內(nèi)撐式排樁支護結(jié)構(gòu)在深基坑工程中的應(yīng)用

顏 琦

（佛山市房建集團有限公司 廣東佛山528000）

近年來，建筑工程施工活動大大增多，一定程度上加大了深基坑支護質(zhì)量管理難度，有效應(yīng)用內(nèi)撐式排樁支護結(jié)構(gòu)能夠滿足工程質(zhì)量優(yōu)化需求。從長遠角度來看，探索內(nèi)撐式排樁支護結(jié)構(gòu)應(yīng)用策略具有迫切性和重要性，這對建筑業(yè)改革深化起到推動作用。

1 工程基本介紹

1.1 概況

本工程位于佛山市同濟東路南側(cè)、朝安南路西側(cè)地塊，為由1幢32層辦公樓及1幢32層酒店組成的雙塔樓建筑綜合體［1］。建筑主體高度為165 m，為滿足功能需要設(shè)有裙樓3層、地下室2層。本工程整體基坑建設(shè)深度設(shè)定為11.3～12.5 m，基坑總面積約9 980 m2，周長達到480 m?；?xùn)|面為朝安南路，距基坑邊最近10.5 m；南面為簡易單層廠房（天然基礎(chǔ)），距基坑邊最近4.5 m；西面為村屋（錘擊灌注樁樁基礎(chǔ)），距基坑邊最近7.5 m；北面為同濟東路，距基坑邊最近13.0 m。

1.2 地質(zhì)及水文情況

地質(zhì)情況：深基坑工程地處沖積平原，根據(jù)地下土質(zhì)、周邊環(huán)境選擇適宜支護形式，以此起到加固作用。深基坑工程土層類型有3種，根據(jù)土層（人工填土層、沖填層、沖洪積層）分布情況合理調(diào)整內(nèi)撐式排樁支護結(jié)構(gòu)［2］。

水文情況：經(jīng)鉆孔了解水位埋深最淺為90 cm，最深為150 cm；各鉆孔終孔后24 h 地下水位進行觀測，地下水位埋深最淺為80 cm，最深為140 cm；標(biāo)高為182～246 cm。水位埋深相對較淺，意味著結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。地下水類型多樣，且水量豐富，補給水源主要為降水和流水，所在場地第四系砂層連續(xù)分布。排泄方式以水分蒸發(fā)為主，推測雨季地下水位埋深為20～30 cm。場地內(nèi)地下水環(huán)境類型屬Ⅱ類，土層的透水性為A類［3］。

1.3 工程特點

本工程施工范圍較大，開挖深度為12 m，所以將其定義為大型深基坑工程項目，從上述地質(zhì)、水文情況分析可知，因工程建立在液化土層、軟弱土層之上，所以地基性質(zhì)較差，地基穩(wěn)固程度得不到可靠保證［4］。此外，擬建場地所在城市春季多雨、夏季高溫并伴有臺風(fēng)，受亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候影響，施工環(huán)節(jié)流土（砂）現(xiàn)象會頻繁發(fā)生，且存在基坑底突涌情況。一定程度上加大了深基坑支護難度，對于支護團隊來說，要精心設(shè)計支護方案、合理調(diào)整支護結(jié)構(gòu)。

2 基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計與驗算

結(jié)合相關(guān)規(guī)定及工程實際選定排樁結(jié)合內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)，為真正發(fā)揮支護作用，確保深基坑施工活動安全化、高效化開展，配備止水帷幕［5］。下文通過支護結(jié)構(gòu)對比來確定實用性較強的基坑支護結(jié)構(gòu)，借助理正軟件進行驗算。

2.1 支護結(jié)構(gòu)對比

對比樁型：深基坑工程支護樁型一般為兩種，第一種即借助三軸型鉆掘攪拌機對地基土與強化劑均勻攪拌，然后搭接施工單元，伺機插入鋼板而形成地下墻體的SMW 工法樁，具體工序即導(dǎo)溝開挖→導(dǎo)軌置入?標(biāo)志提醒?攪拌?補材?完工［6］。該樁型施工階段對周圍土體波動較小，且止水效果良好，部分鋼材能夠回收再利用，進而提高施工成本控制效率，一定程度上擴大施工企業(yè)利潤空間。其缺點為成樁阻力較大、結(jié)構(gòu)剛度偏弱。第二種即沖、鉆孔灌注樁，該樁型優(yōu)點為成樁限制條件較少，且機械設(shè)備具有較強通過力，能夠提高施工效率；缺點主要有施工時間較長、鉆孔環(huán)節(jié)易出現(xiàn)噪音污染及排漿環(huán)節(jié)控制不當(dāng)易產(chǎn)生環(huán)境污染。

從深基坑工程實際施工情況考慮，擬建物對地基穩(wěn)固性提出較高要求，所以成樁條件約束相對要小，并支持深度挖掘?；诖?，本工程選擇第二種支護樁型，確保深基坑高質(zhì)量、低風(fēng)險施工任務(wù)順利完成。

