黃書葵

深圳市赤灣商業(yè)發(fā)展有限公司 廣東 深圳 518000

21世紀(jì)后進(jìn)行大規(guī)模高層建筑建設(shè)，使得巖土工程快速發(fā)展。由于城市人口密度加大，迫切需要合理開發(fā)地下空間。目前各大城市興建各類地下商場等，工程建設(shè)會(huì)遇到深基坑設(shè)計(jì)問題。隨著超高層建筑的建設(shè)，基坑規(guī)模向更大面積方向發(fā)展。我國開始在深基坑中使用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)是將密集的單排懸臂樁中部分樁向后移，沿深基坑長度方向形成類似門架空間結(jié)構(gòu)體系，發(fā)揮空間組合樁的整體剛度效應(yīng)。支檔因開挖引起不平衡力，達(dá)到控制變形的目的。具有整體剛度大、不需加設(shè)內(nèi)支撐、施工便捷等特點(diǎn)，適用于基坑空間較大的工程項(xiàng)目。

1.基坑工程概述

建筑工程發(fā)展隨著科技的進(jìn)步不斷發(fā)展，在建筑形式上趨于復(fù)雜化，表現(xiàn)為城市高層建筑大量興起、地下鐵路增多、建筑集中于人口密度較大的市中心，在基坑平面外無足夠空間保證工程放坡[1]。因此建筑工程需要設(shè)計(jì)大規(guī)模支護(hù)系統(tǒng)，工程中普遍采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。深基坑支護(hù)工程涉及工程結(jié)構(gòu)與巖土力學(xué)等方面課題，針對基坑工程地區(qū)特點(diǎn)較強(qiáng)、施工技術(shù)較嚴(yán)的特點(diǎn)，施工中應(yīng)確保做到安全可靠。

基坑工程是具有時(shí)代特點(diǎn)的巖土工程課題，涉及土力學(xué)中典型的強(qiáng)度和穩(wěn)定問題，人類土木工程頻繁活動(dòng)促進(jìn)基坑工程的發(fā)展。隨著西方國家大量高層建筑的大量涌現(xiàn)，對基坑工程要求不斷提高，迫使工程技術(shù)人員從新的角度審視基坑工程課題，使得許多新的理論方法得以出現(xiàn)。二戰(zhàn)后歐美發(fā)達(dá)國家在工業(yè)化進(jìn)程推動(dòng)下，為修建城市地鐵出現(xiàn)大量基坑工程。世界各國學(xué)者投入研究[2]。我國基坑工程起步較晚，改革開放初期高層建筑不斷涌現(xiàn)，基坑開挖深度不斷增加，多數(shù)城市進(jìn)入舊城改造階段，深基坑開挖為基坑工程課題注入了新的內(nèi)容。

由于基坑工程復(fù)雜性，基坑工程發(fā)生事故概率很高。許多支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力高于設(shè)計(jì)值，很多工程發(fā)生事故，主要對支護(hù)結(jié)構(gòu)與地基相互作用問題認(rèn)識(shí)不夠。要求用完善的理論解決基坑支護(hù)工程中的問題，任何工程方面的課題發(fā)展是理論與實(shí)踐結(jié)合促進(jìn)的成果。基坑工程出現(xiàn)新的支護(hù)形式會(huì)帶動(dòng)新的分析方法產(chǎn)生。放坡開挖可追溯至遠(yuǎn)古時(shí)代，隨著開挖深度增加，產(chǎn)生支護(hù)開挖。支護(hù)型式的發(fā)展有很多種，最早的基坑支護(hù)方法是放坡開挖，隨后發(fā)展輕型支檔結(jié)構(gòu)，如錨桿支護(hù)、地下連續(xù)墻等多種支護(hù)型式。放坡開挖土方量大，很多建筑基坑采用放坡開挖[3]。支護(hù)結(jié)構(gòu)原材料常用的有鋼混樁，通過加固改良周圍土地方法的水泥土擋墻等。鋼混樁分為鉆孔灌注樁、預(yù)制樁等。

2.雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)簡介

懸臂支護(hù)結(jié)構(gòu)是基坑支護(hù)常見的形式。常用的有板樁墻等，將板樁墻等間隔排列形成擋土結(jié)構(gòu)，嵌入土體部分提供抗力平衡基坑側(cè)壁對支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的壓力。由于施工簡單，從經(jīng)濟(jì)性、作業(yè)性方面分析為較好的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型。適用于軟土地區(qū)基坑深度不大于5m，地下水位較深地區(qū)基坑深度不大于10m。由于樁頂水平位移，隨著基坑開挖深度增加，解決問題方法是對懸臂樁墻加設(shè)支撐，雙排樁支護(hù)是有效技術(shù)手段。

雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)是空間組合懸臂支護(hù)結(jié)構(gòu)，在深基坑工程中得到廣泛應(yīng)用。將密集的單排懸臂樁中間部分樁后移，形成雙排支護(hù)空間結(jié)構(gòu)體系。適用于基坑側(cè)壁安全一、二、三等級(jí)，位移較小可用于深基坑[4]。雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)體系在基坑工程中應(yīng)用始于80年代末，目前已有不少計(jì)算模型，主要根據(jù)經(jīng)典土壓力理論確定壓力計(jì)算模型，用平面有限元法計(jì)算模型，雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)體系研究體現(xiàn)在工程上的優(yōu)越性。目前工程中常用的分析方法是運(yùn)用極限平衡法，由于有些假定條件不符合實(shí)際，其缺點(diǎn)逐漸暴露。土抗力法復(fù)雜度居中，目前技術(shù)規(guī)程推薦M法，考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體相互作用的影響，理論上比極限平衡法更合理。缺點(diǎn)是無法考慮土體本構(gòu)特性。

雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)體系為懸臂類空間組合支護(hù)，支護(hù)樁按需要采用不同的排列組合，前后排有連梁拉接，發(fā)揮空間組合樁整體剛度，支檔因開挖引起不平衡力，達(dá)到控制變形與相鄰 環(huán)境安全的目的。雙排支護(hù)結(jié)構(gòu)是在樁頂用剛性連系梁把前后排樁連接的空間支護(hù)結(jié)構(gòu)，雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)體現(xiàn)在前后排樁分擔(dān)主動(dòng)土壓力，后排樁兼起支檔作用；充分利用樁土作用土拱效應(yīng)，增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)體系缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)計(jì)算方法不夠成熟，基坑周邊需要一定空間。

3.雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑中的應(yīng)用

3.1 工程概況

擬建某汽車客運(yùn)站位于主城區(qū)，工程占地面積約50000㎡，基坑約280×130m，局部為六層賓館，結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)，基坑局部開挖深度約14m。周邊環(huán)境復(fù)雜，南側(cè)為某軌道交通線。工程主體設(shè)計(jì)單位要求項(xiàng)目基坑圍護(hù)定為永久性支護(hù)，基坑安全等級(jí)為一級(jí)。場地第四系地層厚度不大，地基主要以粘性土為主，地形地貌復(fù)雜，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，勘察期間地下水位埋深1.65-6m,區(qū)段存在不良地質(zhì)作用，基坑底標(biāo)高約3-10m。

圖1 工程位置圖

3.2 基坑支護(hù)方案

由于基坑開挖面積較大，對地面變形有嚴(yán)格支護(hù)要求，綜合考慮道路及土層組合等條件，避免基坑開挖對地下管線及相鄰軌道交通的影響非常重要?；哟竺娣e采用排樁加內(nèi)支撐支護(hù)形式造價(jià)高，影響施工進(jìn)度，難以保證安全性。采用錨樁支護(hù)錨桿施工對臨近城軌線有影響。經(jīng)多方案對比采用混合支護(hù)結(jié)構(gòu)形式[5]。西北側(cè)BE段采用單排樁+錨索支護(hù)形式，采用鉆孔灌注樁進(jìn)行支護(hù)，樁間采用φ500@1400旋噴樁止水，錨索采用7φ5/束預(yù)應(yīng)力鋼絞線。東北側(cè)FG段基坑開挖深度為10.45m,前后排樁采用φ1200@1400鉆孔灌注樁19.0m，連梁厚600mm，前后排樁間采用φ500@1400高壓旋噴水泥土樁止水。在排樁間部分區(qū)段加設(shè)高壓旋噴樁加固。

基坑開挖深度較大，基坑西側(cè)有規(guī)劃建設(shè)地鐵線限制范圍，三面支護(hù)特殊場地條件使得基坑設(shè)計(jì)條件復(fù)雜。項(xiàng)目主體設(shè)計(jì)單位要求地下室不能承擔(dān)基坑側(cè)壁回填土傳遞土壓力。南側(cè)AM緊鄰火車站，基坑設(shè)計(jì)受環(huán)境限制，MA基坑段開挖深度為10.45m,前后排樁采用φ1200@1400鉆孔灌注樁19m,連梁厚500m，前后排樁間采用φ700@1400旋噴水泥土樁止水，后排樁長為18m,坑內(nèi)側(cè)加設(shè)高壓旋噴樁加固。

