中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司 深圳 518052

1 工程概況

本案例是一個(gè)典型的深基坑工程，其工點(diǎn)位于新疆烏魯木齊市天山區(qū)勝利路、新華南路、三屯碑路及燕兒窩路交匯處，地處鬧市區(qū)，南郊客運(yùn)站和水上樂(lè)園匯聚于此，人流量和車(chē)流量較大。在項(xiàng)目東南側(cè)110 m處有一水庫(kù)分布，對(duì)于基坑開(kāi)挖的環(huán)境條件極為不利。地下水補(bǔ)給極其豐富。工程最大的難度就是基坑開(kāi)挖的止水效果，工程成敗也是能否將基坑止水帷幕達(dá)到設(shè)計(jì)要求的100%可靠度。

本項(xiàng)目分布在沖溝內(nèi)，上游有一水庫(kù)，地下水豐富，且開(kāi)挖面及以下一定深度范圍內(nèi)均為松散的圓礫、粉土及粉砂。同時(shí)在基巖里分布有不規(guī)則裂隙，地下水的分布形式多樣，為松散巖類(lèi)孔隙潛水、承壓水和基巖裂隙水。

本案例在止水帷幕的選擇上進(jìn)行過(guò)多次的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和探討，原設(shè)計(jì)方案采用旋噴工藝，由于在松散的地層中，旋噴樁完全不能成樁，不能隔斷地下水，如采用地下連續(xù)墻，由于地層組成復(fù)雜，有礫石和基巖，普通的抓斗不能成槽，需要銑槽機(jī)成墻，施工成本很大。經(jīng)過(guò)多種方案的選擇，本項(xiàng)目采用了新的施工工法——塑性混凝土咬合樁支護(hù)結(jié)構(gòu)——來(lái)完成本基坑的擋土和止水墻。

2 案例說(shuō)明

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)成因和勘察測(cè)試，場(chǎng)地內(nèi)主要地層由沖積洪積河床堆積形成的第四系全新統(tǒng)粉土、砂類(lèi)土、圓礫和角度不整合下伏的三疊系泥巖、砂巖、礫巖構(gòu)成。第四系地層厚度差異較大，沉積紊亂，巖性分布縱、橫向變化均較大；三疊系基巖面起伏較大。場(chǎng)地地表普遍分布厚度不均的人工填土。

2.2 設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目最初方案為鉆孔樁排樁+2 道錨桿，止水帷幕采用旋噴樁。施工采用順作法，基坑開(kāi)挖中心島的方式。

由于在現(xiàn)場(chǎng)旋噴樁試樁時(shí)，在該地層中采用旋噴樁無(wú)法成樁，經(jīng)過(guò)多次技術(shù)認(rèn)證，止水帷幕改為塑性混凝土咬合樁。塑性混凝土咬合樁（止水帷幕）和鋼筋混凝土鉆孔樁灌注樁排樁作支護(hù)結(jié)構(gòu)，該2 種樁型獨(dú)立成排。由于采取了塑性混凝土樁，其強(qiáng)度低、韌性好，在施工機(jī)械選配上帶來(lái)很多便利，本項(xiàng)目選配了三一重工SR220旋挖鉆機(jī)，即可以順利成孔灌注。施工功效高，單班每天成孔16 根，為施工贏得了時(shí)間。

通過(guò)本站點(diǎn)主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的調(diào)整，同時(shí)在施工中積累了塑性混凝土配合試驗(yàn)以及成樁施工經(jīng)驗(yàn)。本文在此基礎(chǔ)上提出了“塑性混凝土咬合樁”設(shè)計(jì)及施工方法，將止水帷幕和支護(hù)結(jié)構(gòu)兩墻合一，以便節(jié)約投資減少能耗。

3 塑性混凝土咬合樁設(shè)計(jì)[1-4]

塑性混凝土咬合樁（plastic concrete interlocking pile）以下簡(jiǎn)稱(chēng)PCP工法，即是塑性混凝土樁之間套打鋼筋混凝土鉆孔樁形成連續(xù)墻，起到擋土止水的作用（圖1）。鋼筋混凝土樁承擔(dān)截面的抗彎，其承載力驗(yàn)算可以參照現(xiàn)行的規(guī)范執(zhí)行，本文主要補(bǔ)充塑性樁的承載力驗(yàn)算，其包括：塑性樁在鋼筋混凝土樁之間的錯(cuò)動(dòng)剪力設(shè)計(jì)值（V），軸向抗壓設(shè)計(jì)值（N），抗彎承載力（M）均由鋼筋混凝土樁承擔(dān)。

圖1 剛性樁與塑性樁間錯(cuò)動(dòng)剪切破壞驗(yàn)算

3.1 塑性混凝土樁抗剪承載力計(jì)算

塑性混凝土樁應(yīng)驗(yàn)算塑性混凝土樁與剛性樁樁身局部抗剪承載力。塑性樁與鋼筋混凝土樁（剛性樁）之間的錯(cuò)動(dòng)剪切承載力和按下式驗(yàn)算：