2.2 止水帷幕選擇

擬建物施工階段、投用階段存在滲水危險，除了優(yōu)選支護結(jié)構(gòu)外，還要做好防水、止水工作，這對地基承載力增強、涌土現(xiàn)象防控有重要意義?；诖?，施工人員高度重視止水帷幔選用工作，為優(yōu)質(zhì)、高效施工助力。當(dāng)前水泥攪拌樁技術(shù)具有土質(zhì)適用性強、樁體強度大、環(huán)境污染小、止水效果良好、技術(shù)水平高等優(yōu)點，將其用于深基坑工程，能夠獲得綜合效益。由于本工程地質(zhì)、水文等條件具有獨特性，所以深基坑支護環(huán)節(jié)針對性制定支護方案，于鉆孔灌注樁間增置高壓旋噴樁，使內(nèi)撐式排樁支護結(jié)構(gòu)雙重止水作用全面發(fā)揮。高壓旋噴法應(yīng)用機理即流切割土體在高速作用下與水泥結(jié)合，最終形成止水效果絕佳的水泥加固體，真正滿足深基坑工程支護需要［7］。

2.3 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，設(shè)計人員保持認真態(tài)度，結(jié)合樁體施工情況設(shè)計平面圖，以便為施工實踐提供指導(dǎo)，如圖1所示。從精細化設(shè)計角度出發(fā)，設(shè)計人員借助信息軟件準(zhǔn)確測繪各結(jié)構(gòu)尺寸，并直觀顯示支護結(jié)構(gòu)布局情況，如圖2所示。

支護效果關(guān)鍵影響因素包括二重管高壓旋噴樁、鉆孔灌注樁以及三軸攪拌樁（硅酸鹽水泥P.042.5）三者的設(shè)計情況，其中，鉆孔灌注樁的樁芯混凝土強度等級為C30，配縱筋φ 12，螺旋箍筋φ 12，加強箍筋為φ 12。

三軸攪拌樁：水灰比為（1.5～2.0）∶1；常規(guī)狀態(tài)下水泥摻入量及空孔處水泥滲入量分別為20%和5%。鉆孔灌注樁與高壓旋噴樁咬合形成厚度≥2 cm 防滲墻，基于此，基坑支護過程中，灌注樁與旋噴樁兩樁中心距=2 cm。

圖1 樁體施工平面Fig.1 Construction Plan of Pile Body

圖2 深基坑支護結(jié)構(gòu)尺寸及布局Fig.2 Size and Layout of Deep Foundation Pit Support Structure

2.4 理正驗算

為保證驗算結(jié)果的準(zhǔn)確性和全面性，本文借助理正深基坑軟件進行驗算，將驗算結(jié)果與相關(guān)規(guī)范（抗傾覆安全系數(shù)＞1.800、坑底抗隆起安全系數(shù)＞2.200）對比，如果驗算結(jié)果滿足規(guī)范要求，則說明上述設(shè)計具有可行性。理正驗算結(jié)果：排樁最大水平位移為0.194 8 cm，坑邊地表沉降最大值為0.2 cm＜3 cm，整體穩(wěn)定安全系數(shù)為2.164，抗傾覆安全系數(shù)為7.754，坑底抗隆起安全系數(shù)為2.209。

3 模型構(gòu)建及結(jié)果分析

3.1 參數(shù)選擇

工作人員認真分析勘察報告，獲知截面基坑土體物理參數(shù)，基坑影響范圍內(nèi)土層參數(shù)如表1 所示。根據(jù)等式計算選取，其中彈性模量用E表示。

表1 截面基坑土體物理參數(shù)Tab.1 Physical Parameters of Foundation Pit Soil

3.2 模型構(gòu)建

從建模便捷度角度考慮，借助等效剛度法建立灌注樁排樁模型，公式如下：

式中：D、h、t 分別為灌注樁直徑、等效后連墻寬度（0.685 m）、兩樁外間距。本工程主體結(jié)構(gòu)建模時，利用修正莫爾-庫倫模型，參照相關(guān)規(guī)范及基坑支護要求，構(gòu)建模型如圖3 所示。其中，模型中支護結(jié)構(gòu)長=214 m、寬=47 m、高=50 m。

圖3 支護結(jié)構(gòu)模型Fig.3 Model of Supporting Structure

3.3 計算結(jié)果

模擬計算方法選為MIDAS GTS∕NX，基于挖掘步驟來調(diào)整模型挖掘程序，為后續(xù)數(shù)值模擬奠定基礎(chǔ)，最終得出相關(guān)計算結(jié)果。對于施工人員來說，能夠直觀獲取圖示信息（土體豎向位移、坑邊地表豎向位移分別如圖4、圖5 所示），進而掌握深基坑支護情況，通過參數(shù)重置來優(yōu)化內(nèi)撐式排樁支護效果，進而提高深基坑工程質(zhì)量［8］。

