袁 飛

(大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計研究院有限公司,遼寧省大連市 116023)

文章編號：1006—2610(2015)03—0085—04

某工程深基坑雙排樁支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

袁 飛

(大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計研究院有限公司,遼寧省大連市 116023)

隨著高層建筑和地下空間工程的發(fā)展，涌現(xiàn)了大量的深基坑工程，有明顯的場地限制和嚴格的變形控制要求，而雙排樁作為一種新型的支護結(jié)構(gòu)，具有側(cè)向剛度大、能有效限制側(cè)向變形、便于挖土和縮短工期等優(yōu)點，支護效果明顯。結(jié)合工程實際應(yīng)用，說明雙排樁的支護設(shè)計方法和施工方便、擋土結(jié)構(gòu)受力條件好、保持基坑穩(wěn)定等優(yōu)點，并取得了良好的支護效果。

深基坑；雙排樁；支護結(jié)構(gòu)

隨著基坑工程的不斷發(fā)展，支護形式從最早的放坡開挖到懸臂式支護結(jié)構(gòu)、內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)、土釘墻支護結(jié)構(gòu)等等。雙排樁支護結(jié)構(gòu)在近幾年工程中也得到了廣泛應(yīng)用，它是在地基土中設(shè)置2排平行樁，前后2排樁樁體成矩形或梅花形布置，在樁頂用剛性冠梁將2排樁連接，沿坑壁平行方向，形成門字形空間結(jié)構(gòu)。由于雙排樁支護結(jié)構(gòu)具有較大的側(cè)向剛度，可有效限制支護結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形，其支護深度比一般的懸臂式結(jié)構(gòu)要大。因此，在施工場地周邊環(huán)境受限制或?qū)ψ冃斡袊栏褚蟮纳罨庸こ讨校懈黠@的支護效果。

1 工程概況

某項目位于填海區(qū)，規(guī)劃總用地面積18 500 m2，擬建建筑物設(shè)3層地下室，基坑開挖深度約12 m，基坑周長約505 m，尺寸為120 m×130 m，呈矩形，基坑工程安全等級為一級。由于回填土料以風(fēng)化石為主，局部下臥淤泥質(zhì)土，地下水位高且水量豐富，周邊場地受用地紅線的限制，深基坑須采用可靠的支護措施。目前本項目的北側(cè)相隔1條規(guī)劃道路為歐力士在建工地，基坑深度約20 m，規(guī)劃路下已建綜合管廊；場地東側(cè)局部地段遺留有原碼頭的沉箱基礎(chǔ)?；拥钠溆鄠?cè)均鄰規(guī)劃道路，現(xiàn)未有重要建構(gòu)筑物，詳見圖1所示。

圖1 基坑位置示意圖 單位：m

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 場地地形、地貌及地層

場地原始地貌為近岸海域水下岸坡，經(jīng)人工填海后形成，現(xiàn)狀地面較為平坦，最大高差1.50 m。根據(jù)勘察結(jié)果，本場地地層如下。

(4) 強風(fēng)化輝綠巖(βu):① 強風(fēng)化輝綠巖，黃褐色、灰綠色，輝綠結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由輝石和長石組成，風(fēng)化強烈，巖芯呈碎屑狀。該層分布不連續(xù)，屬于極軟巖，破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級；② 中風(fēng)化輝綠巖，灰綠色，輝綠結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由輝石、長石組成，風(fēng)化較強烈，巖芯呈碎塊狀和短柱狀。屬于軟巖，較破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

(5) 全風(fēng)化板巖(Zwhc):① 全風(fēng)化板巖，黃褐色，變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，薄層狀，泥質(zhì)為主，沖擊呈柱狀，手捻易成土狀，夾強風(fēng)化巖層；② 強風(fēng)化板巖，黃褐色，變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，以泥質(zhì)為主，節(jié)理、層理發(fā)育，巖芯呈碎片和碎塊狀。場地大部分鉆孔有揭露，屬于極軟巖，破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級；③ 中風(fēng)化板巖，黃綠色、灰褐色，變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，薄層夾中層狀，泥質(zhì)為主，巖芯呈碎塊狀和短柱狀。屬于軟巖，較破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

