自立式鉆孔灌注樁-深層攪拌樁復(fù)合圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

某工程主要為低層住宅，分南北2 塊，地下整體設(shè)置1 層地下車庫?；涌偯娣e約40 000 m2，基坑周長約1 280 m，開挖深度約4 m。基坑周邊環(huán)境普遍較簡單，但南塊基坑?xùn)|南角緊鄰用地紅線有一座中國聯(lián)通通信基站發(fā)射塔，北塊基坑?xùn)|側(cè)緊鄰用地紅線有1 根燃?xì)夤芫€。發(fā)射塔高逾30 m，為高聳結(jié)構(gòu)，主體為鋼桅桿結(jié)構(gòu)，塔基基礎(chǔ)為鋼筋混凝土板，埋深約0.5 m，距離基坑邊線最近僅1.9 m。最近的燃?xì)夤芫€距離基坑邊線也僅2.3 m（圖1）。

根據(jù)工程地質(zhì)勘查報告，本場地屬于澙湖沼澤平面地貌類型。從地基土層的力學(xué)參數(shù)來看， 土質(zhì)條件一般，并且場地內(nèi)分布多條暗浜。地下車庫開挖所影響到的地層主要為黏土層和粉質(zhì)黏土層。

2 圍護設(shè)計方案

2.1 圍護選型

本基坑周邊普遍具備放坡開挖的條件，但南塊基坑?xùn)|南角的發(fā)射塔距離基坑邊線僅1.9 m，北塊基坑?xùn)|側(cè)的燃?xì)夤芫€距離基坑邊線僅2.3 m，且基坑邊線與用地紅線之間的距離也很小。由于這些限制條件，可選的圍護結(jié)構(gòu)形式并不多。采用直接放坡開挖或重力壩的空間不夠，復(fù)合土釘支護則因土釘出紅線而不能采用?？蛇x擇的合適的圍護方案主要有工法樁/鋼板樁+斜拋撐、自立式鉆孔灌注樁-深層攪拌樁復(fù)合圍護2 種。

前者底板需2 次澆筑，施工工期較長，工藝較復(fù)雜，而內(nèi)支撐不便于大開挖施工，支護費用較高，同時，斜拋撐支撐時需穿越外墻，外墻留洞不利于防水。再者，插拔型鋼或鋼板樁時，對施工凈空要求較高，這樣可能會影響發(fā)射塔安全。

后者水泥土攪拌樁重力壩一方面起止水帷幕作用， 另一方面利用攪拌體本身強度起一定的支護作用， 使土體對灌注樁作用力位置降低， 并減少灌注樁的懸臂高度， 使其受力更趨合理[1-3]。

鉆孔灌注樁圍護工藝成熟，施工質(zhì)量易控制，無擠土效應(yīng)，施工時對周邊環(huán)境影響小，剛度大可滿足基坑變形控制要求，且施工后無需拔除，施工空間及凈空要求較低。

自立式圍護便于大開挖施工，提高挖土效率，可節(jié)省工期，降低工程造價。綜合考慮后最終選定自立式鉆孔灌注樁-深層攪拌樁復(fù)合圍護作為發(fā)射塔區(qū)域和北塊基坑?xùn)|側(cè)區(qū)域的圍護方案。

2.2 圍護方案

鉆孔灌注樁采用φ850 mm@1 000 mm的布置形式，插入深度為5 m。鉆孔灌注樁頂部設(shè)置壓頂梁，壓頂梁規(guī)格為1 100 mm×700 mm，頂標(biāo)高同重力壩頂板標(biāo)高，并在基坑角部設(shè)置厚250 mm封板。

雙軸水泥土攪拌樁重力壩墻體厚度為1.7～4.7 m，有效深度9.5 m。該區(qū)域被動區(qū)土體采用φ700 mm@500 mm雙軸水泥土攪拌樁墩式加固，加固體寬度為4.2 m，加固范圍為坑底以下4 m，攪拌樁水泥摻量適當(dāng)提高。

通過壓頂梁的整體加強作用、被動區(qū)土體的加固作用和基坑角部封板的圍護加強作用進一步減少開挖過程中的基坑圍護變形，確?；印l(fā)射塔及燃?xì)夤芫€安全（圖2）。

