上軟下硬地層基坑支護(hù)型式－吊腳樁支護(hù)結(jié)構(gòu)分析

李寧寧，董亞男，孫建成

(1.北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司青島分院，山東青島 266000;2.青島城市建筑設(shè)計(jì)院有限公司，山東青島 266000)

目前，我國已步入了地鐵的高速發(fā)展期，全國各大城市相繼步入地鐵時(shí)代，在建地鐵城市中，青島有著較為獨(dú)特的環(huán)境條件和地質(zhì)條件，青島位于丘陵地區(qū)，市內(nèi)道路普遍較窄，第四系土層下覆強(qiáng)、中微風(fēng)化花崗巖，花崗巖埋深起伏較大，當(dāng)基坑豎向穿越巖土復(fù)合地層時(shí)，明挖基坑較適合采用吊腳樁支護(hù)型式。雖然當(dāng)?shù)貙τ诖朔N支護(hù)型式已大量采用，但針對其主要設(shè)計(jì)參數(shù)對支護(hù)體系的研究還較少，本文通過分析比較，系統(tǒng)總結(jié)各設(shè)計(jì)參數(shù)對支護(hù)體系的影響，為今后的施工和設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)。

1 工程概況

人民會(huì)堂車站位于太平路與大學(xué)路交叉口北側(cè)，車站北側(cè)緊鄰青島市人民會(huì)堂，西側(cè)臨近市藝術(shù)研究所，車站周邊場地較空曠，施工對交通及管線影響較小，具備明挖條件，采用明挖法施工。車站所處區(qū)域上覆5～15 m土層，下覆中、微風(fēng)化花崗巖，局部含有煌斑巖，具體地層參數(shù)詳見表1。由于車站豎向及橫向均穿越兩種差異較大的地層，基坑支護(hù)型式采用“吊腳樁支護(hù)結(jié)構(gòu)+巖石錨噴支護(hù)”與“深樁支護(hù)結(jié)構(gòu)”兩種型式，本文僅針對吊腳樁支護(hù)型式進(jìn)行分析。

表1 地層參數(shù)表

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)方案

圍護(hù)樁采用φ800@1 500鉆孔灌注樁，豎向設(shè)兩道鋼支撐加預(yù)應(yīng)力錨索，一樁一錨，錨孔直徑150 mm，圍護(hù)樁樁底全部嵌入中風(fēng)化巖層一定深度。下層巖坡采用鋼管樁加錨噴支護(hù)直立開挖?？油庠O(shè)旋噴樁止水帷幕，樁徑1 200 mm，單獨(dú)成排，咬合300～400 mm，旋噴樁入強(qiáng)風(fēng)化巖不小于500 mm。支護(hù)結(jié)構(gòu)橫剖面圖見圖1。

3 支護(hù)結(jié)構(gòu)分析

3.1 計(jì)算方法

采用的計(jì)算方法是上下邊坡分開計(jì)算，邊坡分界面取中風(fēng)化巖面頂。

上層邊坡采用圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行計(jì)算分析，邊坡高度為預(yù)留平臺以上高度;下層巖坡采用直線滑動(dòng)法進(jìn)行計(jì)算分析，巖坡高度為預(yù)留平臺以下高度，上層邊坡位于下層巖坡破裂角以內(nèi)的全部荷載作為超載作用于下層巖坡。

3.2 樁嵌巖深度對支護(hù)體系的影響

分別對樁底入中風(fēng)化巖0.1 m、0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3 m 進(jìn)行分析。本次分析取當(dāng)?shù)爻Ｓ闷脚_寬度1.2 m。嵌巖深度對支護(hù)體系的影響見圖2～圖4。樁體最大位移發(fā)生位置：嵌巖0.1 m發(fā)生于樁腳，其余均發(fā)生于第二道鋼支撐下1 m位置。鋼支撐位置見圖1。

圖1 支護(hù)結(jié)構(gòu)橫剖面圖

從以上結(jié)果可看出，為滿足基坑穩(wěn)定的最小嵌巖深度是0.5 m，且隨著嵌巖深度的增加樁體位移和地面沉降都有一定程度的減小，但減小不明顯;圍護(hù)樁內(nèi)力變化也很小，分析其主要原因是中風(fēng)化巖石可提供的嵌固力較大，較小的嵌固深度即可滿足工程要求。但結(jié)合現(xiàn)場施工情況看，巖石爆破對樁腳范圍內(nèi)巖體的完整性造成一定破壞，所以建議樁嵌巖深度取1～1.5 m。

