雙排微型樁擋土墻的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳 璞，許干華

(1.杭州市城市建設(shè)發(fā)展有限公司，浙江杭州 310020；2.杭州市城市建設(shè)發(fā)展有限公司，浙江杭州 310020)

雙排微型樁擋土墻的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳 璞1，許干華2

(1.杭州市城市建設(shè)發(fā)展有限公司，浙江杭州 310020；2.杭州市城市建設(shè)發(fā)展有限公司，浙江杭州 310020)

簡(jiǎn)要介紹了雙排微型樁擋土墻的基本概念,同時(shí)闡述了微型樁擋土墻的特點(diǎn)及計(jì)算方法,并介紹了其在某河道整治工程中的應(yīng)用及取得的效果，有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

微型樁；擋土墻；河道整治

1 概述

微型樁 (micropile，minipile)又稱樹(shù)根樁(rootpile)，一般指樁徑小于300 mm、長(zhǎng)細(xì)比大于30、采用鉆孔和壓力注漿工藝的小直徑鉆孔灌注樁。自20世紀(jì)50年代初由意大利的Fondedile公司Femando Lizzi首創(chuàng)以來(lái)［1］，應(yīng)用范圍己經(jīng)從最初古建筑物基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)和托換工程,擴(kuò)展到邊坡穩(wěn)定、堤壩加固及基坑支護(hù)等工程領(lǐng)域。

排樁擋土墻是指以某種樁型按隊(duì)列式布置組成的支護(hù)結(jié)構(gòu),其作用主要是擋土、截水和防滲,多為臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，由于其布置形式靈活、施工場(chǎng)地不大、可以省去基坑支護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，部分學(xué)者已將其作為永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)成功應(yīng)用于鐵路工程、電力工程及河岸工程［2-4］。由于排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要承受側(cè)向壓力，因此常采用樁身強(qiáng)度、樁徑較大的鉆孔灌注樁。

雙排微型樁擋土墻作為一種新型支護(hù)類型,采用兩排豎向微樁及樁頂冠梁構(gòu)成空間門架式擋土結(jié)構(gòu)體系，既克服了微型樁強(qiáng)度、剛度相對(duì)弱小的缺點(diǎn),又具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)便、對(duì)地基擾動(dòng)小、適宜在工作面狹窄場(chǎng)地施工等優(yōu)點(diǎn)，是一種值得推廣的新型擋土結(jié)構(gòu)。對(duì)于雙排微型樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作機(jī)制，一些學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了深入研究。孫文懷等［5］采用數(shù)值分析的手段模擬對(duì)比了微型樁的不同布置形式對(duì)支護(hù)效果的影響，研究結(jié)果表明采用雙排微型樁梅花形布置能更好地發(fā)揮微型樁的支護(hù)作用。俞峰等［6］在軟黏土場(chǎng)地內(nèi)施工 88根微型樁構(gòu)成雙排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值分析證實(shí)了微型樁通過(guò)雙排布置形式也具有良好的圍護(hù)效果。

2 雙排微型樁擋土墻的設(shè)計(jì)

雙排微型樁擋土墻一般排距較小，可以根據(jù)等效抗彎剛度原理［7］,把雙排微型樁等效為連續(xù)墻，從而運(yùn)用懸臂式支擋結(jié)構(gòu)的彈性支點(diǎn)法［8］進(jìn)行計(jì)算。

2.1 等效抗彎剛度計(jì)算

設(shè)前排樁徑d1,樁距t1,后排樁樁徑d2,樁距t2，前后排樁之間距離為t3。根據(jù)剛度等效的原則,前后排樁可分別等效為厚度h1，h2的連續(xù)墻。h1,h2按式(1)、式(2)計(jì)算∶

前后排樁樁間土體厚度為h3(h3=t3-d1/2-d2/2)，見(jiàn)圖1。

圖1 雙排樁平面布置與簡(jiǎn)化圖

以1 m為例,其整體抗彎剛度為：

式中∶EI——整體抗彎剛度,MN·m2；

E1I1——前排樁抗彎剛度,MN·m2；

E1——前排樁的彈性模量,MPa；

E2——后排樁的彈性模量,MPa；

E3——前后排樁中間加固體的彈性模量,MPa。

等效抗彎剛度法適用于樁身強(qiáng)度、直徑較大的鉆孔灌注樁，而微型樁采用注漿工藝，導(dǎo)致?lián)跬翂偠葘?duì)土體性質(zhì)的依賴性較大,因此需要對(duì)抗彎剛度進(jìn)行折減，折減系數(shù)φ建議為0.6～0.7。