式中：τ1——?jiǎng)傂院退苄詷吨g的錯(cuò)動(dòng)剪應(yīng)力設(shè)計(jì)值（N/mm2）；

Q1——?jiǎng)傂院退苄詷吨g單位深度范圍內(nèi)的錯(cuò)動(dòng)剪力標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm）；

q——作用于計(jì)算截面處的側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）；

L——?jiǎng)傂詷吨g的凈距（mm）；

de——錯(cuò)動(dòng)剪切高度（mm）；

τ——塑性混凝土抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）；

τc——塑性混凝土抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）。

3.2 塑性混凝土軸向抗壓承載力計(jì)算

塑性混凝土樁，在單位深度受側(cè)壓力的作用，對(duì)塑性混凝土產(chǎn)生的壓應(yīng)力驗(yàn)算。

式中：F——作用效應(yīng)的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）；

fcs——塑性混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）；

T——拱高（mm）；

b——計(jì)算寬度（mm）。

式中：F——塑性混凝土軸向抗壓設(shè)計(jì)值（kN）；

Fk——按作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的軸向設(shè)計(jì)值（kN）；

式中：l——拱軸水平長(zhǎng)度（mm）；

h——拱軸高度（mm）；

q——作用于計(jì)算截面處的側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）。

4 工程案例

4.1 計(jì)算條件

本文以三屯碑路站地下交通樞紐為工點(diǎn)，采用塑性混凝土咬合樁的塑性樁進(jìn)行驗(yàn)算分析。本項(xiàng)目基坑開(kāi)挖深度為12.10 m，圍護(hù)壁采用PCP工法，內(nèi)設(shè)2 道錨桿。采用Φ800 mm@1 200 mm塑性混凝土咬合樁，搭接200 mm，樁的嵌固深度為6 m。鋼筋混凝土樁的樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為水下C30，塑性混凝土樁身強(qiáng)度為5 MPa。

圖2 計(jì)算單元剖面

圖3 圍護(hù)壁排樁布置

根據(jù)圍護(hù)壁設(shè)計(jì)方案（圖2、圖3），土拱參數(shù)為：

T——拱高=250 mm；

h——拱軸高度=101 mm；

L——拱軸水平長(zhǎng)度=449 mm。

4.2 圍護(hù)墻主動(dòng)土壓力計(jì)算

根據(jù)本項(xiàng)目的巖土條件以及《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120—2012計(jì)算單元土應(yīng)力包絡(luò)線(xiàn)見(jiàn)圖4。

圖4 單元土應(yīng)力計(jì)算模型及最大挖深時(shí)水土壓力曲線(xiàn)

4.3 塑性混凝土配比

根據(jù)單元的計(jì)算，本項(xiàng)目塑性混凝土配合比28 d抗壓強(qiáng)度按5 N/mm2配制，考慮到水下灌注的影響，最終成樁抽芯取樣的混凝土強(qiáng)度不低于3 N/mm2。混凝土滲透系數(shù)為＜2×10-7cm/s。最終確定的塑性混凝土配合比： 水泥∶膨潤(rùn)土∶水∶砂∶石為150∶60∶252∶890∶890，水膠比為1.20。實(shí)測(cè)28 d的混凝土強(qiáng)度為5.3 MPa。

4.4 塑性樁截面承載力驗(yàn)算

4.4.1 塑性樁錯(cuò)動(dòng)抗剪承載力

滿(mǎn)足驗(yàn)算條件。

4.4.2 塑性混凝土軸向抗壓承載力計(jì)算

塑性樁的軸向抗壓承載力＜5 N/mm2，滿(mǎn)足軸向抗壓強(qiáng)度要求。

由此可見(jiàn)，當(dāng)塑性混凝土樁的樁身強(qiáng)度設(shè)計(jì)值達(dá)到5 N/mm2時(shí)，設(shè)計(jì)選用的塑性樁截面及樁身混凝土強(qiáng)度完全滿(mǎn)足截面承載力要求。

4.5 咬合樁施工

由于采用了塑性混凝土樁，施工采用了旋挖成樁的工藝，在施工主要增設(shè)排樁的施工導(dǎo)墻，在基坑開(kāi)挖對(duì)施工的樁位進(jìn)行了開(kāi)挖驗(yàn)樁，其止水效果很好，無(wú)明顯的滲漏現(xiàn)象。樁與樁均完全咬合。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)烏魯木齊市軌道交通1號(hào)線(xiàn)三屯碑路交通樞紐站基坑圍護(hù)方案的設(shè)計(jì)與施工，對(duì)于塑性混凝土土咬合樁工法得出以下結(jié)論：

（a）塑性混凝土咬合樁，在松散巖土層中特別是卵礫石地層中，常規(guī)止水樁難于實(shí)現(xiàn)時(shí)，采用塑性咬合樁，能起到止水、擋土作用；

（b）塑性混凝土咬合樁，由于其強(qiáng)度低便于咬合施工，其施工的可靠度大大高于剛性咬合樁，同時(shí)可以節(jié)約機(jī)械能耗，增加施工速度；

（c）盡管咬合樁的樁身強(qiáng)度和現(xiàn)行的建筑基坑規(guī)范有一定的沖突（要求混凝土強(qiáng)度不小于C20），但可以通過(guò)對(duì)其驗(yàn)算，同樣能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求；

（d）根據(jù)計(jì)算，當(dāng)主動(dòng)土壓力在196 kN·m時(shí)，塑性混凝土設(shè)計(jì)值5 N/mm2均能滿(mǎn)足截面承載力要求；

（e）塑性混凝土在水利壩基止水應(yīng)用雖廣，但在深基坑工程可以作鋼筋混凝土咬合使用，具有抗彎和軸向受壓的地下連續(xù)墻，該工法實(shí)用性強(qiáng)，巖土使用條件廣，可以作為一種新工法來(lái)推廣應(yīng)用于深基坑工程中。