單排樁支護在軟土基坑中的應用及分析

陶言祺

(安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230000)

船閘一般鄰水、臨堤而建，閘址位于河床或河灘地上，基底多含淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，軟土土質(zhì)差；基坑深度由地面標高、最低通航水位和門檻水深決定，基坑開挖深度往往大于5 m?；娱L度與寬度均較大，開挖面積大，基坑開挖易出現(xiàn)邊坡或支護失穩(wěn)、支護結(jié)構變形大、基坑隆起，承壓水頂托等問題，建設條件復雜。單排鉆孔樁[1]作為常用的臨時工程支護方式，樁體剛度大，施工對周邊地層、環(huán)境影響小，結(jié)合旋噴樁止水，不僅可以保證施工期的安全，還可以節(jié)省工程投資。

本文綜合介紹了水陽江船閘基坑工程單排鉆孔樁支護措施及軟土基坑的施工挖土方案，結(jié)合計算結(jié)果和現(xiàn)場監(jiān)測成果，對軟土基坑單排樁支護進行了分析研究。

1 工程概況

水陽江閘壩工程選址在水陽鎮(zhèn)上游0.5 km～1.9 km河段。該河段具有順直微彎、灘地寬闊、河槽靠岸等特點。兩岸堤防距中部最寬350 m，上、下游段300 m～250 m，左岸灘地寬200 m～130 m，右側(cè)河槽寬80 m～100 m。灘地現(xiàn)狀標高6.0 m～7.0 m，河槽底標高-1.0 m～1.5 m。

根據(jù)河勢、地形條件，液壓低水壩跨右側(cè)河槽布置，船閘沿左岸灘地布置，閘室跨壩軸線居中布置。船閘中心線偏左大堤中心線約6°，與堤頂中心距離分別為上閘首80 m、下閘首95 m。

2 基坑支護

本工程場地上層覆蓋4 m～8 m素填土和粉質(zhì)黏土層，中部厚約10 m～12 m淤泥質(zhì)黏土層，下層約3 m～5 m厚度粉質(zhì)黏土層，再下為卵石層，閘基坐落在⑤層中。船閘中心線距左側(cè)大堤頂外緣上閘首為77.3 m，下閘首為93.2 m，若全斷面放坡開挖基坑，將削弱了堤防斷面，影響大堤穩(wěn)定，為此必須采取支護措施，確保施工期堤防安全。船閘主體工程左岸全線采取鉆孔灌注樁支護，冠梁頂部布置3個坐標點，上閘首支護中部G1，閘室支護中部G2，下閘首支護中部G3。船閘基坑開挖平面布置圖見圖1。

場地①2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，工程特性差；②層粉質(zhì)黏土，工程特性一般；②1層粉質(zhì)黏土，工程特性較好，但厚度較薄；③層粉質(zhì)黏土，工程特性較差；④層粉質(zhì)黏土，工程特性一般；⑤層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，工程特性差；⑥層粉質(zhì)黏土，工程特性差；⑦層粉質(zhì)黏土，工程特性一般；⑧1層卵石，工程特性較好；⑧2層卵石，工程特性好。根據(jù)船閘水工建筑物特點和場地地層條件，閘體底板位于⑤層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層上。由于⑤層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，工程性質(zhì)差，場地地基土力學指標表詳見表1。

表1 場地地基土力學指標表

勘察場地地下水主要為潛水，局部為上層滯水，深層為微承壓水，主要賦存于粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中?？辈炱陂g實測地下水埋深為0.4 m～1.0 m左右。

3 基坑支護方案設計

3.1 基坑支護方案

基坑支護采用了單排樁+樁頂放坡卸載的方案[2]。樁頂以上放坡坡比上閘首、閘室采用1∶3，下閘首采用1∶4，邊坡坡面采用噴射混凝土防護。

單排樁支護采用鉆孔灌注樁，樁頂設1.2 m×1.2 m冠梁，冠梁頂高程1.0 m，樁端支承載卵石層中，其中上、下閘首支護樁徑1.2 m，樁間距1.3 m；閘室樁支護樁樁徑1.0 m，樁間距1.1 m。支護結(jié)構參數(shù)詳見表2。