2.2 水文地質(zhì)條件

場地未見地表徑流，地下水主要為賦存于雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中的孔隙潛水和全風(fēng)化板巖、強風(fēng)化板巖和強風(fēng)化輝綠巖中的基巖裂隙水，水量豐富，主要補給來源為場地北部的海水，大氣降水也對場地有一定的影響。場地地下水與海水聯(lián)通，地下水位受潮汐控制，勘察期間觀測水位變幅1～2 m，埋深為3.20～5.40 m。

場地在濱海地帶，地下水受潮汐影響。據(jù)大連市區(qū)南部海岸老虎灘地區(qū)海潮觀測資料表明，年平均潮位-0.066 m，年最高潮位1.954 m，年最低潮位-2.816 m，年平均高潮位0.964 m，年平均低潮位-1.116 m，受臺風(fēng)影響時，最大海浪高達8 m。

3 基坑支護設(shè)計

3.1 設(shè)計原則

(1) 根據(jù)基坑的規(guī)模、周邊環(huán)境等條件，參照有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，基坑工程安全等級定為一級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1，除北側(cè)外周邊無重要建(構(gòu))筑物，建議監(jiān)測控制變形等級按二級執(zhí)行。

(2) 支護結(jié)構(gòu)使用年限1.5 a，按臨時結(jié)構(gòu)考慮。

(3) 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載主要為水、土壓力，按規(guī)范要求各個土層分別按“水土合算、水土分算”，荷載分項系數(shù)取1.25。

(4) 基坑支護結(jié)構(gòu)截面設(shè)計按承載力極限狀態(tài)考慮，基坑外側(cè)附加荷載取均布10 kPa。

(5) 基坑側(cè)壁距建筑地下室基礎(chǔ)外邊線1.5～2.5 m。

3.2 計算參數(shù)的選取

本基坑各巖土層支護設(shè)計參數(shù)詳見表1。

表1 巖土層支護設(shè)計參數(shù)表表

3.3 基坑支護設(shè)計方案

根據(jù)工程進度要求及地質(zhì)條件和周邊環(huán)境等因素，經(jīng)多方案研究比選后，選擇雙排樁支護方案。

(1) 前排樁采用咬合樁，直徑1.2 m，“一葷(B樁)一素(A樁)”布置，間距0.95 m。咬合樁AB樁分2序施工，一序樁為A樁，大部分地段為素混凝土樁，局部地質(zhì)條件較差地段內(nèi)部設(shè)置矩形鋼筋籠，二序樁為B樁即鋼筋混凝土樁。詳見圖2所示。

圖2 咬合樁分布示意圖

(2) 后排樁采用沖孔樁，直徑1.2 m，布置間距根據(jù)場地地質(zhì)條件的不同，分別采用1.9、3.2和3.8 m。

(3) 前后排樁之間采用800 mm厚的混凝土板連接。

3.4 基坑截排水

基坑開挖范圍大部分為雜填土層，含石塊較多，滲透系數(shù)1.6×10-1cm/s，屬于強透水層。基坑北側(cè)存在市政管線，對沉降要求嚴格，不允許大量降水。本基坑采用咬合樁作為圍護結(jié)構(gòu)可兼做截水帷幕。截水帷幕深度穿過強透水層(填土層)，進入弱透水層(強風(fēng)化板巖、中風(fēng)化輝綠巖)，基坑內(nèi)部土方開挖采用井點降水?；拥钠马敿捌履_要求設(shè)置排水溝。

3.5 計算分析

3.5.1 計算原理

根據(jù)文獻[1]，前后排樁呈矩形布置(見圖3、4)，那么主動土壓力可以假設(shè)作用在后排樁上，樁間土壓力同樣取Δσ，則前后排樁的土壓力分別為：

前排樁Paf=Δσa=βσa

后排樁Paf=σa-Δσa=(1-β)σa

圖3 雙排樁計算分析模型圖

圖4 雙排樁土壓力比例系數(shù)計算簡圖

雙排樁前后樁土壓力分配比例系數(shù)見表2。

表2 本項目雙排樁前后樁土壓力分配比例系數(shù)表

3.5.2 計算模型

計算軟件采用SaP2000v11.08版，計算模型采用空間結(jié)構(gòu)模型，分別模擬前后排樁，基坑底部采用土彈簧模擬，計算模型見圖5。

圖5 SaP2000 計算模型簡圖

3.5.3 斷面計算與分析

以北側(cè)斷面為例，鉆孔柱狀圖及雙排樁受力分布如圖6、7。

圖6 鉆孔柱狀圖(1∶200) 圖7 雙排樁受力分布簡圖

計算方法采用瑞典條分法，應(yīng)力狀態(tài)采用總應(yīng)力法進行斷面計算，抗傾覆穩(wěn)定性驗算、抗隆起驗算、抗管涌驗算均滿足規(guī)范要求(計算過程略)。

