大口徑薄壁鋼管樁連續(xù)墻工程監(jiān)測(cè)與分析

單昕，張繼紅

（1.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海200092；2.上海地固巖土有限公司，上海200092）

大口徑薄壁鋼管樁連續(xù)墻工程監(jiān)測(cè)與分析

單昕1，張繼紅2

（1.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海200092；2.上海地固巖土有限公司，上海200092）

鋼管樁連續(xù)墻是上海地固巖土有限公司新研發(fā)的一種新型基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。通過對(duì)上海順寓國際社區(qū)基坑建設(shè)過程中周邊管線水平及垂直位移、地下室及周邊建筑物沉降、坑邊地表沉降等進(jìn)行工程監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，采用鋼管樁連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)周邊土體及建筑物的影響比傳統(tǒng)工法小。

上海順寓國際社區(qū)；鋼管樁連續(xù)墻；基坑監(jiān)測(cè)；微擾動(dòng)施工

0 引言

經(jīng)濟(jì)合理的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)是地下建筑結(jié)構(gòu)施工作業(yè)順利進(jìn)行的保障。目前，在基坑工程中，應(yīng)用較為廣泛的圍護(hù)結(jié)構(gòu)有地下連續(xù)墻、SMW工法樁、灌注樁、鋼板樁、重力壩、放坡等［1］。這些圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取混凝土結(jié)構(gòu)，不但工期長［2］，而且大部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于難以拆除，成為廢棄的永久性結(jié)構(gòu)，從而造成大量的資源浪費(fèi)［3］。為了克服這些缺陷，上海地固巖土有限公司結(jié)合鋼板樁及地下連續(xù)墻等的優(yōu)點(diǎn)，研發(fā)出鋼管樁連續(xù)墻（Wall made of Steel Pipe Pile，簡稱WSP工法）這一基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)［4］。該結(jié)構(gòu)可以有效節(jié)約工程造價(jià)、減少工期、減少地下水對(duì)基坑的影響。

上海順寓國際社區(qū)位于上海市奉浦大道和滬杭公路交叉口東南，是首批大量使用鋼管樁連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的地下工程案例。該工程在同一基坑中同時(shí)利用鋼管樁連續(xù)墻、雙軸水泥土攪拌樁重力壩這兩種圍護(hù)結(jié)構(gòu)。筆者參考軟土地區(qū)基坑的監(jiān)測(cè)方法［5］，通過對(duì)上海順寓國際社區(qū)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平側(cè)向位移、周邊建筑物垂直位移等進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，分析了鋼管樁連續(xù)墻在結(jié)構(gòu)性能上的優(yōu)劣性。

1 大口徑薄壁鋼管樁連續(xù)墻工法分析

1.1 鋼管樁連續(xù)墻結(jié)構(gòu)

鋼管樁連續(xù)墻是一種利用大直徑（1～2m）、薄壁（壁厚10～20mm）鋼管樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體，承擔(dān)基坑內(nèi)外水土壓力的新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中的相鄰鋼管樁通過圖1所示的組合接頭進(jìn)行拼接。該結(jié)構(gòu)的鄰樁接縫處設(shè)有止水空腔，其中安裝彈性袋，并充水密封。這樣，就可以利用水體自然重度將樁間接縫填實(shí)，有效隔絕樁墻內(nèi)外的水體流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“以水堵水”的目的，并承擔(dān)水體梯度壓力。

圖1 大口徑薄壁鋼管樁連續(xù)墻拼接截面圖Fig.1 Large diameter thin－wall steel pipe pile continuous wall splicing sectional view

1.2 鋼管樁連續(xù)墻工法的特點(diǎn)

WSP工法樁由于采取較為合理的截面設(shè)計(jì)，對(duì)比同樣截面強(qiáng)度的鋼板樁，其鋼材用量較少。由于土體對(duì)薄壁截面阻力較小，WSP工法樁施工速度快，壓拔樁過程對(duì)土體擾動(dòng)小。另外，止水連接處設(shè)置多個(gè)止水空腔，可以有效降低滲漏水風(fēng)險(xiǎn)；止水空腔充滿水，將鄰樁接縫密封，可隨時(shí)檢測(cè)，并可自我修復(fù)樁體變形引起的空隙。

