嵐山隧道明挖深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全評(píng)估

【摘要】

以日照市廈門路嵐山隧道明挖深基坑為工程依托，從地質(zhì)、工期、安全等角度考慮，對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。圍護(hù)結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)為800 mm排樁+橫撐的組合支護(hù)形式，考慮施工便捷性，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化為雙排325 mm鋼管樁與錨索的組合結(jié)構(gòu)，將明挖深基坑改為敞口施工。從計(jì)算結(jié)果分析來(lái)看，兩種支護(hù)方式的結(jié)構(gòu)位移和受力都滿足要求，由剛性聯(lián)系梁和前后排樁組成的超靜定結(jié)構(gòu)的鋼管樁整體剛度更大，且前后排樁可形成與側(cè)壓力反向作用力偶，使雙排樁具有更強(qiáng)的抵抗變形能力，結(jié)構(gòu)受力更為合理。

【關(guān)鍵詞】深基坑； 圍護(hù)結(jié)構(gòu)； 土體位移； 安全評(píng)估

【中圖分類號(hào)】TU94+2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2024-10-15

［作者簡(jiǎn)介］劉新華（1976—），女，本科，工程師，從事安全管理工作。

0 引言

為保證深基坑開挖安全，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常采用鉆孔灌注樁+混凝土支撐+鋼支撐（鋼換撐）的支護(hù)形式。當(dāng)基坑開挖較深時(shí)，多道內(nèi)支撐反復(fù)安拆無(wú)疑會(huì)影響施工進(jìn)度。受周邊環(huán)境、場(chǎng)地條件、施工工期、建設(shè)投資、地質(zhì)條件等多因素影響，越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的型式展開了研究，如劉紅軍等［1］開展了加錨雙排樁與“吊腳樁”的研究，提出了合理的排距和樁剛度。易順等［2］對(duì)內(nèi)撐式基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形進(jìn)行了研究，提出了基坑變形曲線函數(shù)和指標(biāo)體系。王延明［3］考慮安全、經(jīng)濟(jì)、適用等原則，對(duì)比了多種基坑支護(hù)形式，為基坑工程設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。趙文強(qiáng)［4］以青島地鐵為依托，針對(duì)上軟下硬地質(zhì)中的吊腳樁展開了研究，提出了上部采用樁與支撐組合結(jié)構(gòu)，下部噴錨支護(hù)組合形式。

本文以日照廈門路嵐山隧道明挖深基坑為工程依托，針對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行評(píng)估，為以后的類似工程提供設(shè)計(jì)、施工借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

本項(xiàng)目為山東省日照市嵐山區(qū)與市區(qū)連接線三期（廈門路南延）工程，為廈門路的一部分。

本項(xiàng)目全長(zhǎng)4.366 km，采用雙向六車道一級(jí)集散公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度為60 km/h，主線路基標(biāo)準(zhǔn)寬度25.5 m，隧道凈寬2×13.25 m，隧道凈高5.0 m。輔道設(shè)計(jì)速度按照40 km/h，單側(cè)輔道寬度13.5 m，輔道外側(cè)設(shè)置綠道和人行道。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪及鉆探揭露，隧址區(qū)覆蓋層為第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4 ml）填筑土和坡積（Q4dl）粉質(zhì)黏土，填筑土厚度約0～2.8 m，主要分布在出口段，粉質(zhì)黏土厚度0～2.6 m，主要分布在隧道上方，下伏基巖為新元古代鐵山序列（γ23）片麻巖。

嵐山隧道基坑?xùn)|西兩側(cè)分布有實(shí)驗(yàn)小學(xué)、實(shí)驗(yàn)幼兒園、住宅小區(qū)等建筑物，地表分布有大量管線，周邊條件不允許放坡開挖，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用排樁支護(hù)，基坑巖石堅(jiān)硬，排樁施工功效低（圖1）。

2 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況

2.1 原設(shè)計(jì)情況

隧道明挖段深基坑距離小學(xué)主教學(xué)樓最小距離僅為11.5 m，隧道距離小區(qū)住宅樓10.6 m，為減少對(duì)周邊居民及學(xué)生的正常活動(dòng)的影響，以及確保建筑物的安全，該基坑支護(hù)方案主要采用排樁+橫撐支護(hù)（圖2）。

該支護(hù)結(jié)構(gòu)由支護(hù)樁體和內(nèi)支撐體系兩部分組成。樁徑800 mm，間距為1.0 m，冠梁尺寸1.0 m×1.0 m，止水帷幕土層段采用高壓旋噴樁，巖層段采用深孔注漿方式，采用單排48 mm袖閥管，間距為1.0 m。

支護(hù)墻體采用鋼筋混凝土排樁墻，內(nèi)支撐體系采用水平多層支撐，第一道采用鋼筋混凝土支撐，以下均采用鋼支撐。鋼筋混凝土支撐其優(yōu)點(diǎn)就是剛度大，變形小，布置靈活，而鋼支撐的優(yōu)點(diǎn)是可重復(fù)使用，施工速度快，且可施加預(yù)壓力。

2.2 支護(hù)方案優(yōu)化

經(jīng)補(bǔ)勘發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域上部地層為素填土、雜填土等松散土體，下部地層為強(qiáng)-中風(fēng)化片麻巖，灌注樁體下端嵌入基巖中，施工難度大，效率低?；娱_挖時(shí)，若是樁體與內(nèi)支撐的組合形式，內(nèi)支撐頻繁安拆更換也會(huì)降低施工效率。

為盡量減少對(duì)學(xué)校正常教學(xué)活動(dòng)影響，借鑒青島地鐵施工經(jīng)驗(yàn)，提出了一種優(yōu)化的支護(hù)方案。

