潘立文，韓宏軍 ，孫文豪，張國(guó)梁

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；2.日照榮光建筑工程有限公司，山東 日照 276800；3.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222；4.港口巖土工程技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222；5.天津市水下隧道建設(shè)與運(yùn)維技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300461）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市空間日趨緊張，受高層、超高層建筑的大量建造及地鐵隧道、特大橋梁和港口碼頭等大型基礎(chǔ)設(shè)施的影響，深基坑工程的支護(hù)形式及變形控制成為重要研究課題。尤其是在城市建筑密集、周?chē)芫€縱橫交錯(cuò)、周?chē)h(huán)境要求苛刻的地區(qū)，超深超大基坑的開(kāi)挖、支護(hù)、降水體系的安全穩(wěn)定問(wèn)題以及由此產(chǎn)生的周?chē)乇砑肮芫W(wǎng)的沉降、建（構(gòu)）筑物傾斜開(kāi)裂等城市環(huán)境問(wèn)題，使得基坑工程的設(shè)計(jì)施工成為工程建設(shè)中的難點(diǎn)、重點(diǎn)問(wèn)題[1-4]。

雙排咬合灌注樁結(jié)構(gòu)是在雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，具有整體剛度大、水平位移小、占用空間小、施工方便、速度快等優(yōu)點(diǎn)，在基坑支護(hù)、船閘擴(kuò)建及邊坡加固等工程中獲得良好的工程應(yīng)用效果[1，5-6]。李立軍[7]研究發(fā)現(xiàn)樁長(zhǎng)是影響雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的主要因素；黃憑[8]對(duì)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)中垂直豎向錨索預(yù)應(yīng)力進(jìn)行分析，基坑變形控制效果與預(yù)應(yīng)力正相關(guān)；申永江等[9]研究錨索雙排樁與鋼架雙排樁的內(nèi)力分布，結(jié)果表明錨索雙排樁前后兩排樁的內(nèi)力分布差異十分明顯，鋼架雙排樁前后兩排樁的內(nèi)力分布十分相近。

目前，關(guān)于雙排咬合灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)體系研究并不多見(jiàn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析尤為少見(jiàn)，尤其在大連典型的臨海回填土基礎(chǔ)中雙排咬合灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的研究更為少見(jiàn)。本文結(jié)合大連典型臨?；靥钔恋貙又写筮B灣海底隧道建設(shè)干塢工程采用的雙排咬合灌注樁+錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，分析施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究變形機(jī)理，總結(jié)變形規(guī)律，對(duì)雙排咬合灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)體系在開(kāi)挖過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效控制。

1 工程概況

1.1 支護(hù)體系設(shè)計(jì)參數(shù)

干塢工程是為大連灣海底隧道建設(shè)工程配套建設(shè)的沉管預(yù)制場(chǎng)地，主要滿足海底隧道沉管管節(jié)的預(yù)制、舾裝和儲(chǔ)存。其中干塢周邊存在高聳煙囪，為避免煙囪受干塢開(kāi)挖而破壞，降低干塢開(kāi)挖對(duì)周邊高聳建筑物的影響，此處塢壁設(shè)計(jì)支護(hù)體系以雙排咬合灌注樁為主，輔以被動(dòng)區(qū)土體加固處理及施加巖石錨桿，同時(shí)需要在施工過(guò)程中進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，該區(qū)域塢壁支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖見(jiàn)圖1。

圖1 煙囪北側(cè)區(qū)域雙排灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.1 Section of double row cast-in-place pile support structure on the north side of chimney

該區(qū)域施工順序如下：

1） 先進(jìn)行被動(dòng)區(qū)旋噴樁施工，其中旋噴樁φ500@450 格柵式布置。

2） 加固完成后將基坑開(kāi)挖至導(dǎo)向槽底標(biāo)高2.50 m，施工導(dǎo)向槽、雙排樁、冠梁及連板，其中雙排樁排距2.4 m，前排樁為φ1 000@1 500 葷素咬合灌注樁，后排樁為φ1 000@1 500 旋挖鉆孔灌注樁，支護(hù)樁嵌入中風(fēng)化巖層2.5 m，止水樁嵌入中風(fēng)化巖層1 m。

