軟土地質(zhì)承臺(tái)深基坑預(yù)留核心土開挖施工關(guān)鍵技術(shù)

唐永順，李波

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，武漢430014）

1 引言

承臺(tái)基礎(chǔ)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外公路、市政、鐵路橋梁等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，對(duì)于開挖深度范圍為軟土地質(zhì)條件下的埋入式橋梁深基坑承臺(tái)施工，通常采用鋼板樁支護(hù)開挖方案，承臺(tái)底被動(dòng)區(qū)土體加固通常采取水泥攪拌樁等加固處理，或采用一道或數(shù)道臨時(shí)鋼圍檁、鋼支撐支護(hù)開挖。深基坑支護(hù)開挖作為埋入式深基坑承臺(tái)施工的關(guān)鍵部分，被許多學(xué)者研究，然而大量的參考文獻(xiàn)主要針對(duì)支護(hù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，以利于施工。也有一些參考文獻(xiàn)對(duì)被動(dòng)區(qū)土體加固進(jìn)行研究，但也僅僅是針對(duì)被動(dòng)區(qū)土體采用何種地基處理展開探討，但對(duì)于軟土地質(zhì)條件下的埋入式橋梁承臺(tái)深基坑開挖施工能否有更優(yōu)的解決辦法研究甚少。

2 被動(dòng)區(qū)土體加固方案比選

從結(jié)構(gòu)組成、施工難度、便捷性、工期、經(jīng)濟(jì)性、適用性等方面綜合對(duì)比分析水泥攪拌樁加固、臨時(shí)鋼圍檁支撐、預(yù)留核心土混凝土拱形支撐3 大類型方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

從表1 中的分析可見(jiàn)，對(duì)于被動(dòng)區(qū)土體加固有水泥攪拌樁加固、臨時(shí)鋼圍檁支撐、預(yù)留核心土混凝土拱形支撐等3 類方法，水泥攪拌樁加固、臨時(shí)鋼圍檁支撐消耗工期長(zhǎng)、成本高，而預(yù)留核心土混凝土拱形支撐特別適用于軟土地質(zhì)條件的埋入式橋梁深基坑承臺(tái)施工，施工便捷，工期短、成本低等。

表1 被動(dòng)區(qū)土體加固方案比選

3 工程實(shí)例

智慧城檀軍公路道路及橋梁工程跨越通順河，西起中山湖路，東至通順大道，全長(zhǎng)3 598.9m，其中橋梁段長(zhǎng)1 779m，全線設(shè)置雙向六車道，新建橋梁寬33.5m，道路紅線寬50m。

全線橋梁墩柱承臺(tái)共118 個(gè)，均采用矩形形式。其中25#～30#承臺(tái)位于規(guī)劃通順河河道，承臺(tái)開挖深度最深為7.9～8.4m（30#承臺(tái)開挖深度為8.4m），左右分幅，共12 個(gè)承臺(tái)，單個(gè)承臺(tái)尺寸9.4m×9.4m 或7.5m×7.5m，承臺(tái)厚3.0m。25#～30#承臺(tái)基坑采用預(yù)留核心土鋼板樁支護(hù)開挖施工。

3.1 地質(zhì)條件

根據(jù)詳勘資料分析，鋼板樁圍堰涉及土層及特性取值如下：

1）素填土：厚度4m；重度γ=19.8kN/m3；黏聚力c=15；內(nèi)摩擦角φ=10°；水平抗力系數(shù)m=4 000kN/m4；

2）淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土②-1：厚度11.3m；γ=17.6kN/m3；c=14；φ=6°；m=2 736kN/m4；

