深基坑管樁支護的影響效果分析

(1.十四冶建設(shè)云南勘察設(shè)計有限公司，昆明 650031； 2.昆明理工大學建筑工程學院，昆明 650500)

1 引言

近年來我國城市化建設(shè)的快速發(fā)展，建設(shè)用地緊張、交通不便、空間狹小等問題突出，隨著對地上地下尋求發(fā)展空間[1]，從而產(chǎn)生了很多的深基坑。深基坑工程是一個非常復雜的巖土工程問題[2]，涉及到土層性質(zhì)、地下水、周邊環(huán)境等?；又ёo結(jié)構(gòu)一般都為臨時性的，進行支護設(shè)計時，如何充分考慮場地的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及周邊環(huán)境情況，因地制宜的設(shè)計穩(wěn)定性好、變形小、投入少、工期能夠保證，施工難度又不大，即在多指標考察下，綜合效益最優(yōu)的支護方案，是對基坑支護設(shè)計人員的挑戰(zhàn)，也是建設(shè)方關(guān)心探討的問題?，F(xiàn)在基坑支護設(shè)計對使用錨索的限制[3]以及工程質(zhì)量為第一要求，大直徑的旋挖灌注樁在基坑支護工程中的應用越來越廣泛[4]?，F(xiàn)以某實際深基坑支護設(shè)計方案為例，根據(jù)基坑周邊建(構(gòu))物的變形監(jiān)測結(jié)果、支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形計算結(jié)果、工期、造價、成樁工藝及成樁效果等資料，對同一基坑不同剖面分別采用旋挖灌注樁及鋼管樁進行支護效果進行對比分析，分析結(jié)果可為今后類似基坑支護方案選擇設(shè)計時提供參考。

2 工程概況

2.1 基坑及周邊環(huán)境條件

擬建主要建筑物為三棟超高層住宅樓，其余為低層商業(yè)建筑及地下室，均為剪力墻結(jié)構(gòu)。項目設(shè)整體的三層地下室。根據(jù)建設(shè)單位提供地勘報告資料、周邊路網(wǎng)管線資料、現(xiàn)場放線測量結(jié)果，考慮坑內(nèi)300mm深的排水溝后，基坑實際開挖深度為14.1m，基坑周長517.6m?；又苓吋t線外環(huán)境情況：基坑東側(cè)為圍墻及30m寬有重車運行的白塔路； 南側(cè)為20m寬規(guī)劃路，路對面為住宅小區(qū)； 西側(cè)為15m寬規(guī)劃路； 北側(cè)為圍墻及24m寬規(guī)劃路，路對面為10F國稅局辦公樓?；影姿芬粋?cè)安全等級取一級，其余為二級。

2.2 工程水文地質(zhì)條件

表1 土層物理力學參數(shù)

根據(jù)鉆探揭示的土層結(jié)構(gòu)及其物理力學性質(zhì)，場地地基土按成因類型可分為第四系人工堆積層(Qml)、沖洪積層(Qal+pl)、沖湖積層(Qal+l)、殘坡積層(Qel+dl)及二迭系下統(tǒng)茅口組(P1m)基巖等5個大層。場地土層呈典型的多韻律交替沉積特征，基巖(灰?guī)r)面起伏較大。

場地地下水類型為第四系松散層孔隙水及基巖(灰?guī)r)巖溶水。根據(jù)鉆孔抽水試驗結(jié)果，地下水影響半徑為86.1～92.9m，故對基坑影響較大。松散層孔隙水具弱承壓性，主要含水層為②2層圓礫，其透水性和富水性較強； 其次為②2a、③1、③2b、③3、④4a、③4b等層粉砂，其透水性中等，富水性弱至中等。場地淺部松散層地下水水位埋藏較淺，地下水位、水量隨季節(jié)變化較大，對基坑工程影響較大。各土層的物理力學性質(zhì)指標如表1所示。