5 施工應(yīng)急預(yù)案

針對本工程實際，分析存在以下風(fēng)險：基坑側(cè)壁漏水流沙、基坑變形過大影響結(jié)構(gòu)安全和周邊環(huán)境等。有關(guān)應(yīng)急預(yù)案的對策要求如下：

(1) 基坑側(cè)壁漏水流沙

1) 開挖后立即掛網(wǎng)封閉，減少暴露時間；

2) 漏水點塞編織袋防止流沙，樁后注漿堵漏；

3) 以預(yù)防為主，避免漏水，不允許發(fā)生流沙。

(2) 基坑變形超標(biāo)

基坑的變形是支護結(jié)構(gòu)安全性能最直觀的反映，所以必須按設(shè)計要求布置各監(jiān)測項目，按設(shè)計要求的觀測頻率進行監(jiān)測。當(dāng)變形和內(nèi)力監(jiān)測一項或多項超過設(shè)計給出的警戒值時，應(yīng)立即報告監(jiān)理、設(shè)計、施工和建設(shè)方，必要時召開會議說明情況，分析原因，采取有針對性的對策。

1) 當(dāng)變形超標(biāo)或速率增大是由于基坑土方開挖造成時，應(yīng)及時予以回填。

2) 當(dāng)大雨期間，基坑土體軟化，承受的水壓力超過設(shè)計值時，基坑可能產(chǎn)生過大的變形，應(yīng)做好基坑抽排水措施，配備備用電源，并做好地表排水。當(dāng)自然災(zāi)害不可抗拒時，應(yīng)在基坑內(nèi)注水，防止整體失穩(wěn)。

3) 當(dāng)施工期間出現(xiàn)局部結(jié)構(gòu)變形或內(nèi)力超標(biāo)時，應(yīng)采用堆砂包反壓等措施進行及時處置。

5 結(jié) 語

雙排樁作為一種新型的支護形式，具有側(cè)向剛度大、施工方便、不設(shè)支撐、受力條件和整體穩(wěn)定好以及節(jié)約造價等優(yōu)點，成為深基坑支護的優(yōu)選方案之一，尤其在軟土地區(qū)應(yīng)用廣泛。但雙排樁支護結(jié)構(gòu)的受力機理相對單排樁來講較為復(fù)雜，設(shè)計計算在土壓力分擔(dān)、樁土相互作用的考慮方面還需深入研究。

[1] 劉國彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 聶慶科,梁金國,等.深基坑雙排樁支護結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[3] 龍少林.雙排組合灌注樁在廣濟涌水閘重建工程中的設(shè)計與應(yīng)用[J].西北水電,2011,(03):57-59.

[4] 俞美華,寧萬輝.止水帷幕和管井降水在深基坑支護中的應(yīng)用[J].西北水電，2009,(06):53-56.

Design of Support Structure of Double-row Piles for Deep Foundation Pit

YUAN Fei

(Civil and Architectural Design Institute Co., Ltd., Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116023,China)

With development of high building and underground space works, the deep foundation pit works occurs in a large quantity, which are with obvious site restriction and strict deformation control requirement. As a new support structure, the double-row piles are with high lateral rigidity, convenient for excavation as well as can effectively restrain lateral deformation and shorten construction period. The support effect is significant. In combination of engineering practice, design of double-row piles support as well as features of convenient construction, good action condition of the retaining structure, and keeping stability of the foundation pit are described. An expected support effect achieved is demonstrated.

deep foundation pit; double-row pile; support structure

2014-10-22

袁飛(1979- )，男，黑龍江省綏化市人，高級工程師，從事巖土工程設(shè)計工作.

TU473.2

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.024