3）粉質(zhì)黏土②-2：厚度1.5m；γ=19.7kN/m3；c=24；φ=13.8°；m=4 828.8kN/m4；

4）粉質(zhì)黏土②-3：厚度3.0m；γ=20.50kN/m3；c=24；φ=13.8°；m=4 828.8kN/m4。

3.2 關(guān)鍵工藝

預(yù)留核心土承臺(tái)深基坑支護(hù)開挖技術(shù)包括預(yù)留核心土開挖、混凝土拱形支撐兩大核心部分。

開挖深度范圍為軟土地質(zhì)條件埋入式深基坑承臺(tái)開挖施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→導(dǎo)向架安裝→插打鋼板樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高→基坑開挖，開挖至第一層圍檁以下0.5m安裝圍檁支撐→開挖至第二層圍檁以下0.5m 安裝圍檁支撐→預(yù)留核心土開挖至設(shè)計(jì)承臺(tái)底高程以下0.5m 施工拱形內(nèi)撐混凝土→等混凝土達(dá)到強(qiáng)度后開挖核心土并澆筑核心土區(qū)域墊層混凝土→承臺(tái)施工[1]。

3.3 受力分析

選取受力最不利工況30#承臺(tái)基坑，運(yùn)用MIDAS 建立整體模型計(jì)算。

邊界條件：外荷載沿單元法向加載；圍檁與鋼板樁之間采用只受壓彈簧模擬；鋼管支撐與圍檁之間采用剛性連接，模擬焊接效果；巖土對(duì)鋼板樁的被動(dòng)作用以彈性地基梁理論等效為一般彈簧單元[2]。

3.3.1 預(yù)留核心土開挖至基底圍堰受力計(jì)算

安裝完第二道支撐，預(yù)留核心土，基坑四周開挖至基底時(shí)，整體模型應(yīng)力云圖如圖1 所示。圍堰整體模型變形云圖如圖2 所示。

圖1 圍堰綜合應(yīng)力云圖（單位：MPa）

Q390bz 材料：鋼板樁強(qiáng)度：σmax=112MPa＜f=335MPa；板樁剛度：σmax=5.89mm＜L=3 000/400=7.5mm。

Q235b 材料：支撐圍檁強(qiáng)度：σmax=195MPa＜f=205MPa；支撐圍檁剛度：σmax=4.66mm＜L=5300/400=13.25mm。

因此，整體計(jì)算各構(gòu)件剛度、強(qiáng)度均能滿足規(guī)范要求。

3.3.2 混凝土拱形支撐受力計(jì)算

拱形支撐混凝土澆筑后達(dá)到一定強(qiáng)度、核心土全部挖除后，采用混凝土圈梁作為臨時(shí)圍檁，計(jì)算圈梁強(qiáng)度：

第一主應(yīng)力為P1=1.31MPa＜1.43MPa，圈梁抗拉強(qiáng)度滿足規(guī)范要求；

第三主應(yīng)力為P3=5.22MPa＜14.3MPa，圈梁抗壓強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果

軟土地質(zhì)預(yù)留核心土承臺(tái)深基坑支護(hù)開挖方法相比傳統(tǒng)工法化繁為簡(jiǎn)，混凝土拱形內(nèi)撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，各部分均取材自常見(jiàn)材料，施工成本低、強(qiáng)度高，適用于開挖深度范圍為軟土地質(zhì)條件下的埋入式深基坑承臺(tái)施工，大幅度提高工效的同時(shí)節(jié)約了大量的型材、混凝土等措施項(xiàng)目費(fèi)用，取得了預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

軟土地質(zhì)預(yù)留核心土承臺(tái)深基坑支護(hù)開挖方法，巧妙地利用了被動(dòng)區(qū)土體自身質(zhì)量產(chǎn)生的土體壓力彌補(bǔ)了土體強(qiáng)度不足的問(wèn)題，再巧妙利用混凝土拱形內(nèi)撐解決基坑開挖到底后最下面一層內(nèi)部支撐受力問(wèn)題，軟土地質(zhì)預(yù)留核心土承臺(tái)深基坑支護(hù)開挖方法相比傳統(tǒng)工法，化繁為簡(jiǎn)，大幅度提高了施工功效，節(jié)約了措施用材，對(duì)類似軟土地質(zhì)深基坑支護(hù)開挖施工有較大的借鑒作用。