基坑下部基本為中-微風(fēng)化片麻巖時(shí)，采用“吊腳樁”支護(hù)形式?！半p排鋼管樁-吊腳樁”+錨索結(jié)構(gòu)，樁徑325 mm（t=16 mm），樁間距0.6 m，排距1.5 m，巖臺(tái)寬度1.0 m，采用L型鎖腳腰梁，樁端嵌入中風(fēng)化巖石0.3h（h為巖臺(tái)以上基坑深度）且不小于2.0 m，冠梁尺寸為0.5 m×0.6 m。基坑下部采用168 mm鋼管樁，間距1.0 m，嵌固深度為2.0 m，采用22 mm砂漿錨桿，長(zhǎng)5.0 m，間距1.5 m×1.5 m，梅花形布置，如圖3所示。止水帷幕采用深孔注漿方式，采用三排50 mm 注漿鋼花管，間距1.5 mm×1.5 m，梅花形布置。

如圖4所示，基坑開挖范圍內(nèi)無(wú)中-微風(fēng)化片麻巖時(shí)，采用雙排鋼管樁形式落底。雙排鋼管樁與錨索結(jié)構(gòu)，樁徑325 mm（t=16 mm），樁間距0.6 m，排距1.5 m，冠梁尺寸為0.5 m×0.6 m。止水帷幕采用深孔注漿方式，采用三排50 mm 注漿鋼花管，間距為1.5 m×1.5 m，梅花形布置。

3 明挖深基坑安全評(píng)估

3.1 鋼管混凝土樁剛度分析

根據(jù)截面等剛度計(jì)算原理，將鋼管與混凝土組合成一個(gè)單元，組合截面的EA、EI按照式（1）、式（2）進(jìn)行計(jì)算：

EA=ECAC+ESAS（1）

EI=ECIC+ESIS（2）

式中：EA為鋼管混凝土壓縮和拉伸剛度；EI為鋼管混凝土的彎曲剛度；EC為混凝土的彈性模量；AC為混凝土的截面積；IC為混凝土的慣性矩；ES為鋼管的彈性模量；AS為鋼管的截面積；IS為鋼管的慣性矩。

325 mm 壁厚16 mm的鋼管樁剛度：

EI=E1I1+E2I2=E1π（D4-d4）/64+E2πd4/64=48×106N·m2等效剛度C30鋼筋混凝土樁基直徑為：

d=464EI/E2π=0.42 m

參照J(rèn)GJ120-2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》，按照平面剛架結(jié)構(gòu)模型計(jì)算雙排樁結(jié)構(gòu)。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

依據(jù)JTJ120-2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》，采用基于彈性地基梁彈性抗力法來(lái)考慮前后排樁相互作用的模型分析雙排樁，選擇典型斷面計(jì)算，如圖5所示。

根據(jù)地勘報(bào)告，計(jì)算參數(shù)見表1。支護(hù)采用5道錨索，錨索的具體參數(shù)信息如表2所示。

3.3 計(jì)算結(jié)果

分別對(duì)原設(shè)計(jì)方案和優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算包絡(luò)見圖6。

（1）樁體位移。雙排325 mm鋼管樁支護(hù)方案基坑最大水平位移量為7.98 mm，單排800 mm混凝土灌注樁支護(hù)方案基坑最大水平位移量為6.82 mm，兩種工況下均滿足基坑位移的要求。

（2）樁體受力。雙排樁方案前排樁的正負(fù)最大彎矩為25.13 kN·m、22.90 kN·m，單排樁的正負(fù)最大彎矩分別為35.66 kN·m、87.81 kN·m，對(duì)比來(lái)看，雙排樁的受力更為均勻。

有計(jì)算結(jié)果可知，雖然鋼管樁樁徑較小，但其受力機(jī)理優(yōu)于單排樁，由剛性聯(lián)系梁和前后排樁組成的超靜定結(jié)構(gòu)整體剛度大，且前后排樁可形成與側(cè)壓力反向作用力偶，使雙排樁具有更強(qiáng)的抵抗變形能力。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

如圖7所示，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及數(shù)值計(jì)算分析可以發(fā)現(xiàn)基坑頂部的樁體水平位移最大，最大位移值為5.81～6.25 mm。

4 結(jié)論

（1）基坑外地表豎向沉降遠(yuǎn)小于樁身水平位移，表明排樁支擋起到支護(hù)效果，且錨索的錨拉作用下，能進(jìn)一步降低基坑開挖導(dǎo)致的地表沉降，提高基坑的整體穩(wěn)定性。

（2）基坑以水平變形為主，且在錨固加強(qiáng)作用下，有效減少基坑可能出現(xiàn)的變形，進(jìn)一步提高了基坑穩(wěn)定性，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均在設(shè)計(jì)要求之內(nèi)，說(shuō)明支護(hù)可靠。

（3）鋼管樁及錨索的組合支護(hù)形式將基坑施工變?yōu)槌谑绞┕?，可提高施工效率，縮短工期。

參考文獻(xiàn)

［1］ 劉紅軍，李東，張永達(dá)，等.加錨雙排樁與“吊腳樁”基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)值分析［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2008，30（S1）：225-230.

［2］ 易順，陳健，潘家軍，等.內(nèi)撐式基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形的表征函數(shù)研究［J］.巖土力學(xué)，2024，45（S1）：568-578.

［3］ 王延明.某項(xiàng)目中的深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工與優(yōu)化方案［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2024（24）：136-138.

［4］ 趙文強(qiáng).上軟下硬復(fù)合地層條件下深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)探析［J］.隧道建設(shè)，2014，34（2）： 153-157.