懸臂排樁在富水淤泥質(zhì)土層基坑中應(yīng)用

朱建偉

（中鐵隧道集團有限公司，河南 洛陽471000）

珠三角地區(qū)地質(zhì)表層以第四系全新統(tǒng)人工填土層（Qme）、第四系新統(tǒng)植物層（Qpd）、第四系沖積層（Qal）、第四系殘積層（Qel）為主。在該地質(zhì)條件下，深大基坑常用的設(shè)計方案是采用地下連續(xù)墻與排樁＋內(nèi)支撐的支護結(jié)構(gòu)形式。本文對碧桂路南國路下穿隧道基坑進行研究，對富水淤泥質(zhì)土層最大挖深為8.1m的基坑采用懸臂排樁的各工況進行受力與變形分析，利用《理正深基坑軟件6.0》軟件，通過基坑開挖過程中地表沉降及水平位移分析，驗證了支護結(jié)構(gòu)方案的安全可靠性。

1 工程概況及地質(zhì)特性

1.1 工程概況

碧桂路下穿南國路地道，起止里程為ZK54＋492.142～ZK54＋810.382，全長318.24m。地道由120m開口框架＋78.24m閉合箱型框架＋120m開口框架組成，基坑開挖寬度為31.7m，最大挖深為8.1m。開挖深度為5.6～8.1m，采用坡頂放坡，高度為3m，放坡坡底采用φ1.0m＠1.3m懸臂鉆孔灌注樁支護方式，樁體外側(cè)采用雙排水泥攪拌樁止水，不設(shè)置橫向支撐，基坑周圍環(huán)境復(fù)雜。

本文以開挖深度較大的E～K節(jié)段進行論述（挖深5.6～8.1m），基坑開挖斷面如圖1所示。

1.2 地質(zhì)特性

1）地質(zhì)特點:本項目場地系第四系三角洲海陸交互相沖淤積層中淤泥、淤泥質(zhì)土發(fā)育，軟土層具有多層結(jié)構(gòu)，場地處于抗震不利地段；

2）水文特點:地下水位相對穩(wěn)定，水位埋深為1.20～1.85m。地下水類型主要為人工填筑土中的潛水及沖淤積土層的微承壓孔隙水、基巖的裂隙水。場地內(nèi)主要含水層為粉細砂，且含水量豐富。

圖1 碧桂路下穿南國路地道基坑開挖斷面

2 方案比選

選擇一個合理的基坑支護設(shè)計方案，對保證工程安全、便利施工、控制工期、節(jié)約造價等具有重要意義。常用的基坑支護方式有:地下連續(xù)墻，SMW工法，排樁，樁錨支護結(jié)構(gòu)，土釘墻支護結(jié)構(gòu)等。結(jié)合工程現(xiàn)場水文、地質(zhì)地形條件及基坑圍護結(jié)構(gòu)形式等考慮，從技術(shù)可行性、施工可行性、經(jīng)濟合理性等方面對南國路基坑支護設(shè)計的五種方案進行綜合比較分析，選擇方案五為正式方案。

排樁支護結(jié)構(gòu)是由擋土樁和頂部冠梁構(gòu)成，它是依賴單排鋼筋混凝土樁的自身剛度和一定的嵌固力來平衡坑外水土壓力等外荷載，以維護基坑圍護結(jié)構(gòu)和基坑內(nèi)外土體的穩(wěn)定。排樁作為我國基坑支護結(jié)構(gòu)的主要形式之一，不僅施工噪音少，可多機組、多工作面同時施工，工期進度容易控制，占用基坑施工工期少；鉆孔樁施工技術(shù)成熟，工程成本相對較底，施工質(zhì)量有保證。

3 排樁支護的理論計算

基坑采用懸臂鉆孔灌注排樁支護，使用《理正深基坑支護設(shè)計6.0》軟件對基坑進行各開挖工況分析，選取最大挖深處做為典型斷面進行驗算，即基坑最大挖深的8.1m處。

3.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

3.1.1 支護方案

采用排樁支護方案，按基坑開挖最深節(jié)段進行支護結(jié)構(gòu)驗算，圍護樁采用1.0m鉆孔樁，樁間距為1.3m，樁長23.8m，圍護樁頂設(shè)置1×1.2m冠梁，支護樁頂部放坡高度為3.0m，如圖2所示。

圖2 基坑支護受力分析斷面

3.1.2 基本信息

結(jié)構(gòu)的基本信息如表1所示。

表1 排樁支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性基本信息

3.1.3 放坡信息超載信息

自原地面開挖3m后施作圍護鉆孔樁，坡度系數(shù)為1.25。由于基坑兩側(cè)受動荷載以及行車便道車輛影響，圍護結(jié)構(gòu)的被動土體壓力增大，超載值按照40kPa計算。

3.1.4 土層參數(shù)