雙排樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜，土壓力難以確定，雙排樁門架式支護(hù)結(jié)構(gòu)需要考慮前后排樁整體抗力性能，樁間連梁作用，考慮支護(hù)中發(fā)揮的作用。目前普遍的雙排樁計(jì)算模型是基于室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)的平面架鋼模型。假定將前后排樁與樁頂連梁視為底端嵌固，基坑開挖后連梁不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，前后排樁在連梁標(biāo)高處水平位移相等。

主動(dòng)土壓力可假定作用于后排樁，應(yīng)用較多的矩形排列情況，前排樁主動(dòng)土壓力Eaf=△σa=ασa,后排樁主動(dòng)土壓力Eab=（1-α）σa.根據(jù)前后排樁滑動(dòng)土體占樁后土體總量體積比例關(guān)系確定側(cè)土壓力，α=2L/L0-(L/L0）2，φ為土摩擦角，L為雙排樁外側(cè)排距；L0=Htan(45°-φ/2),H為基坑深度。將雙排樁假定為鋼架，對前后排樁彎矩計(jì)算，依據(jù)基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程，內(nèi)力采用增量法計(jì)算?？箖A覆穩(wěn)定性驗(yàn)算依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》按單排樁考慮，計(jì)算結(jié)果滿足要求。

3.3 監(jiān)測結(jié)果分析

為保證施工安全性，確保緊鄰軌道交通線與周邊建筑安全，采用信息化施工監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括：深層土體側(cè)向位移；支護(hù)結(jié)構(gòu)樁釘水平位移；基坑周邊地表沉降。分析BE段樁頂水平位移隨時(shí)間變化曲線，基坑北側(cè)樁錨段D3測點(diǎn)累計(jì)水平位移量最大，次最大點(diǎn)水平位移值為24.3mm，D43為AM段基坑較長邊中間處冠梁水平位移，最大值為14.1mm，小于理論分析極限平衡狀態(tài)位移值。土方開挖中樁頂水平位移變化隨深度加大。水平位移累計(jì)變化量持續(xù)增加，樁頂水平位移曲線趨于穩(wěn)定，呈現(xiàn)變化速率前快后慢。

比較樁錨段與雙排樁支護(hù)段樁頂水平位移最大值小于單排樁最大水平位移值，為同條件下樁錨段樁頂最大位移變形值的55%，原因是單排懸臂樁增設(shè)錨索支護(hù)形式，依靠樁體嵌入基坑土深度承擔(dān)樁后土壓力，樁頂與樁身變形較大。雙排樁頂水平位移較小，保持坑壁穩(wěn)定，滿足相鄰施工環(huán)境安全。分析樁錨支護(hù)段CX3支護(hù)樁側(cè)向位移情況，最大側(cè)向位移值為40.9mm，支護(hù)結(jié)構(gòu)底部位置側(cè)向位移為0。土方進(jìn)行開挖中樁體側(cè)向位移增大，土方開挖至基坑底部，側(cè)向位移變化速率減小，表明底板澆筑后樁體側(cè)向位移得到控制。分析前后排樁距4m處不同時(shí)刻樁間土側(cè)向位移變化曲線，位移曲線呈向坑內(nèi)拋物線形狀。隨著土方開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)件土體側(cè)向位移呈較大向坑內(nèi)變化趨勢，受到開挖方式等因素影響，樁體底部位置向坑外發(fā)展趨勢。

結(jié)語

目前工程完成主體地下室施工。支護(hù)樁頂水平位移隨基坑土體開挖增大，呈現(xiàn)明顯拋物線型階梯狀變化。雙排樁支護(hù)段樁頂水平位移較小，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)樁身側(cè)向位移隨開挖深度增加，曲線變化規(guī)律呈鼓肚型。雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)整體側(cè)向位移較小，曲線變化規(guī)律呈開口向上拋物線形狀。監(jiān)測結(jié)果表明該支護(hù)結(jié)構(gòu)對施工場地周邊環(huán)境限制的工程能滿足要求。隨著雙排樁前后樁排距增加，不同排距轉(zhuǎn)交處樁間土側(cè)向位移值小于不同排距發(fā)生側(cè)向變形。由于對支護(hù)結(jié)構(gòu)受力機(jī)理理論研究不成熟，計(jì)算模型存在較大差異，施工中加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)測非常重要。