摘要：介紹了人工挖孔樁的特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例，進(jìn)行2D有限元數(shù)值和3D有限元數(shù)值分析，探討了超大直徑人工挖孔樁在緊鄰圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的影響。并根據(jù)分析結(jié)果，有針對(duì)性的提出施工控制對(duì)策，希望能夠?yàn)槭┕ろ樌M(jìn)行，確保施工安全提供指導(dǎo)與借鑒。

關(guān)鍵詞：人工挖孔樁 緊鄰圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工 2D有限元數(shù)值 3D有限元數(shù)值

1.引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，超高層建筑工程建設(shè)數(shù)量越來越多，地下室開挖深度也越來越深，這給基坑開挖施工帶來新的挑戰(zhàn)。在這樣的背景之下，采取有效的質(zhì)量控制措施，合理應(yīng)用相應(yīng)的施工技術(shù)，促進(jìn)深基坑開挖施工順利進(jìn)行，確保施工安全是施工單位的重要目標(biāo)與追求。下面將以超大直徑人工挖孔樁為例，探討分析其對(duì)緊鄰圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的影響，并提出施工質(zhì)量控制對(duì)策，可為類似工程施工提供參考。

2.人工挖孔樁的特點(diǎn)

2.1優(yōu)勢明顯。人工挖孔樁是隨著施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和施工技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的一種技術(shù)措施，其樁徑大、承載力高、樁基質(zhì)量好、施工簡單方便、造價(jià)低廉、適應(yīng)性好，具有自身顯著特點(diǎn)和優(yōu)勢，滿足超高層建設(shè)樁基礎(chǔ)施工需要，在工程建設(shè)中越來越受到人們的重視。尤其是當(dāng)樁基持力層埋深較淺，淺層土層穩(wěn)定性較好的前提下，人工挖孔樁在施工中應(yīng)用能取得更好的效果。

2.2安全問題突出。但人工挖孔樁施工環(huán)境惡劣，井下作業(yè)環(huán)境比較差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全問題比較突出，這些問題的存在，制約其在施工中得到進(jìn)一步應(yīng)用，尤其是安全問題一直是施工的關(guān)鍵點(diǎn)與難點(diǎn)。與其它樁基施工不同的是，人工挖孔樁需要等到深基坑開挖至坑底之后，然后才能開始進(jìn)行施工。由于施工過程采用的是人工挖土方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，出土速度比較慢，使得坑底暴露時(shí)間比較長，也嚴(yán)重影響施工安全，給安全管理工作帶來較大挑戰(zhàn)。當(dāng)人工挖孔樁與坑邊圍護(hù)距離比較近時(shí)，人工挖孔會(huì)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)被動(dòng)區(qū)土體產(chǎn)生擾動(dòng)和卸載效應(yīng)，可能會(huì)加大基坑圍護(hù)的變形，降低基坑的穩(wěn)定性，并導(dǎo)致挖孔樁孔壁應(yīng)力增大，降低挖孔樁護(hù)壁的穩(wěn)定性。也就是說，當(dāng)兩者相鄰施工時(shí)，會(huì)進(jìn)一步加大施工風(fēng)險(xiǎn)，給施工安全問題帶來較為嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。因此，探討分析人工挖孔樁在緊鄰圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的影響，并提出相應(yīng)的質(zhì)量控制措施是十分必要的，對(duì)施工也具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。

3.工程概況

某超高層建筑126m，樁基采用人工挖孔樁，挖孔樁直徑達(dá)3m，樁基持力層進(jìn)入微風(fēng)化巖層。基坑開挖深度約15m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為直徑1.2m的鉆孔灌注樁，間距1.4m，圍護(hù)樁插入深度約6m，采用兩道鋼筋混凝土支撐。開挖范圍內(nèi)具有較厚的淤泥質(zhì)粉砂，坑底為粗砂層，滲漏系數(shù)大，坑外水位埋深約3m。止水帷幕采用水泥土攪拌樁，進(jìn)入相對(duì)不透水層1.5m以上，樁徑550mm，兩排攪拌樁錯(cuò)開布置。場地基巖為泥質(zhì)粉砂巖，富水性較弱，止水帷幕能切斷坑內(nèi)外水力聯(lián)系，坑內(nèi)采取降水措施，確保挖孔樁在疏干狀態(tài)下開挖。

4.超大直徑人工挖孔樁在緊鄰圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的影響

4.1 2D有限元數(shù)值。利用2D有限元程序Plaxis定性分析問題，合理選取土層計(jì)算參數(shù)，土體建模采用Mohr-Coulomb模型，對(duì)比分析計(jì)算結(jié)果與基坑設(shè)計(jì)圍護(hù)的變形情況，分析參數(shù)模型合理性。基坑開挖至底部時(shí)，對(duì)比Plaxis分析結(jié)果與設(shè)計(jì)軟件計(jì)算結(jié)果，二者吻合度較好，表明計(jì)算模型參數(shù)合理。然后進(jìn)一步分析問題，包括開挖對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，開挖時(shí)坑底無墊層，挖孔樁無護(hù)壁，進(jìn)行最不利工況分析。該挖孔樁直徑為3m，空間拱效應(yīng)明顯，計(jì)算分析時(shí)無法考慮墊層、護(hù)壁等有利因素，為確認(rèn)施工安全性，避免出現(xiàn)安全隱患，需進(jìn)一步進(jìn)行3D有限元數(shù)值分析。