2.2 基坑支護

基坑支護剖面的劃分[5]見基坑支護平面布置圖1。為節(jié)約支護成本，基坑東側(cè)局部支護樁采用可回收鋼管樁，型號為Q235φ830×12焊接鋼管。支護剖面中1-1、4a-4a、4b-4b剖面，上部3.5m取臺放坡后采用φ830鋼管樁@1.1m+4排錨索@2.2m； 5a-5a剖面(主樓距坑邊12.2m)，整體取土3.5m取臺放坡后采用φ830鋼管樁@1.1m+4排錨索@2.2m； 5b-5b剖面整體取土3.5m后采用φ830鋼管樁@1.2m+4排錨索@2.4m； 2-2剖面寬4m、高3.5m取臺后采用φ800 @1.3m灌注樁+4排錨索@2.6m； 3-3剖面寬1.8m、高3.5m取臺后采用φ800灌注樁@1.1m+4排錨索@2.2m。止水帷幕樁采用φ600@400的長螺旋攪拌樁，樁長18～20m。所有支護面都進行了掛網(wǎng)噴砼支護，樁頂設(shè)置鎖口梁。采用鋼管樁及灌注樁的支護剖面圖詳見圖2及圖3所示。

3 支護效果分析

3.1 兩種支護樁受力分析

圖1 基坑支護平面圖 圖2 鋼管樁+錨索支護剖面圖

圖3 灌注樁+錨索支護剖面圖

采用理正深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件7.0，對直徑為0.8m的C30鋼筋混凝土支護樁及Q235φ830×12.0的無縫鋼管支護樁進行支護內(nèi)力計算。為方便比較分析，選擇的兩個支護剖面的基坑深度都是14.1m，支護樁嵌固深度7.4m，樁頂標高在-3.50m，樁間距1.2m，冠梁尺寸1.2x1.8m，周邊附加荷載等條件都基本相同的支護剖面進行計算分析比較。計算出鋼管樁及鋼筋混凝土樁的樁身位移、彎矩及剪力結(jié)果分別見圖4及圖5。對比計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用鋼管樁支護較鋼筋混凝土樁支護時，其樁身的最大位移值偏大，而樁身的最大彎矩則較鋼筋混凝土樁小，而對樁身最大剪力分布也偏小一點。分析其原因是鋼筋混凝土支護樁剛度較鋼管樁的大，即在水平力作用下位移就小，同理鋼筋混凝土樁身剛度大，承受水平荷載的能力強，相應的樁身彎矩就大，力分配時錨索承受的錨拉力?。?反之，鋼管樁剛度小，承受的水平剪力大小，相應的樁身所受彎矩偏小，力分配時錨索受力就大。

圖4 鋼管樁支護內(nèi)力計算結(jié)果

圖5 灌注樁支護內(nèi)力計算結(jié)果

3.2 變形分析

對周邊建筑物、道路、地下管線及圍護墻頂位移的第三方監(jiān)測結(jié)果進行分析，監(jiān)測結(jié)果如表2所示。圍護墻頂豎向位移最大變化值-4.17mm，水平位移最大變化值4.3mm，位移量都較??； 地下管線最大沉降5.51mm； 周邊建筑物豎向位移4.82mm； 周邊道路豎向位移大于水平位移，最大豎向位移僅4.99mm。即變形值都遠小于控制值[6]，支護結(jié)構(gòu)安全可靠。圖5給出了變形監(jiān)測最終結(jié)果，從監(jiān)測結(jié)果可以看出，采用管樁支護的變形監(jiān)測結(jié)果稍微大一點，最大4.3mm，采用鋼筋混凝土灌注樁支撐，最大變形達3.0mm，相差不大，變形很小，只是允許的控制值30mm的1/10，所以采用鋼管樁支護也完全能夠滿足要求，且施工工期短。

