桩施工后挡土墙产生3~5 mm位移,圈梁上的锚索施工并锁定后,旧挡土墙基本上既不产生位移(增量<3mm),也不产生新的裂缝,此时挡土墙加固效果好。
(2)永久支护施工
根据不同地质条件不同,进行预应力锚索基本试验,保证锚索抗拔力满足设计要求。完成坡顶挡土墙加固后,永久边坡采用分层开挖、分层施工锚索(杆):每层开挖深度至下层锚索(杆)位置,锚索(杆)施工后,施工腰梁或框架梁,其强度和锚索锚固体强度达到设计强度80%以上,锁定锚索,以此类推,完成永久支护施工。
(3)基坑支护施工
永久支护施工完成后,进行基坑开挖和喷锚支护施工,亦采用分层分段开挖、分层分段施工锚杆和面层,直至基坑设计深度,然后进行基坑封底和地下室底板、地下室施工,再回填,完成整个边坡支护。本边坡高度较大,支护较复杂,风险大,成败关键在于施工顺序和施工质量,故要求相当严格,从而保证边坡安全。基坑施工完成后,边坡位移小于15 mm。
结束语
(1)混合边坡应根据不同条件,采用不同的支护形式。应该对旧支护进行必要的加固,提高其支撑强度和整体性以及安全系数,以抵抗边坡开挖和支护施工可能造成的影响。
(2)加固过程中需考虑开挖基坑对边坡的影响,支护结构应满足永久边坡和基坑开挖形成的高边坡的支护要求,岩土参数取天然强度指标。
(3)应进行基坑回填后的永久边坡支护验算,永久边坡支护结构要满足基坑开挖时的临时支护要求,又要满足各种不利条件下,永久支护的要求,岩土参数取饱和抗剪强度指标。
参考文献
[1]吴铭炳,俞强.坡顶高挡墙的基坑支护方法[J].岩土工程学报,2012, 34(suppl):315-318.
[2]陈伟.钢内支撑+钢筋混凝土桩挡墙深基坑支护方式分析[J].建筑, 2012(8):71-72.
[3]刘献刚,胡保根,屈峰.一种用于基坑支护的挡墙及其施工方法:.
[4]刘情情,黄昌乾,潘启辉, et al.悬臂式桩板挡土墙在某边坡加固改造工程中的应用[C]//2016年全国工程地质学术年会.0.