4.2 3D有限元數(shù)值。分析時(shí)用Midas-GTS軟件，土體建模采用Mohr-Coulomb模型，長65m，寬20m，深45m。并合理選擇相應(yīng)的單元，對(duì)土體、圍護(hù)樁、支撐、坑底、挖孔樁進(jìn)行模擬。然后進(jìn)行三維挖溝分析，將計(jì)算結(jié)果與二維計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明二者吻合，說明三維模型得到優(yōu)化，滿足實(shí)際工作需要。然后分析不同墊層厚度、不同護(hù)壁厚度、是否有抗拉錨桿構(gòu)件條件下，挖孔樁施工對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，共分析16種工況。并進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)果。結(jié)果表明，即使沒有采取墊層和護(hù)壁措施，圍護(hù)樁最大水平位移減小很多，說明土拱效應(yīng)明顯。開挖至坑底時(shí)，事先連接墊層與抗拉錨桿，能減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形。由于土拱效應(yīng)明顯，圍護(hù)結(jié)構(gòu)與樁底位移量較小，抗拉錨桿對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)影響較小?？傊?，通過分析計(jì)算結(jié)果可以得知，采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，能確?；訃o(hù)安全，為施工創(chuàng)造安全、可靠的環(huán)境。

5.施工控制對(duì)策

5.1重視300mm厚的加筋墊層應(yīng)用。為確?；邮┕ぐ踩樌M(jìn)行，應(yīng)該注重加筋墊層的應(yīng)用。并且大量工程施工實(shí)踐表明，與200mm厚的加筋墊層相比，300mm厚的加筋墊層施工效果更為明顯，更有利于控制坑底長期暴露工況。同時(shí)，300mm厚的加筋墊層可以作為基坑圍護(hù)的第三道支撐，在基坑施工過程中，不僅能確保施工安全，還有利于保證主體結(jié)構(gòu)工程施工順利進(jìn)行。因而在基坑施工中，應(yīng)該重視300mm厚的加筋墊層應(yīng)用。

5.2采取有效的護(hù)壁措施。通過計(jì)算分析得知，圓形護(hù)壁的空間拱效應(yīng)明顯。如果人工挖孔樁的樁徑為3000mm，盡管護(hù)壁厚度不同，存在較大的差異，但是他們對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響并不大。施工過程中，每完成1m挖孔樁施工，應(yīng)該立即進(jìn)行施工護(hù)壁，確保施工安全進(jìn)行。當(dāng)施工速度比較快，護(hù)壁周圈的土壓力還未得到完全釋放，可以利用時(shí)空效應(yīng)。為確保施工安全順利進(jìn)行，施工中采用200mm厚的配筋護(hù)壁是切實(shí)可行的，能夠滿足施工需要。

5.3做好抗拉錨桿和墊層的連接工作。施工實(shí)際應(yīng)用表明，將坑底的抗拉錨桿與墊層連接，可以提高墊層平面內(nèi)的穩(wěn)定性，為施工創(chuàng)造更好的條件。

5.4提高止水帷幕施工質(zhì)量。挖孔樁施工受地下環(huán)境的影響比較大，如果地下水較豐富，水位較高，滲水性較強(qiáng)，對(duì)人工挖孔樁施工會(huì)帶來較為嚴(yán)重的不利影響，容易導(dǎo)致塌孔現(xiàn)象發(fā)生。為預(yù)防這種問題出現(xiàn)，要重視止水帷幕的采用，提高施工效果。一般止水帷幕進(jìn)入相對(duì)不透水層1.5m以上，并嚴(yán)格按照要求進(jìn)行止水帷幕施工，才能取得最佳效果。將坑內(nèi)的降水疏干，加固挖孔樁周圈土體，增強(qiáng)孔壁穩(wěn)定性，同時(shí)還要采取有效的孔內(nèi)降水和排水措施。從而有效降低滲水對(duì)工程施工的影響，避免出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，為挖孔樁施工的安全、順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

6.結(jié)束語

建立2D、3D有限元程序，探討超大直徑人工挖孔樁在緊鄰圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的影響。通過分析得知，圓形挖孔樁空間拱效應(yīng)明顯，盡管挖孔樁的直徑很大，與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的距離比較近，但空間效應(yīng)和樁底已經(jīng)進(jìn)入中風(fēng)化巖層，對(duì)圍護(hù)所產(chǎn)生的影響比較小。實(shí)際工程施工表明，采取坑底墊層措施、挖孔樁護(hù)壁措施、輔助抗拉錨桿措施、坑內(nèi)降水排水措施之后，能進(jìn)一步減小挖孔樁開挖對(duì)周邊環(huán)境的影響。同時(shí)有利于確保施工的安全及可靠，促進(jìn)施工順利進(jìn)行，提高工程建設(shè)效果，今后在挖孔樁施工中應(yīng)該重視這些施工對(duì)策的應(yīng)用。

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