表2 支護結(jié)構參數(shù)表 m

船閘基坑開挖斷面見圖2。

3.2 支護結(jié)構分析

3.2.1 設計計算參數(shù)

根據(jù)周邊環(huán)境現(xiàn)狀，確定支護參數(shù)，詳見表3。

表3 基坑參數(shù)

3.2.2 抗傾覆、整體穩(wěn)定、位移計算

基坑支護計算采用了軟件理正深基坑7.0，支護系統(tǒng)整體穩(wěn)定、抗傾覆驗算依據(jù)JGJ 120—2012建筑基坑支護技術規(guī)程。在最不利工況下，對支護系統(tǒng)進行驗算，計算結(jié)果詳見表4。

表4 基坑支護計算結(jié)果

3.2.3 支護結(jié)構分析

1)冠梁頂沉降位移分析。

基坑開挖期間冠梁頂部和冠梁后緣地表沉降見圖3。G1，G2，G3三個點沉降隨著基坑開挖不斷增大，沉降在5月5日～6月1日這一個月里增幅較大，6月1日～7月30日增幅逐漸減小，實際監(jiān)測G1，G2，G3最大沉降分別為3.01 mm，5.42 mm，6.29 mm；計算沉降分別為16 mm，15 mm，25 mm。計算結(jié)果與實際監(jiān)測差距不大[3]。

可以看出冠梁沉降較小，因為樁基支承載卵石層上，沉降較小，沉降的增加主要由于樁頂向基坑內(nèi)水平位移引起的冠梁頂部的高程變化；冠梁后緣地面沉降采用拋物線法計算，計算明顯大于冠梁沉降，符合現(xiàn)場冠梁后緣與地面出現(xiàn)輕微錯臺和裂隙現(xiàn)象。

2)冠梁頂水平位移分析[4]。

基坑開挖冠梁頂部的水平位移見圖4。G1，G2，G3三個點水平位移隨著基坑開挖不斷增大，沉降在5月5日～6月1日這一個月里增幅較大，6月1日～7月30日增幅逐漸減小，實際監(jiān)測G1，G2，G3最大沉降分別為30 mm，17 mm，36 mm；計算沉降分別為38.61 mm，25.93 mm，45.6 mm。計算結(jié)果與實際監(jiān)測差距不大。第一個月里，基坑大面積卸載，水平位移發(fā)展較快，后期逐步開挖至建基面，水平位移慢慢收斂，最終穩(wěn)定，閘室基坑深度小于上、下閘首，最終支護結(jié)構水平位移也小于上、下閘首的支護結(jié)構水平位移。

現(xiàn)場監(jiān)測水平位移略小于計算結(jié)果，單排樁計算模式下，計算結(jié)果能夠較為真實的反映支護結(jié)構的水平位移，可以用于指導設計、施工及監(jiān)測中位移報警值的設置。

4 施工技術

船閘基坑為長條形，采用分區(qū)跳倉施工，軟土分層開挖厚度0.5 m～0.8 m。施工中結(jié)合樁頂位移監(jiān)測結(jié)果調(diào)整開挖層厚和開挖區(qū)域，基坑開挖至建基面后及時封底澆筑主體結(jié)構底板，減少基坑暴露時間，有效的控制了支護結(jié)構的水平位移[5]，保障基坑安全穩(wěn)定。

5 結(jié)論

1)計算結(jié)果和監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，單排樁結(jié)合樁頂放坡的形式能夠保證基坑開挖的安全穩(wěn)定，減小對周邊環(huán)境的影響。

2)對比計算結(jié)果和現(xiàn)場監(jiān)測成果，單排樁計算水平位移較為接近實際位移，鉆孔樁支承 載卵石層上，沉降較小，但由于樁頂水平位移導致樁后土體的沉陷，地面沉降大于樁頂沉降，計算結(jié)果合理。

3)船閘軟土基坑采用分區(qū)跳倉分層開挖能夠避免大面積開挖、卸荷過快引發(fā)的支護結(jié)構位移超限和基坑穩(wěn)定問題。