3）分層直立開(kāi)挖至-1.80 m，退臺(tái)13.2 m。

4）分層開(kāi)挖至中風(fēng)化巖面-7.80 m，退臺(tái)1.5 m。

5）按照1∶0.3 的坡率對(duì)中風(fēng)化巖層分層爆破開(kāi)挖至基底標(biāo)高-12.45 m，并完成相應(yīng)C20 噴射混凝土面板及鋼筋錨桿施工。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，擬建場(chǎng)地地貌屬于海漫灘，干塢部分目前已回填為陸地，陸地標(biāo)高變化在2.68～11.25 m，地貌形態(tài)單一。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，區(qū)域內(nèi)廣泛出露第四系全新統(tǒng)人工填土。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探揭露，該地層自上而下為由碎石、黏性土及建筑垃圾組成②1雜填土，由粉煤灰、礦渣、碎石組成的雜填土②2及中風(fēng)化白云巖⑤3，其中上部②1雜填土約4.6 m，②2雜填土約7.44 m，下部均為⑤3中風(fēng)化白云巖，具體參見(jiàn)圖1，其主要土層物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 土的物理力學(xué)指標(biāo)Table 1 Physical and mechanical indexes of soil

2 樁身應(yīng)力及變形監(jiān)測(cè)

干塢基坑周邊為施工通道，局部位置存在熱電廠、高聳煙囪等建筑物，對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊地表的變形要求較高，因此對(duì)該位置進(jìn)行深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形監(jiān)測(cè)非常重要。

為了準(zhǔn)確、客觀地反映雙排樁結(jié)構(gòu)在工程中的受力變形情況，探究雙排樁支護(hù)的受力變形規(guī)律，對(duì)熱電廠和煙囪附近的雙排樁進(jìn)行樁身水平位移監(jiān)測(cè)及樁身內(nèi)力監(jiān)測(cè)。傳感器布設(shè)原則為：自樁頂沿樁身以下4 m，每1～2 m 布置一個(gè)樁身內(nèi)力觀測(cè)斷面，最下層觀測(cè)斷面距樁底不大于1 m，單樁共布設(shè)6 個(gè)斷面，每個(gè)斷面的受壓側(cè)和受拉側(cè)分別布設(shè)一個(gè)傳感器進(jìn)行同步觀測(cè)。對(duì)同一樁，沿樁底布設(shè)測(cè)斜管用以監(jiān)測(cè)樁身水平位移。實(shí)際樁身應(yīng)變計(jì)測(cè)點(diǎn)安裝位置及樁身水平位移預(yù)埋管安裝位置見(jiàn)圖2，現(xiàn)場(chǎng)典型監(jiān)測(cè)布設(shè)見(jiàn)圖3。

圖2 雙排灌注樁監(jiān)測(cè)儀器布置圖Fig.2 Layout of monitoring instruments for double row cast-in-place piles

圖3 現(xiàn)場(chǎng)典型監(jiān)測(cè)布設(shè)圖Fig.3 Typical site monitoring layout

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

本區(qū)域基坑工程于2017 年10 月自北向南開(kāi)始進(jìn)行基坑支護(hù)、開(kāi)挖，雙排咬合灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)于2017 年12 月完成施工，隨后開(kāi)始分區(qū)段進(jìn)行土方開(kāi)挖，于2018 年4 月開(kāi)挖至中風(fēng)化白云巖，然后進(jìn)行爆破開(kāi)挖，于2019 年3 月開(kāi)挖至基底標(biāo)高。