圖4 土體豎向位移情況Fig.4 Vertical Displacement of Soil

圖5 基坑坑邊地表豎向位移曲線Fig.5 Vertical Displacement Curve of Pit Side Surface

分析圖4、圖5 可知，位移形狀呈“勺”形，開挖線路1、線路2、線路3的變化趨勢大體一致，以距坑邊距6.5 m 為界，距坑邊距為0.0～6.5 m 時，水平位移由0向-12.3 mm 變化；距坑邊距為6.5～50.0 m，水平位移變化情況即由-12.3 mm變?yōu)?7.3 mm。具體位置移動及位移曲線分別如圖6、圖7所示。

圖6 土體水平位移情況Fig.6 Horizontal Displacement of Soil

圖7 基坑水平位移曲線Fig.7 Horizontal Displacement Curve of Foundation Pit

由圖6、圖7 可知，基坑土體水平位移最大值距離挖掘面較近，最大水平位移區(qū)間為14～15 mm［9］。圖中存在凸起現(xiàn)象，凸起處主要為淤泥夾沙土層。經(jīng)數(shù)值模擬可知，各位移數(shù)據(jù)較小，在要求的安全范圍內(nèi)，固深基坑危險系數(shù)較低。

4 質(zhì)量控制策略及效果

4.1 策略

首先，提升鉆孔灌注樁質(zhì)量。深基坑工程施工期間，施工人員要徹底清理孔徑，將樁端泥土、渣土集中處理，避免因雜質(zhì)清理不當(dāng)而降低工程質(zhì)量。清孔工作結(jié)束后，請第三方或通過內(nèi)部質(zhì)量檢測部門利用專用設(shè)備完成質(zhì)檢任務(wù)，針對檢測結(jié)果和預(yù)測結(jié)果比較，據(jù)此分析測量工作效率，并將此項工作與負責(zé)人晉升、薪資相結(jié)合，以此調(diào)動責(zé)任主體積極性，避免清孔、測量等工作流于形式。接下來檢驗成槽效果，并妥善安裝鋼筋籠，根據(jù)既定工序逐項檢查，如果存在安全隱患，要盡快匯報給部門領(lǐng)導(dǎo)，在原因分析的基礎(chǔ)上制定有效的應(yīng)急措施，將安全風(fēng)險縮小化，盡最大可能控制質(zhì)量問題引起的負面影響。

其次，排樁與旋噴樁良好結(jié)合，這與地下連續(xù)墻防水功效有一定聯(lián)系，所以工作人員要掌握二者結(jié)合技巧，使止水作用全面發(fā)揮。在此期間，準(zhǔn)確定位樁位置，避免位置偏差超出安全范圍，其中，樁位允許偏差≤0.5 cm、成孔垂直度偏差＜5%［10］。對于施工人員來說，要強化責(zé)任意識，參照質(zhì)量要求進行操作，并主動向經(jīng)驗豐富、專業(yè)能力較強的人員請教，全方面提升結(jié)合體質(zhì)量。

最后，合理控制水泥漿摻入量。泥漿配置時，根據(jù)設(shè)計要求準(zhǔn)確控制材料用量，并動態(tài)觀察泥漿狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)漿液離析等異常現(xiàn)象，及時記錄并向上級匯報。漿液泵送期間，做到均勻攪拌、連續(xù)攪拌，直到成樁直徑符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以此提升泥漿性能，真正保證攪拌樁質(zhì)量。

4.2 效果

檢驗深基坑工程支護效果時，于基坑外圍布設(shè)觀測點，通過觀測點模擬來了解水平位移距離和沉降情況，對數(shù)值進行比較分析，根據(jù)對比結(jié)果得知實際支護情況，如圖8所示。

圖8 實際測量值與數(shù)據(jù)模擬值對比Fig.8 Comparison of Actual Measured and Simulated Data Values

觀察圖8 可知，深基坑挖掘期間，水平位移在2～12 mm 之間變化，這與內(nèi)撐式排樁支護結(jié)構(gòu)超穩(wěn)性及強適用性有一定聯(lián)系，所以基坑施工中、投用后無涌土現(xiàn)象。實際測量結(jié)果與模擬結(jié)果相近，意味著深基坑常態(tài)化，說明內(nèi)撐式排樁支護結(jié)構(gòu)在深基坑中具有良好的穩(wěn)固效果。隨后分階段測量，對比模擬值和實測值，如果位移變化幅度仍較小，那么意味著內(nèi)撐式排樁支護狀態(tài)良好，否則，要進行加固處理，將安全隱患及時排除，全面保證深基坑質(zhì)量。

5 結(jié)語

我國建筑業(yè)處于轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，對于地下建筑工程來說，要想提升工程質(zhì)量，有效控制施工風(fēng)險，要高度重視基坑支護工作。結(jié)合工程所在地質(zhì)環(huán)境、施工需要合理設(shè)計支護結(jié)構(gòu)。內(nèi)撐式排樁支護結(jié)構(gòu)功用性日益增強，新支護結(jié)構(gòu)憑借低成本、操作便捷、安全可靠等優(yōu)點，應(yīng)用于深基坑施工活動中能有效控制施工風(fēng)險和提高施工效率。以后深基坑施工要求會不斷提高，所以施工人員要不斷改進施工工藝，探索內(nèi)撐式排樁支護結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制的有效路徑。