3.3 造價分析

因是試驗研究，所以大部分的支護還是采用采用φ800的長螺旋鉆孔灌注樁。采用φ800的旋挖成孔C30的混凝土灌注樁，工程量是5 173m，每米的單價是697.8元，總價是3 609 709.05元。φ830鋼管樁的工程量是630m，綜合單價是525元，總價是330 750元； 止水采用直徑600深層攪樁，總價是897 582元。

表2 基坑圍護樁頂及周邊環(huán)境監(jiān)測值及控制值

從比較φ800的長螺旋鉆孔灌注樁每米的單價就高于φ830鋼管樁172.8元，若把長螺旋鉆孔灌注樁都改為鋼管樁支護，則總價上就可節(jié)約893 894.4元。

圖6 基坑變形監(jiān)測結(jié)果

4 鋼管樁施工及回收

鋼管樁采用隔樁施工，接頭綁搭焊采用ICE液壓振動錘施工。鑒于項目地處市中心，建筑垃圾及圓礫層較厚，故鋼管樁在②2圓礫層以上采取引孔工藝，平均引孔深度2.5m，具體深度根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定。基坑上部揭露較厚松散狀圓礫層，根據(jù)現(xiàn)場旋挖成孔灌注樁試鉆情況，若泥漿護壁塌孔嚴重，就在上部圓礫層段采用鋼護筒護壁工藝。

為便于施工及回收，樁頂跳格出露冠梁0.5m、1.0m； 對需回收的鋼管樁在網(wǎng)片與鋼管樁間設(shè)置薄膜，以確保噴射混凝土不與鋼管樁粘結(jié)。

鋼管樁回收要點： 1)分段回收，分段長度20m內(nèi)； 2)同一回收段內(nèi)，先施工的后回收、后施工的先回后(即先拔樁頭較高部分，再拔樁頭較低部分)； 3)土方分層回填至設(shè)計錨索標高，放張錨索，然后回填土方至上層錨索標高、放張錨索……循環(huán)施工至冠梁頂后，方可回收； 4)采用ICE液壓振動錘懸掛于履帶吊上，起拔前先振動鋼管樁以液化樁邊土體，便于回收； 5)鋼管樁部分錨索考慮鋼管樁回收需要，需對錨索放張，故應保證錨頭鋼絞線預留長度>70cm，且鋼絞線端頭采用扎絲纏繞，避免破損。

圖7為φ830鋼管樁支護示意圖，圖8為φ800灌注樁支護交界位置圖； 樁頂跳格出露0.5m、1.0m與冠梁相連，而灌注樁樁頂露鋼筋伸入冠梁。圖9、10分別為焊接后的鋼管樁及鋼管樁施工圖。從施工的速度來看，管樁施工較灌注樁施工快得多，灌注樁施工是先成孔，放鋼筋籠及澆灌混凝土，混凝土達到一定的強度還需要一定的時間，而鋼管樁打入就可，所以鋼管樁的施工工期較灌注樁的短，而且鋼管樁可以回收重復使用，而灌注樁不行。

圖7 φ830鋼管樁支護示意圖

圖8 φ830鋼管樁及φ800灌注樁交接位置

圖9 焊接好的φ830鋼管

圖10 φ830鋼管打樁機示意圖

6 結(jié)論

1)在場地及周邊環(huán)境條件復雜的情況下，建議進行多種支護方案分析比較，擇優(yōu)方案進行支護設(shè)計。

2)通過對鋼管樁及鋼筋混凝土灌注樁兩種支護形式在同一基坑的支護效果進行比較分析，采用鋼管樁進行支護效果好，工期短，可回收，節(jié)約資源，降低造價。支護結(jié)構(gòu)的豎向及最大水平位移，周邊道路及管線的變形均在相應規(guī)范要求允許的范圍內(nèi)。即采用鋼管樁進行支護設(shè)計的方案是十分有效和安全的，能夠很好的保護周邊環(huán)境、節(jié)約資源、降低造價。