3.1 樁身內(nèi)力分析

通過(guò)應(yīng)變計(jì)直接測(cè)得雙排灌注樁樁身內(nèi)力（監(jiān)測(cè)點(diǎn)N2 和N3），在干塢開(kāi)挖至中風(fēng)化白云巖及基坑底標(biāo)高時(shí)內(nèi)外兩排灌注樁樁身應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。由圖4 可以看出，對(duì)于雙排灌注樁，整個(gè)施工過(guò)程中前排樁樁身內(nèi)力較后排樁均較小，后排樁有效的對(duì)側(cè)方土壓力起到支護(hù)作用。隨著干塢開(kāi)挖的進(jìn)行，前后兩排樁樁身內(nèi)力均增大。雙排灌注樁樁身內(nèi)力存在較為明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)位于物理特性相差較大的不同土層（中風(fēng)化白云巖與雜填土）交界面。

圖4 開(kāi)挖過(guò)程雙排灌注樁樁身內(nèi)力曲線圖Fig.4 Internal force curve of double row cast-in-place pile during excavation

3.2 樁身深層水平位移分析

雙排灌注樁深層水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5。從圖中可以看出，隨著干塢基坑開(kāi)挖深度的不斷增加，樁體水平位移都在逐漸增大。其中，前排樁S12 開(kāi)挖階段最大樁身水平位移為1.8 mm，位于樁頂，樁頂以下2～3 m 樁身水平位移均與樁頂水平位移相近，S12 樁身深層水平位移開(kāi)挖期間位移最大變化率為1.3 mm/d，進(jìn)行底板的澆筑后，樁身水平位移變化幅度減小并逐漸趨于穩(wěn)定。后排樁S13 開(kāi)挖階段最大樁身水平位移為1.9 mm，位于樁頂以下6.5 m 位置，開(kāi)挖期間位移最大變化率為1.1 mm/d，開(kāi)挖深度越大，樁身深層水平位移變化越快，進(jìn)行底板的澆筑后，樁身水平位移變化幅度維持一段時(shí)間后減小并逐漸趨于穩(wěn)定。樁身深層水平位移S12 和S13 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大位移與變化率均小于設(shè)計(jì)要求的30 mm 與2 mm/d，表明干塢基坑支護(hù)方案可行，塢壁在施工過(guò)程中處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 施工過(guò)程中雙排灌注樁深層水平位移變化曲線圖Fig.5 Variation curve of deep horizontal displacement of double row cast-in-place pile during construction

由圖5 可以看出，前后兩排樁的樁身變形存在顯著差異，前排樁類(lèi)似在單排樁上部樁加設(shè)支撐，樁體最大水平位移盡管發(fā)生在樁頂，但沿樁頂以下2～3 m，樁身水平位移相近，通過(guò)圖5 發(fā)現(xiàn)，樁頂以下深度4 m 時(shí)，樁身內(nèi)力已減弱接近零值，與樁身變形一致。后排樁受力狀態(tài)類(lèi)似于在樁頂添加坑外方向預(yù)拉力，樁頂存在反方向的水平位移，樁身水平位移存在3 個(gè)較為明顯的彎折點(diǎn)，雙排灌注樁的使用有利于后方土體的表觀質(zhì)量。

由圖5 可知，對(duì)于樁頂水平位移，前排樁受力變形大于后排樁受力變形；對(duì)于樁中水平位移，前排樁受力變形遠(yuǎn)小于后排樁。從整體看，后排樁受力變形效應(yīng)更明顯。

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，隨著基坑土方開(kāi)挖深度及施工工況的變化，前排樁向塢內(nèi)方向的水平位移逐漸增大，且樁身上部水平位移大于下部水平位移，符合一般基坑土體變形的規(guī)律。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)大連海底隧道干塢基坑項(xiàng)目的雙排灌注樁塢壁支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的監(jiān)測(cè)記錄與分析，得出以下結(jié)論：

1）本工程采用了雙排咬合灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)后期監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行分析，證明該方案是切實(shí)可行的，該支護(hù)體系變形較小，能有效限制后方土體變形，保護(hù)周邊的熱電廠、高聳煙囪等建筑物。

2）雙排灌注樁樁身內(nèi)力存在較為明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)位于物理特性相差較大的不同土層交界面。

3）雙排灌注樁前后兩排樁樁身變形存在顯著差異，前排樁變形類(lèi)似單排樁，后排樁存在3 個(gè)較為明顯的彎折點(diǎn)，后排樁整體受力變形較大。