2.2 彈性支點(diǎn)法

圖2是分析計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的彈性支點(diǎn)法采用的計(jì)算參數(shù)和邊界條件,以“m”法為例,圍護(hù)結(jié)構(gòu)開(kāi)挖面以上及以下的基本撓曲方程為∶

式中：eauk——i點(diǎn)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

M——地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)；

b0——抗力計(jì)算寬度，取單位寬度；

bs——荷載計(jì)算寬度，取單位寬度；

z、y——分別為排樁擋土墻頂至計(jì)算點(diǎn)距離、計(jì)算點(diǎn)水平變形；hn—第n工況開(kāi)挖深度。

圖2 《基坑規(guī)程》彈性支點(diǎn)法計(jì)算簡(jiǎn)圖

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

杭州市某河道綜合整治工程，北起上塘河，南至繞城高速公路，全長(zhǎng)約1.77 km，規(guī)劃控制河寬15 m。駁坎設(shè)計(jì)采用漿砌塊石直立式擋墻，松木樁基礎(chǔ)，克頂標(biāo)高控制在2.7 m，上部采用緩坡入水形式。其中，沿河道岸線局部區(qū)域有多棟建筑物及配電房，建筑物基礎(chǔ)型式均為條基，下無(wú)樁基礎(chǔ)，其中距河道最近處僅13 m，涉及長(zhǎng)度范圍155 m，見(jiàn)圖3。

圖3 平面示意圖

3.2 地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地地層上、中部為晚更新世海相、海陸交替沉積地層，下部為中更新世河流相沖積或山前洪積地層。場(chǎng)區(qū)土層分布自上而下分為①層雜填土(Q4ml)，②-1層亞粘土(Q4al)，②-2層亞粘土(Q4al)，②-3層亞砂土(Q4al)，④層淤泥質(zhì)粘土(Q4m)，⑥層淤泥質(zhì)亞粘土(Q4m)。場(chǎng)地有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 圍護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.3 方案選擇

由于河道前期封道施工已與居民發(fā)生糾紛，要求在施工過(guò)程中保留3 m的臨時(shí)便道供行人通過(guò)。因此，如果按原設(shè)計(jì)漿砌塊石擋墻施工，基坑開(kāi)挖深度為6.15 m，必須設(shè)置臨時(shí)基坑支護(hù)再開(kāi)挖。對(duì)于此段河道駁坎施工提出了兩個(gè)方案：方案一采用雙排樁基坑圍護(hù)+塊石擋墻(見(jiàn)圖4)，方案二采用雙排微型樁擋土墻(見(jiàn)圖5)。通過(guò)表2可以得出，針對(duì)本工程的特點(diǎn)及周圍建筑物的情況，采用雙排微型樁擋土墻的方案較為合理。

設(shè)計(jì)方案采用兩排直徑0.3 m微樁，前后排樁間距均為0.4 m，梅花型布置，樁長(zhǎng)均為15 m，排樁距取0.3m，樁頂采用寬0.8m，厚0.2m的壓頂梁將雙排微樁連成整體。為防止河道水流沖刷、掏空樁間土，同時(shí)為保證前排樁臨水側(cè)的平整、美觀，于前排樁前設(shè)半皮松木樁貼面及6 m松木樁密打。

表2 方案比較表

圖4 方案一雙排樁基坑圍護(hù)+塊石擋墻(單位：mm)

圖5 方案二雙排微型樁擋土墻(單位：mm)

3.4 實(shí)例計(jì)算

將樁彈性模量取30 000 MPa并將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式(1)～式(3)得到：

由此可以將雙排微型樁等效為懸臂連續(xù)墻，彈性支點(diǎn)法可以采用理正深基坑軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6、圖7。

通過(guò)驗(yàn)算,樁頂最大水平位移27 mm，最大沉降量26 mm，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.988,抗傾覆安全系數(shù)K=2.843,滿足安全要求。