3.3 鎖腳錨索預(yù)加力對支護(hù)體系的影響

鎖腳錨索能有效鎖住樁腳，對整個(gè)圍護(hù)樁的穩(wěn)定起著非常關(guān)鍵的作用，本文分別采用預(yù)加力為50 kN、100 kN、150 kN、200 kN、250 kN，300 kN進(jìn)行分析，得出樁體位移、地面沉降及樁內(nèi)力等與鎖腳錨索預(yù)加力的關(guān)系，詳見圖5～圖6。樁嵌巖深度取1 m。樁體最大位移均發(fā)生于第二道鋼支撐下1 m位置。

從以上結(jié)果可看出，錨索預(yù)加力對樁體位移、地面沉降和圍護(hù)樁內(nèi)力影響很小，主要是因?yàn)闃赌_嵌入非常堅(jiān)硬的中風(fēng)化花崗巖，預(yù)留了一定的平臺寬度后，有效保護(hù)了樁腳周圍巖石的完整性，且相對于堅(jiān)硬的巖石，錨索屬于柔性支護(hù)，錨索的預(yù)加力并不能對樁位移及內(nèi)力帶來明顯影響。

4 計(jì)算與實(shí)測結(jié)果對比分析

4.1 現(xiàn)場實(shí)測情況

本工程圍護(hù)樁嵌巖深度取1.5 m，現(xiàn)場實(shí)測樁體位移見圖7。

圖8 現(xiàn)場實(shí)測樁體位移

4.2 計(jì)算值與實(shí)測結(jié)果對比

目前人民會(huì)堂車站一期工程已封頂，車站施工期間，對基坑周邊地面沉降、地表裂縫、圍護(hù)樁變形，鋼支撐(錨索)內(nèi)力等進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測，施工期間一切監(jiān)測數(shù)據(jù)均在控制范圍內(nèi)。從圖8可以看出，現(xiàn)場實(shí)測樁體位移最大值及發(fā)生位置與計(jì)算結(jié)果較吻合;計(jì)算地面沉降最大值為19 mm，現(xiàn)場實(shí)測沉降最大值為15.14 mm，現(xiàn)場實(shí)測值與計(jì)算值較吻合，故目前這種上下邊坡分開計(jì)算的方法能夠滿足工程需要。

5 結(jié)論與建議

青島地區(qū)普遍為上軟下硬、巖土復(fù)合地層，雖巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均優(yōu)于土層，但對巖土交接面的處理仍是目前設(shè)計(jì)工作的一大難點(diǎn)，若處理不好，必然會(huì)危及基坑自身及周邊環(huán)境的安全。吊腳樁支護(hù)結(jié)構(gòu)能充分利用獨(dú)特的花崗巖的自穩(wěn)能力，利用圍護(hù)樁體系剛度大的優(yōu)點(diǎn)，有效控制地面沉降和樁身位移，保證基坑及周邊建筑物的安全，同時(shí)有效控制工程造價(jià)，降低施工難度。

通過以上研究，主要得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)吊腳樁支護(hù)結(jié)構(gòu)目前采用的上下邊坡分開計(jì)算的方法，能夠滿足工程要求，計(jì)算模型較為合理。

(2)樁的嵌巖深度及預(yù)留平臺的完整性是控制樁體位移的關(guān)鍵因素，根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，樁入巖0.5 m即可滿足工程需要，但是爆破工藝勢必造成樁腳一定范圍內(nèi)巖體的破碎，綜合考慮諸多不可控因素及結(jié)合目前現(xiàn)場施工情況看，建議樁嵌巖深度取1～1.5 m。

(3)雖然計(jì)算結(jié)果表明鎖腳錨索預(yù)加力對圍護(hù)樁樁腳變形影響不大，但就現(xiàn)場施工情況看，由于下層巖體爆破造成樁腳一定范圍內(nèi)巖體的破碎，錨索端部錨入堅(jiān)硬的巖石，可有效鎖住樁腳，因此施加一定的預(yù)應(yīng)力對于控制圍護(hù)體系整體穩(wěn)定可起到較好的作用，因此建議鎖腳錨索應(yīng)施加一定的預(yù)應(yīng)力，具體大小可根據(jù)工程需要確定。

(4)針對現(xiàn)場巖石起伏較大情況，建議施工現(xiàn)場重視信息化施工，及時(shí)反饋，以便能靈活地調(diào)整設(shè)計(jì)樁體長度。

(5)監(jiān)測數(shù)據(jù)回歸分析十分重要，好的分析可以為設(shè)計(jì)、施工提供良好的信息，及時(shí)有效的調(diào)整設(shè)計(jì)，完善施工，避免不良事故的發(fā)生。

［1］GB 50330－2002.建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JGJ120－99.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］GB 50157－2003.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］劉紅軍，李東，孫濤，等.二元結(jié)構(gòu)巖土基坑“吊腳樁”支護(hù)設(shè)計(jì)數(shù)值分析［J］.土木建筑與環(huán)境工程，2009，31(5)：43－48.