圖1 基坑環(huán)境平面示意

圖2 發(fā)射塔區(qū)域圍護剖面

3 基坑安全性分析

為了預(yù)測基坑開挖對發(fā)射塔的影響，分析基坑安全性，采用巖土有限元軟件Plaxis模擬基坑開挖過程。有限元分析中土體采用適用于基坑開挖的Hardening-Soil（硬化土）模型，圍護結(jié)構(gòu)采用線彈性模型。

基坑模型計算寬度為基坑邊線外延開挖深度的5 倍。主要模擬施工步驟有：計算初始應(yīng)力場、施工基坑圍護、挖除全部土體至基底。

通過數(shù)值模擬分析，得出最危險工況下土體及圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形情況。計算結(jié)果顯示，當(dāng)基坑開挖至基底時，圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移24 mm，發(fā)射塔塔基最大位移12 mm，表明本工程基坑開挖對周邊環(huán)境的變形影響可控制在其允許的范圍之內(nèi)。圖3～圖6給出了有限元計算的主要計算結(jié)果。

圖3 開挖結(jié)束時總位移云圖

圖4 開挖結(jié)束時水平變形云圖

圖5 開挖結(jié)束時垂直變形云圖

圖6 鉆孔灌注樁及塔基基礎(chǔ)最大位移

4 施工要求

為了保護發(fā)射塔及鄰近燃?xì)夤芫€，提出了一系列低擾動施工的技術(shù)要求。首先，保證攪拌樁的水泥土摻量、搭接長度等，且整個樁長內(nèi)應(yīng)復(fù)攪，保證樁的質(zhì)量，要求攪拌樁起擋水作用， 要盡量連續(xù)作業(yè)，確保形成地下封閉連續(xù)墻；其次，合理安排水泥土攪拌樁的施工順序，應(yīng)先施工靠近發(fā)射塔塔基區(qū)域的雙軸水泥土攪拌樁，降低施工時土體對塔基的擠壓效應(yīng)；最后，嚴(yán)格控制水泥土攪拌樁的施工速度、噴漿流速、壓力等施工參數(shù)，以防止攪拌樁施工過程中對塔基產(chǎn)生側(cè)向影響。

鉆孔灌注樁采用跳打法施工。施工之前應(yīng)先探明每根樁樁位處有否地下障礙物及廢棄管道等，如存在應(yīng)先處理。施工過程中一定要控制好泥漿稠度，并注意鉆進速度，防止發(fā)生坍孔和樁頸縮等現(xiàn)象而影響工程質(zhì)量。

采取以上低擾動施工措施后取得了良好的工程應(yīng)用效果，保證了發(fā)射塔及鄰近燃?xì)夤芫€的安全。

5 監(jiān)測分析

為了及時跟蹤掌握圍護結(jié)構(gòu)的變形和環(huán)境變化情況，保證基坑安全，防止已有構(gòu)筑物及信號發(fā)射塔可能出現(xiàn)的破壞，從降水開始到底板澆筑完畢為止，采取了比較嚴(yán)密的監(jiān)控措施。

在圍護結(jié)構(gòu)、發(fā)射塔及燃?xì)夤芫€上均布置有相應(yīng)的沉降變形觀測點。監(jiān)測數(shù)據(jù)分析表明：基坑開挖結(jié)束后， 發(fā)射塔塔基位移6 mm， 灌注樁樁頂最大位移為 21 mm ，燃?xì)夤芫€沉降11 mm，地表最大沉降19 mm，與計算結(jié)果較為吻合。同時，滿足了規(guī)范要求，基坑開挖進展順利，發(fā)射塔和燃?xì)夤芫€的沉降變形得到很好控制。

6 結(jié)語

采用深層攪拌樁內(nèi)套打鉆孔灌注樁排樁形成復(fù)合圍護體，二者共同工作，既起到止水帷幕作用，又作為淺層支擋，且降低了灌注樁的合力作用點，發(fā)揮了剛度不同的圍護體各自的長處，是一種較好的支護結(jié)構(gòu)形式，在淺基坑局部范圍內(nèi)可以有較好的應(yīng)用效果[4-6]。