工程基坑支护与古树保护

广州职业技术院校迁建一期安置区（标段二）
工程基坑支护与古树保护方案
本项目占地面积3.68万平方米。

农田大概占80%的面积，其所辖范围东靠荔城，西邻中新，南接新塘、石滩。

位于增城市朱村街。

朱村街位于广汕公路旁之“广州职业技术院校迁建一期安置区（标段二）”基坑开挖深度约5~11米,距基坑边沿8.5~13 M存在1棵挂牌古树。

对于古树保护，设计考虑了风荷载的不利影响，提出了近似计算模型，采用了2道预应力锚素及锚杆的桩锚支护体系，并结合古树的生长特性进行适度浇水，保障了百年名贵古树的安全；
1、工程概况
广州职业技术院校迁建一期安置区（标段二），位于增城市朱村街。

朱村街位于广汕公路旁，距广州45 公里，总面积3.68 万平方米。

现在的朱村街，农田大概占80%的面积，其所辖范围东靠荔城，西邻中新，南接新塘、石滩。

本标段主要工程量：深层搅拌桩13000米（Ф550）；预应力锚索7050米；喷射混凝土6582.0平方米；灌注桩2800米（176根，Ф800）；基坑开挖深度约为5-11.0米，土方量约27.430万立方米。

2、工程水文地质条件
1、工程地质
根据地质资料反映，上部第四系覆盖土层主要有人工堆积的素填土，冲～洪积成因的淤泥质土、砂层、粉质粘土，坡积成因的粉质粘土，残积成因的砂质粘性土，下伏基岩为中新岩体官庄单元的花岗岩( O1G )。

〈1〉人工填土(Q ml) <1>
灰黄、黄褐色、灰等杂色，主要由粘性土、砂土组成，局部钻孔由花岗岩残积土及碎石土回填而成，层厚0.4~4.1 m，平均厚度1.73m。

〈2〉淤泥质土<2-1>
深灰、灰黑等色，以粘粒为主，局部含有机质，偶见腐木，饱和，呈流塑～软塑状态。

层面标高6.84～13.65m，层面埋深1.2～5.9m，层厚1.6～3.5m，平均层厚2.33m。

〈3〉软塑粉质粘土<2-2>
灰黄、黄红、灰色，主要由粉粘粒组成，含少量砂粒，偶见腐木，湿，呈软塑状态，层面标高9.49～12.74m，层面埋深0.0～4.7m，层厚1.3～5.9m，平均层厚3.58m。

〈4〉细砂<2-3>
灰、灰黄、土黄、灰白、黄褐等色，以细砂为主，局部含中砂及少量粘粒，饱和，多呈松散～稍密状态，局部呈中密状态。

层面标高-1.46～10.00m，层面埋深2.8～14.0m，层厚0.5～13.5m，平均层厚2.68m
〈5〉中砂<2-4>
灰白、黄褐、浅灰等色，以中砂为主，局部含细砂、粘粒和砾石颗粒，饱和，多呈稍密状态，局部呈松散或中密状态。

层面标高1.38～9.98m，层面埋深3.1～11.3m，层厚0.9～5.1m，平均层厚2.63m。

〈6〉可塑粉质粘土<2-5>
灰褐、黄褐、黄红等色，以粉粘粒为主，含少量粉细砂，湿，呈可塑状态。

层面标高2.94～13.68m，层面埋深0.0～8.7m，层厚0.5～12.8m，平均层厚3.94m。

〈7〉可塑粉质粘土<3>
黄褐、黄红等色，以粉粘粒为主，含中细砂，湿，呈可塑状态。

整个场地大部分有分布。

层面标高9.25～19.74m，层面埋深0.0～4.1m，层厚1.1～7.8m，平均层厚3.44m。

〈8〉残积层(Qel
分可塑砂质粘性土<4-1>、硬塑砂质粘性土<4-2>，<4-1>层面标高0.22～17.86m，层面埋1.3～13.1m，层厚1.3～18.9m，平均层厚6.35m，黄褐色、红褐色、青灰色等色，为花岗岩风化残积土，以粘粒和石英砂粒为主，呈可塑状态，但遇水易软化、崩解，强度显著降低。

<4-2>层面标高-8.67～14.44m，层面埋深3.0～22.4m，层厚1.7～17.5m，平均层厚5.87m，黄褐色、红褐色、青灰色等色，为花岗岩风化残积土，以粘粒和石英砂粒为主，呈硬塑状态，但遇水易软化、崩解，强度显著降低。

〈9〉岩层（O1G）：
根据钻探揭露，下伏基岩为中新岩官庄体单元的花岗岩( O1G )，根据风化程度和裂隙发育程度，将岩层分为全风化、强风化、中风化、微风化，
全风化：层面标高-12.45～7.13m，层面埋深 6.1～25.0m，层厚 1.0～9.8m，平均层厚为4.47m。