圖6 位移及內(nèi)力圖

圖7 沉降計(jì)算圖

3.5 施工及監(jiān)測(cè)結(jié)果

微型樁擋土墻的施工工序依次為成孔、清孔→鋼筋籠吊放→填灌骨料→配制漿液并注漿→澆注壓頂梁。

(1)成孔：采用液壓地質(zhì)鉆機(jī)成孔，孔的深度比設(shè)計(jì)的樁長(zhǎng)深0.5 m，鉆機(jī)的鉆頭與樁徑相同。

(2)清孔：成孔后對(duì)孔內(nèi)注漿進(jìn)行轉(zhuǎn)換，達(dá)到要求的一定比重泥漿水或基本達(dá)到溢出清水。

(3)鋼筋籠吊放：按規(guī)范制作安放鋼筋籠，注漿管采用直徑20 mm鐵管。

(4)填灌骨料：緩慢均勻投入石子，邊投料邊注水，填滿至孔口后略加搗實(shí)，待孔返出清水后才能注漿，碎石粒徑宜在10～25 mm以內(nèi)。

(5)配制漿液并注漿：漿液采用水泥漿，水灰比為0.5∶1, 每米樁長(zhǎng)水泥用量約80 kg。若采用一次注漿時(shí)，泵的最大工作壓力不應(yīng)低于1.5 MPa，開(kāi)始注漿時(shí),需要1 MPa的起始?jí)毫Γ瑢{液經(jīng)注出孔口從孔底壓出，接著注漿壓力宜為0.1～0.3 MPa，使?jié){液逐漸上冒，直至漿液泛出孔口停止注漿；若采用二次注漿時(shí)，泵的最大工作壓力不應(yīng)低于4 MPa。待第一次注漿的漿液初凝時(shí)方可進(jìn)行第二次注漿，第二次注漿壓力宜為2～4 MPa。

(6)澆注壓頂梁：鑿開(kāi)微型樁頂混凝土，露出鋼筋，錨入所澆注的壓頂梁內(nèi)。

為保證施工過(guò)程中附近建筑物的安全，在排樁壓頂梁布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)施工過(guò)程中樁頂變形進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)到樁頂最大位移是33 mm，與計(jì)算基本相符?，F(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖6。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)施工照片

4 結(jié)論

在施工技術(shù)或場(chǎng)地條件等受限制時(shí)，雙排微型樁擋土墻是代替重力式擋墻結(jié)構(gòu)、樁錨結(jié)構(gòu)的一種較好的支護(hù)形式。其施工簡(jiǎn)單、速度快、投資省，特別適合于施工作業(yè)面狹窄、緊靠相鄰建筑物條件下的河道整治中應(yīng)用。

［1］ Bruce D A,Dimillio A F,Juran I.Introduction to Micropiles∶ An International Persepective, Foundation Upgrading In∶ William F, Kane and John M Tehaney［J］.Geotechnical Special Publicatiom and Repair for Infrastructure Improvement. New York∶ Geotechnical Special Publication,ASCE,1995(50)∶1-26.

［2］ 崔俊杰,韓志霞.排樁擋土墻的設(shè)計(jì)及有關(guān)問(wèn)題探討［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2006(11)∶13-15.

［3］ 韓曉晶.排樁擋土墻在電力工程中的應(yīng)用［J］.山西建筑,2011(22)∶56-57

［4］ 陳俊珉.排樁擋土墻在河岸工程中的應(yīng)用［J］.城市道橋與防洪. 2007(9)∶52-56.

［5］ 孫文懷.深基坑微-型樁布置形式對(duì)支護(hù)效果的影響分析［J］.山西建筑,2014(40)∶44-45.

［6］ 俞峰.軟黏土中雙排微型樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開(kāi)挖過(guò)程性能分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2003(23)∶1175-1184.

［7］ 熊巨華.一類雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法［J］.勘察科學(xué)技術(shù),1999(2)∶32-34.

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U417.1+1

B

1009-7716(2015)08-0062-04

2015-04-09

陳璞(1983-)，男，浙江杭州人，工程師，從事市政設(shè)計(jì)與管理工作。