支護結(jié)構(gòu)穿越土層信息如下，參數(shù)如表2所示。

3.1.5 工況信息

地道分三個工況進行檢算，工況1的開挖深度為3m，工況2的開挖深度為8.1m，工況3為底板施工。

表2 支護結(jié)構(gòu)穿越土層信息

3.1.6 結(jié)構(gòu)計算

3.1.6.1 工況1結(jié)構(gòu)計算

1）工況1開挖深度為3m，整體穩(wěn)定受力分析如圖3所示。

圖3 放坡開挖基坑受力分析

2）整體穩(wěn)定性采用瑞典條分法計算，工況1計算結(jié)果如下:

滿足規(guī)范要求。

3.1.6.2 工況2結(jié)構(gòu)計算

1）根據(jù)軟件的內(nèi)力分析，內(nèi)力及位移包絡(luò)如圖4所示。

2）經(jīng)計算，地表的沉降數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖4 內(nèi)力位移包絡(luò)

圖5 地內(nèi)沉降量分析

3）整體穩(wěn)定驗算:計算方法為瑞典條分法；應(yīng)力狀態(tài)為總應(yīng)力法；條分法中的土條寬度為1.00 m；滑裂面數(shù)據(jù)為圓弧半徑R（m）＝27.681，圓心坐標X（m）＝－0.555，圓心坐標Y（m）＝10.737；整體穩(wěn)定安全系數(shù)KS＝1.260。穩(wěn)定結(jié)構(gòu)工況分析如圖6所示。

圖6 整體穩(wěn)定驗算

圖7 抗傾覆穩(wěn)定性計算

4）抗傾覆穩(wěn)定性驗算?？箖A覆安全系數(shù)

式中:Mp為被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩，Ma為主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。

計算簡圖如圖7所示。工況2的計算結(jié)果如下

滿足規(guī)范要求。

3.1.6.3 工況3結(jié)構(gòu)計算

工況3是在工況2的基礎(chǔ)上，增加結(jié)構(gòu)底板澆筑工序，經(jīng)過理正軟件內(nèi)力分析，內(nèi)力、位移、地表沉降、整體穩(wěn)定驗算最大值與工況2完全相同，說明最不利情況發(fā)生在工況2（即基坑開挖至基底8.1m時）?？箖A覆穩(wěn)定性驗算，經(jīng)計算KS＝5.722＞＝1.200，滿足規(guī)范要求。

3.1.6.4 結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)匯總

各工序計算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表3 各工序計算結(jié)果匯總

安全系數(shù)最小的工況為工況2，為最不利工況，最小安全系數(shù)KS＝1.388＞1.200，計算結(jié)構(gòu)均滿足規(guī)范要求。

3.2 分析結(jié)果

1）對選取的最不利斷面處，計算開挖過程最大水平位移為57.29mm，最大地表沉降為54mm；

2）整體穩(wěn)定系數(shù)為1.26，大于規(guī)范數(shù)值1.2，滿足穩(wěn)定性要求；

3）在工況2時，抗傾覆穩(wěn)定性的最小值為1.388，大于規(guī)范值1.2，滿足要求。

3.3 排樁方案可行性分析

排樁支護結(jié)構(gòu)是由擋土樁和頂部冠梁構(gòu)成，依靠單排鋼筋混凝土樁自身的剛度和一定的嵌固力平衡坑外水土壓力等外荷載，以維護基坑圍護結(jié)構(gòu)和基坑內(nèi)外土體的穩(wěn)定。本隧道支護樁，采用理正6.0基坑軟件分析，最大位移值為57.29mm，樁體變形經(jīng)力學(xué)分析滿足要求，樁體穩(wěn)定，可不設(shè)置錨筋，方案可行。

4 方案執(zhí)行效果

1）通過開挖驗證，基坑最大沉降與位移在挖至基坑底時最大，支護結(jié)構(gòu)最大位移為48mm，與計算值57.29mm接近。地面最大沉降量的實測為37mm，計算沉降量為54mm，沉降量在計算值內(nèi)。

2）無橫支撐基坑開挖工作面寬敞，可連續(xù)分層開挖，工序簡便，施工工期較短。

5 結(jié) 論

1）排樁懸臂支護結(jié)構(gòu)一般適用于基坑挖深小于10m，嵌固深度、樁徑、配筋率都略大于樁錨支護結(jié)構(gòu)。

2）采用“懸臂鉆孔灌注排樁”，在富水、淤泥質(zhì)土層進行無支撐開挖，該技術(shù)施工簡便、技術(shù)可靠，施工質(zhì)量有保證。

3）通過在設(shè)計階段多種方案的比選，選定采用上部3m放坡開挖，下部采用懸臂排樁的方式進行基坑圍護，不設(shè)置輔助支撐，經(jīng)過近6個月的開挖驗證，施工過程中樁體位移應(yīng)控制在樁體允許位移值以內(nèi)，基坑一直處于安全狀態(tài)，施工方案得到了驗證，不僅施工進度大幅提高，也使施工造價大大降低，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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