平均值37击。

强风化：层面标高-16.67～3.23m，层面埋深11.2～31.7m，层厚0.8～18.0m，平均层厚为6.1m。

在本层进行72次标准贯入试验，其实测击数为50～100击，平均值54.5击。

中风化：层面标高-26.15～4.5m，层面埋深8.7～41.0m，层厚0.7～4.9m，平均层厚为2.74m。

单轴抗压强度fr=17.1～82.6MPa，平均值fr=43.6Mpa，标准值fr=37.5Mpa。

微风化：层面标高-29.35～-0.56m，层面埋深14.2～44.2m。

在该层共采取岩样8组做饱和湿度单轴抗压强度试验，其岩样的饱和湿度单轴抗压强度fr=58.8～119.8MPa，平均值fr=95.0Mpa，标准值fr=85.2Mpa。

水文
地下水位：地下水的埋深介于0.4～5.9m之间，地下水变化幅度1～3m。

地下水类型及赋存与补给：上层滞水，主要赋存于填土中，补给来源主要靠大气降水，补给量受季节的影响明显。

；潜水，主要赋存于砂层中是本场地的主要含水层，补给来源主要靠大气降水及附近河水的补给，补给量受季节的影响明显；岩层中的裂隙水，与基岩的裂隙发育及其连通性有关，主要的补给来源为大气降水，补给量受岩体破碎程度及范围的影响明显。

3 、工程特点和难点
根据基坑总平面图（见图1）、基础图、周边地下管线图等资料及现场踏勘情况分析，本基坑工程主要有以下主要特点：⒈基坑开挖深度约5～11米，基坑占地面积达3.68万平方米，属于深大基坑；2.邻近基坑有1棵国家古树，树龄二百年以上，树冠很大，规划部门为保留古树特意调整用地轮廓树干离基坑边沿最近为6.8m；最远离基坑边沿为13米。

⒊基坑场地周围环境较为复杂，西北有一个10米高的坡地，中部有一个6米高左右的坡地，西侧有一个面积9000平方的池塘。

图1
因此本工程的技术难点主要在于三个方面：其一是古树树冠很大且邻近基坑边沿，要保证在风荷载作用下基坑边坡和古树的稳定，同时还要考虑基坑开挖后古树生长环境的变化；其二是有一树分支进入基坑内约5.6米；
4、基坑方案设计
4．1基坑支护整体方案
古树区域由于其存在很大的风荷载，同时设计考虑保留其周边赖以生存的土体，采用桩锚支护体系，护坡桩基本升至地表；东、南、北侧设计采用水泥搅拌桩加土钉挂网喷浆形成挡土土钉墙、上部沿坑边外退约4米宽采用放坡加挂网喷浆，降低基坑支护桩侧压力，下部增加锚杆作为支护体系。

增加基坑支护体的稳定性。

土钉墙的支护高度要考虑变坡的稳定；其它区域综合考虑安全和经济等因素，采用了搅拌桩和土钉墙支护方案。

4．2基坑设计中考虑临边树木风荷载的近似计算
本区域基坑支护设计中如何合理地考虑古树在风荷载作用下对边坡的不利作用和相应的计算模型，对设计者存在一定的难度。

在近似计算时，古树地上部分的断面形式取为等腰三角形，树冠最大直径取为20.0M，考虑树枝间存在一定的间隙，根据建筑荷载规范计算出相应风荷载后乘以0.5进行折减；假设树根部主要受力区域为无限刚度基础，其基底压力呈直线分布，为了计算方便取该基础为正方形（应接近圆形），尺寸为8M X 8M ，假设该基础埋深为2.0M，由于树根的特性假设受风荷载作用时基础背风方向的区域承受竖向压荷载；近似计算时可将风荷载作用等效成作用于基础上的弯距，便能计算出该处基底压力的分布，将此基底压力作为超载；另外将大树的自重荷载（假定为均布荷载）也作为超载，采用相关程序便可进行基坑支护的计算。

4．3古树区域基坑支护设计。

古树周边地面表层为第四系覆盖土层，原设计采用表面挂网喷射砼，放坡角度1：1.5,喷射C20混凝土，厚度为100mm。

8～13m为桩锚支护体系，护坡桩为桩径550mm的搅拌桩，桩间距为350mm;桩顶设计标高为13～14.5米,桩底设计标高为5.0m,桩长约8.0~9.5m，桩外设置护坡加挂网喷浆保护。

该剖面在10.8m标高设置第一排钢筋锚杆以15度向内下锚入；由于该古树胸径较粗，树冠大，加上离基坑边沿很近，最短距离仅8.66M，树杈又比较低对搅拌桩机无法立机，水泥搅拌桩机无法进入到桩位处进行操作。