2 上海順寓國際社區(qū)基坑工程監(jiān)測(cè)

2.1 監(jiān)測(cè)方法

根據(jù)工程要求、周圍環(huán)境、基坑本身的特點(diǎn)及相關(guān)工程的經(jīng)驗(yàn)，按照安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則，設(shè)置的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：周邊管線水平及垂直位移監(jiān)測(cè)、地下室及周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)、坑邊地表沉降監(jiān)測(cè)。為保證所有監(jiān)測(cè)工作的統(tǒng)一，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度，監(jiān)測(cè)工作按照整體布設(shè)、分級(jí)布網(wǎng)的原則布置測(cè)點(diǎn)。即，首先布設(shè)統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，再在此基礎(chǔ)上布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（孔）。在遠(yuǎn)離施工影響范圍以外，布置3個(gè)以上穩(wěn)固高程基準(zhǔn)點(diǎn)，使其與施工用高程控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)。沉降變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)以上，穩(wěn)固高程基準(zhǔn)點(diǎn)作為起算點(diǎn)，組成水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

該工程設(shè)計(jì)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布點(diǎn)情況為：（1）坑邊地表沉降監(jiān)測(cè)布點(diǎn)情況。監(jiān)測(cè)點(diǎn)按剖面垂直于基坑邊布置，剖面間距宜為30～50m。擬布設(shè)7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，編號(hào)為JS i－1～JS i－5（i＝1～7）。（2）樁周及圍護(hù)體深層側(cè)向變形監(jiān)測(cè)布點(diǎn)情況。監(jiān)測(cè)點(diǎn)按剖面垂直于基坑邊布置。擬布設(shè)監(jiān)測(cè)斷面7個(gè)，編號(hào)為Q1～Q18。測(cè)點(diǎn)具體布置如圖2所示。

圖2 上海順寓國際社區(qū)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.2 Shanghai shunyu international community settlem ent m onitoring point arrangement

3 上海順寓國際社區(qū)基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 深層側(cè)向位移監(jiān)測(cè)

基坑周邊土體側(cè)向位移和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 基坑周邊土體側(cè)向位移監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.3 S oil l ateral displacement monitoring results around foundation pit

圖4 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.4 Lateral d isp lacement monitoring results of foundation pit suppor t structure

由圖3可知，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成后，基坑周邊土體側(cè)移絕對(duì)值均較小。并且，在總體分布上，側(cè)移絕對(duì)值隨著埋深的增大而減小。對(duì)于埋深較小的土體，采用鋼管樁連續(xù)墻作圍護(hù)結(jié)構(gòu)的坑邊土體側(cè)向位移大于采用攪拌樁部分；對(duì)于埋深較大的土體，采用鋼管樁連續(xù)墻作圍護(hù)結(jié)構(gòu)的坑邊土體側(cè)向位移介于兩側(cè)采用攪拌樁部分之間。

由圖4可知，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成后，其側(cè)向位移隨埋深增大而減小。在土體表層，鋼管樁連續(xù)墻對(duì)比攪拌樁的側(cè)向位移更大，但最大側(cè)移量僅為21 mm；隨著埋深的加大，鋼管樁連續(xù)墻側(cè)向位移迅速減少，攪拌樁側(cè)向位移減小速率較低。

結(jié)合圖3與圖4可知，同等地質(zhì)條件下，鋼管樁連續(xù)墻對(duì)比混凝土攪拌樁在側(cè)向位移的控制能力上基本一致。鋼管樁連續(xù)墻圍護(hù)區(qū)段側(cè)移較大，但仍在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3.2 圍護(hù)頂水平側(cè)向位移監(jiān)測(cè)

