隔離樁在臨河深基坑工程中的應(yīng)用研究

□文/劉妮

隔離樁在臨河深基坑工程中的應(yīng)用研究

□文/劉妮

隨著天津軌道交通建設(shè)的發(fā)展，出現(xiàn)了大量臨近河流的深基坑工程。如何保護(hù)臨河深基坑工程開(kāi)挖過(guò)程中的安全以及減小基坑開(kāi)挖對(duì)河流防汛墻等結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，成為了一項(xiàng)重要的課題，而隔離樁作為一種有效的保護(hù)措施，其應(yīng)用日漸增多。文章以天津地鐵某臨河車(chē)站基坑工程為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)增加鉆孔灌注樁隔離前后基坑及防汛墻的變形進(jìn)行對(duì)比分析，證明了采用鉆孔灌注樁隔離能有效的增加臨河基坑開(kāi)挖過(guò)程中的安全性。

鉆孔灌注樁；基坑；隔離樁；數(shù)值模擬；臨河

1　工程概況

某地鐵車(chē)站位于兩條交通繁忙的路段交叉口，沿南北向布置，總凈長(zhǎng)233m，標(biāo)準(zhǔn)段凈寬19.3m，為地下2層12m寬島式站臺(tái)車(chē)站，主體采用雙柱三跨框架結(jié)構(gòu)，車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度為17.38m、寬22.5m。車(chē)站布置形式見(jiàn)圖1。

圖1　車(chē)站平面

北運(yùn)河駁岸位于基坑西側(cè)，與基坑水平凈距最近處為9.41m，在1倍基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)?；訕?biāo)準(zhǔn)段兩側(cè)設(shè)置厚度0.8m、深度31m的地下連續(xù)墻，采用一道800mm×800mm鋼筋混凝土支撐及3道φ609mm鋼支撐。車(chē)站與駁岸位置見(jiàn)圖2。

圖2　車(chē)站與駁岸斷面

考慮到基坑安全并減少基坑開(kāi)挖施工對(duì)西側(cè)北運(yùn)河防汛墻的保護(hù)，擬在車(chē)站西側(cè)距離地下墻外5m處設(shè)置φ800mm@600mm鉆孔隔離樁，樁長(zhǎng)為22m。

2　數(shù)值模擬計(jì)算

隨著有限元數(shù)值模擬方法的發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)越來(lái)越成熟，計(jì)算精度也越來(lái)越高，數(shù)值模擬方法一般分為有限單元法、有限差分法、邊界元法和離散元法等，在實(shí)際工程的數(shù)值模擬中應(yīng)用最廣泛的是有限單元法。PLAXIS是功能強(qiáng)大的通用巖土有限元計(jì)算軟件，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜巖土工程項(xiàng)目的有限元分析中，適用性廣泛，尤其適合于大型基坑變形和穩(wěn)定分析。

本文將采用PLAXIS有限元分析軟件為平臺(tái)進(jìn)行鉆孔灌注樁隔離對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中的受力影響的數(shù)值模擬。

2.1計(jì)算模型及參數(shù)

1）土層參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　土層參數(shù)

基坑寬度23m，開(kāi)挖深度17.3m，采用厚度為800mm的地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，墻長(zhǎng)度為31m，墻頂標(biāo)高為4.38m。計(jì)算時(shí)考慮地面超載20 kPa。隔離樁為φ800mm@600mm的鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為22m。

2）材料參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)，地下連續(xù)墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35；柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50。鋼筋：Ⅰ級(jí)鋼fy=fy＇=270 MPa，Ⅲ級(jí)鋼fy=fy＇=360 MPa。計(jì)算模型中地下連續(xù)墻及鉆孔灌注樁、混凝土支撐、鋼支撐計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2。

3）模型。根據(jù)圣維南原理，取土層邊界寬130m、深50m。假定模型的左右邊界水平向無(wú)變形，豎直方向允許發(fā)生變形，下邊界任意方向的變形為0，見(jiàn)圖3和圖4。

圖3　無(wú)鉆孔灌注樁數(shù)值模擬模型

圖4　設(shè)置鉆孔灌注樁數(shù)值模擬模型

2.2計(jì)算分析

計(jì)算并對(duì)比分析增加鉆孔灌注樁前后基坑變形，見(jiàn)圖5-圖10。

圖5　無(wú)鉆孔灌注樁變形計(jì)算結(jié)果

圖6　設(shè)置鉆孔灌注樁變形計(jì)算結(jié)果

圖7　地下連續(xù)墻水平位移對(duì)比

圖8　地下連續(xù)墻沉降對(duì)比

圖9　防汛墻水平位移對(duì)比

圖10　防汛墻沉降對(duì)比

經(jīng)過(guò)以上對(duì)比分析，在設(shè)置鉆孔灌注樁后，防汛墻及基坑開(kāi)挖過(guò)程中地下連續(xù)墻的水平位移和沉降均大幅度減小。

2.3計(jì)算結(jié)果

經(jīng)以上計(jì)算分析，可見(jiàn)鉆孔灌注樁隔離對(duì)變形控制可以起到較好地控制作用，尤其在地鐵設(shè)計(jì)中，基坑變形控制較嚴(yán)格，本車(chē)站位于交通繁忙地段，變形控制尤其重要，在防汛墻與地下連續(xù)墻之間設(shè)置鉆孔灌注樁隔離效果良好。

3　結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中有無(wú)鉆孔灌注樁隔離的數(shù)值模擬的對(duì)比分析可以看出，增加鉆孔灌注樁隔離可以有效地控制基坑和原有建筑物的的變形，對(duì)保護(hù)基坑起到至關(guān)重要的作用，是一種非常有效的設(shè)計(jì)方案。

[1]吳國(guó)三.巖土工程數(shù)值模擬方法的發(fā)展[J].科技信息，2009，（30）：708-709.

[2]劉熙嬡.基坑開(kāi)挖過(guò)程的試驗(yàn)與數(shù)值模擬及土的微觀結(jié)構(gòu)研究[D].天津：天津大學(xué)，2004．

[3]樁基工程手冊(cè)編委會(huì).樁基工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.03.018

□TU473.1

□C

□1008-3197（2015）03-47-02

□2015-02-13

□劉妮/女，1988年出生，助理工程師，上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究院天津分院，從事軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。