建议改用单管高压旋喷桩埋入基坑底大于3米并增加φ114x5微行钢管桩锚入基坑底与旋喷桩同长，成孔130，间距1300mm，每米高压水泥量250KG。

设置三道预应力钢筋锚杆，长度按设计长度，古树方案所增加相关费用按实由业主支付给施工方。

见支
护剖面图见L-L大样图。

4．4西侧基坑支护设计
古树范围地面采用土钉墙喷锚支护，支护高度约为3.0m，放坡角度1：1.5，土钉竖向间距0.7m,水平间距1.30m,共设3排土锚钉，土锚钉长度按原设计。

土钉成孔孔直径为110mm,水平夹角为15°，土钉杆体材料采用φ20螺纹钢筋加焊隔离架制成，土锚钉注浆体采用纯水泥浆，水泥采用42.5R，水灰比为0.5。

基抗坡面人工清理修坡后铺设φ6.5@200×200的钢筋网片，在土锚钉端头部分设置φ16水平压筋，然后喷射平均厚度80～100mm的喷射混凝土，喷射混凝土的强度等级为C20。

在喷浆面从底部至顶部不得设置泄水管。

确保土层内的水份不流出来。

表2 古树区域锚杆参数
锚杆标高
锚杆长度
自由段长度
锚固段长度设计荷载锁定荷载锚杆间距锚杆倾角杆体材料
/m /m /m /m /kN /KN /m /(°) （1860Mpa）
-5.176 23.00 5.00 18.00 650 400 2.4 15 4φ15.2
-10.176 20.00 5.00 15.00 550 350 1.6 15 4φ15.2
4.5其它区域基坑支护设计简述
其它区域采用了复合土钉墙支护体系，结合土层特性采用上缓下陡的折线坡面，设置3~4排预
应力钢筋锚杆，锚杆水平间距为1.3mm，锚杆垂直间距为1.1mm。

土钉墙体系对水非常敏感，成功
支护的关键在于对不明地道汇水形成的冲刷进行有效预防和及时处理。

在设计和施工的前期阶段，
对各种管线进行了大量人工探查，对废弃管线和不明管道的上游合理位置提前采取砌筑、抬高或
封盖等有效处理措施。

4．6古树针对性保护措施
对古树的保护主要考虑以下三个方面：
（1）要保证古树处边坡的稳定，尤其是大风季节边坡的安全。

在古树区域的支护剖面设计中
充分考虑此因素，采用了可行的近似计算模型，适当地提高了基坑边坡的安全系数。

（2）保障植物生长的要求。

根据古树品种（榕树），了解植物特性。

锚杆土钉避开其主要要系
的生长区域，并在主要吸湿范围内进行适当的浇水，保证适宜的土壤含水率。

此区域加强了桩间
支护，桩间喷射混凝土与护坡桩牢固搭接，有助于保水保湿。

（3）对古树树干做好预防性支撑架和防护栏。

由于古树年事己高，并且极其珍贵，为以防万
一，在地面上用φ48钢管组合做好支撑，预防各方面的倾倒，并可有效防止施工设施对树干造成
的伤害。

5、施工简介
5．1护坡桩施工
该场区属于古老城区，地处上坡边沿土质较为复杂，可能出现长搅拌桩无法进尺的情况，这些
区域或被迫采用高压旋喷桩并增加微型钢管桩的施工工艺。

5．2土钉锚杆施工
根据设计要求，均采用4排钢筋锚杆均为人工成孔的工艺，避免机械成孔对古树根系等的损害。

6、基坑监测
工程监测主要内容包括支护体系水平位移，在土钉墙坡顶和桩锚体系顶部埋设位移观测点，间距按设计要求设置；另外在基坑西侧设置沉降观测点；二标段共计设置水平位移观测点16个，沉降观测点18个，支护桩或土体测斜监测点9个，地下水位监测点5个，均能满足基坑监控要求。

7、结论
（1）基坑支护设计已充分考虑风荷载作用对支护体系的影响。

本文提出了可行的近似计算方法，将风荷载转化成作用于某深度的竖直方向超载，即可实现考虑风荷载的支护结构计算。

由于大树所承受的风荷载的定量计算非常复杂，不同于实体建筑物风荷载的计算；另外对于古树根部压力分布采用的类似于浅基底压力的计算方法，也有待于进一步的研究改进。

（2）对于古树的保护要注重对古树植物生长特性的了解，采取相应的保护措施，土钉锚杆的施工不会损伤古树的主要根系，在四周土体挖除后要注意保持古树邻近预留土体的温度和水分含量，可以进行适当的浇水补充水分。

（3）地下水是深基坑支护安全中最重要的因素之一。

地表渗水、地面水冲刷等往往会造成基坑事故。

对各种可能冲刷基坑边坡的水源要事先收集进行预先防范处理措施；施工中应加强日常巡查，出现漏水点要及时处理。

确保基坑支护体系稳定，保证古树的安全稳定。