上海順寓國際社區(qū)周邊構(gòu)筑物分布圖如圖5所示?；訃o(hù)體頂端變形監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示。

圖5 上海順寓國際社區(qū)周邊建構(gòu)筑物分布圖Fig.5 Shanghai shunyu international community surrounding building distribution

由圖5可知，上海順寓國際社區(qū)北、東、南3側(cè)均緊鄰已建成建構(gòu)筑物，而西側(cè)距離已有小區(qū)間隔一段綠化帶。對(duì)比圖4可知，基坑西側(cè)由于土體為自然土體，沒有經(jīng)過施工加固過程，所以土體強(qiáng)度較低，進(jìn)而對(duì)鋼管樁連續(xù)墻圍護(hù)體的位移限制作用較低，從而造成圍護(hù)頂側(cè)向位移較大。

由表1可知，基坑?xùn)|南側(cè)由于緊鄰高層建筑，施工造成土體擾動(dòng)較大，所以相應(yīng)測(cè)點(diǎn)Q16－1比基坑西南側(cè)同樣采用鋼管樁連續(xù)墻圍護(hù)且周邊無建構(gòu)筑物的測(cè)點(diǎn)Q1水平位移大。

縱向?qū)Ρ然又苓厙o(hù)體的頂端變形，其垂直沉降量均相差較小，但基坑?xùn)|南側(cè)采取鋼管樁連續(xù)墻測(cè)點(diǎn)處的水平位移相比另外幾側(cè)有顯著提高，總沉降量仍在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

表1 基坑圍護(hù)體頂端變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.1 The top deformation monitoring data of foundation pit support

3.3 周邊地表沉降量監(jiān)測(cè)結(jié)果

在地表內(nèi)支撐及土體開挖作業(yè)結(jié)束后，基坑周邊地表的沉降量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 土體開挖結(jié)束后周邊地表沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.2 The settlement monitoring results of surrounding ground sur face after excavation

由于施工結(jié)束后許多監(jiān)測(cè)點(diǎn)被掩埋，所以由表2可知，最大位移點(diǎn)是基坑西側(cè)采用鋼管樁連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的JS3－2測(cè)點(diǎn)處，最大沉降量為－3.02mm。其余測(cè)點(diǎn)沉降量均在0～3.02mm范圍內(nèi)，其中最小沉降量為－0.92mm，均能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4 結(jié)語

上海順寓國際社區(qū)場(chǎng)地土質(zhì)以軟黏土為主，場(chǎng)地周邊被建構(gòu)筑物環(huán)繞，對(duì)工程施工擾動(dòng)的要求高?；咏ㄔO(shè)中，西、南兩側(cè)采取鋼管樁連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其余采取雙軸水泥土攪拌樁。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，采取鋼管樁連續(xù)墻圍護(hù)的側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形及對(duì)周邊地表沉降量的影響均比傳統(tǒng)工法小，基坑施工的工期顯著縮短，并且造價(jià)也明顯降低。所以，該工法有較強(qiáng)實(shí)用價(jià)值與推廣意義。

［1］劉建航，侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997：4-16.

［2］黃強(qiáng).深基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)技術(shù)［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，1995：34-36.

［3］劉滔，朱合華.某住宅樓傾斜原因及相關(guān)規(guī)范問題的討論［J］.巖土力學(xué)，2010，31（10）：3248－3253.

［4］張繼紅.一種自鉆進(jìn)鋼管樁連續(xù)墻施工方法及其所用的鋼管樁連續(xù)墻：中國，CN201510133502.6［P］.2015－06－24.

［5］侯學(xué)淵，陳永福.深基坑開挖引起的周邊地基土沉陷的計(jì)算［J］.巖土工程師，1989（1）：8-10.

[責(zé)任編輯 胡修池]

TU473.13

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10.13681/j.cnki.cn41-1282/tv.2016.03.009

2016-05-31

單昕（1991－），男，河南鄲城人，碩士研究生，主要從事地下建筑與巖土等方向的學(xué)習(xí)與研究。