黃 顯
(廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510640)
雙排樁在水閘深基坑工程中的應(yīng)用
黃 顯
(廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510640)
簡(jiǎn)述雙排樁計(jì)算模型,通過(guò)珠江三角洲軟土地區(qū)某水閘深基坑中雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,介紹其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。應(yīng)用實(shí)踐證明:雙排樁在深基坑工程中具有剛度大、位移小、工期短、施工方便的特點(diǎn),具有很好的推廣價(jià)值。
雙排樁;深基坑;水閘;應(yīng)用
在基坑工程中,懸臂式灌注樁是一種應(yīng)用廣泛的支護(hù)型式,但對(duì)于深度較大的基坑,其樁頂水平位移常常較大,以致于其應(yīng)用常受到限制。如采用支撐或錨拉支護(hù)方法雖然可以減小樁頂?shù)乃轿灰?,但在工期、造價(jià)及施工技術(shù)或場(chǎng)地條件限制等方面也存在一些不利因素。雙排樁門(mén)架式支護(hù)結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱(chēng)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu))是由前后兩排灌注樁、冠梁以及前后排樁樁頂之間的連梁形成的空間結(jié)構(gòu),由于其具有較大的側(cè)向剛度,并能明顯減小基坑的側(cè)向變形[1],因此在一些對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移要求嚴(yán)格的深基坑工程中,這種支護(hù)形式得到廣泛應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)于雙排樁的理論研究,提出過(guò)一些不同的計(jì)算模型,一般有兩種思路:一種是將這種空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為平面模型來(lái)計(jì)算,如劉釗[2]、何頤華[3]等人的計(jì)算模型,差別主要在于土壓力或土彈簧的作用范圍以及約束類(lèi)型。另一種就是考慮空間效應(yīng)的有限元方法。如蔡袁強(qiáng)等人[4]的研究,其采用有限元法,對(duì)軟土地基深基坑中雙排樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特性進(jìn)行了分析。
上述雙排樁理論研究促進(jìn)了對(duì)其作用機(jī)理的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)與了解,另外一些科研和設(shè)計(jì)人員也通過(guò)一些試驗(yàn)和工程應(yīng)用獲得了寶貴的實(shí)踐數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證理論的有效性。這一新型支護(hù)結(jié)構(gòu),還需要大量的試驗(yàn)和應(yīng)用來(lái)完善其理論。而工程設(shè)計(jì)人員,更多的應(yīng)該采用規(guī)范來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)。本文通過(guò)廣州市黃埔區(qū)某水閘深基坑中雙排樁結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例,結(jié)合2012版建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程中雙排樁結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計(jì)方法,來(lái)闡述這種新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。
相比99版規(guī)范,新規(guī)范中增加了雙排樁這一新型支護(hù)結(jié)構(gòu),新規(guī)范中采用簡(jiǎn)化的平面剛架結(jié)構(gòu)模型(見(jiàn)圖1)[5]。
圖1 雙排樁計(jì)算模型
該模型中,作用在結(jié)構(gòu)兩側(cè)的荷載和單排樁相同,前、后排樁的樁間土體對(duì)樁側(cè)的壓力可按下式計(jì)算:
2.1 工程概況
廣州市黃埔區(qū)某水閘工程基坑支護(hù)順延河道堤岸線(xiàn),基坑深度為5.8~12 m左右,其中南岸閘室段基坑沿岸線(xiàn)長(zhǎng)約25.2 m,基坑深度7.0~9.6 m,其中約10 m長(zhǎng)范圍深度約9.6 m?;油鈧?cè)主要為廠房,基坑邊線(xiàn)距離需保護(hù)的建筑物邊線(xiàn)的距離較近。根據(jù)基坑重要性,本次基坑安全等級(jí)按二級(jí)考慮。
2.2 場(chǎng)地地質(zhì)條件
本工程地處珠江三角洲軟土地區(qū),主要為第四紀(jì)沉積物,土層多淤泥、淤泥質(zhì)土及淤泥質(zhì)粉砂,具有含水量高、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高、承載力低等特性。另外,工程位于感潮河段,地下水豐富,水位變動(dòng)頻繁,給基坑工程設(shè)計(jì)帶來(lái)了不小的考驗(yàn)。本次設(shè)計(jì)應(yīng)充分重視軟土特性以及地下水的影響。
根據(jù)附近鉆孔資料,各巖土層的層厚及物理力學(xué)指標(biāo)計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)及計(jì)算參數(shù)
2.3 支護(hù)型式比選
通過(guò)技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上以及對(duì)工期的影響等方面對(duì)常用的幾種基坑支護(hù)方案進(jìn)行分析比較:
(1)采用傳統(tǒng)的懸臂灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu),支護(hù)樁直徑采用1 200 mm,經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算,7.0 m深度的基坑樁頂位移為70.31 mm,而9.6 m深度的基坑樁頂位移達(dá)到119.61 mm,明顯不合理;
(2)采用樁錨支護(hù)形式,樁錨結(jié)構(gòu)雖然能很好的控制樁頂變形,但本工程需在枯水期完成水下工程,工期緊張,由于錨索施工復(fù)雜,基坑開(kāi)挖工序較多,對(duì)工期控制不利,故本次不予考慮;
(3)采用雙排灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu),雙排樁具有很大的側(cè)向剛度,可以明顯減小基坑的側(cè)向變形,而且不影響工期,所以合理可行。
根據(jù)工程實(shí)際情況,經(jīng)過(guò)方案比較,擬采用懸臂灌注樁和雙排混凝土灌注樁相結(jié)合的方案,基坑較淺位置采用單排的懸臂灌注樁結(jié)構(gòu),較深部位采用雙排灌注樁結(jié)構(gòu)。
2.4 雙排樁支護(hù)設(shè)計(jì)
支護(hù)樁樁徑1 200 mm,前排樁間距1 400 mm,前后排樁排距3.5 m,前后排矩形排列布置,前后排樁冠梁采用1 400 mm×1 000 mm,連梁采用800 mm×1 000 mm。基坑支護(hù)平面見(jiàn)圖2。
圖2 基坑支護(hù)平面及剖面布置圖
2.4.1 嵌固穩(wěn)定性計(jì)算
根據(jù)上述典型剖面,本文采用圖解法進(jìn)行嵌固穩(wěn)定性的簡(jiǎn)要計(jì)算。
由于有施工車(chē)輛過(guò)往,超載取為25 kPa,另外,將樁頂以上0.5 m厚的土層簡(jiǎn)化為附加荷載,其粘聚力作用也不考慮。由于閘室底板采用水泥攪拌土格柵結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)和防滲措施,對(duì)被動(dòng)土壓力區(qū)的土體產(chǎn)生了一定的加固效應(yīng),所以基坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力區(qū)的土體參數(shù)取為γ=19 kN/m2,c=25 kPa,φ=20°。
根據(jù)規(guī)范3.4節(jié)[5]分別計(jì)算外側(cè)各層土體的主動(dòng)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值,以及基坑內(nèi)側(cè)各層土體的被動(dòng)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值。經(jīng)計(jì)算后,將對(duì)應(yīng)的土壓力標(biāo)準(zhǔn)值分別畫(huà)在后排樁后和前排樁前,通過(guò)軟件自動(dòng)計(jì)算出土壓力多邊形的面積和形心,即可得到基坑內(nèi)外側(cè)的土壓力合力和力臂(見(jiàn)圖3)。
圖3 雙排樁計(jì)算土壓力圖解法
由規(guī)范公式4.12.5,可得到嵌固穩(wěn)定安全系數(shù):
由于雙排樁橫向尺寸較大,所以雙排樁的嵌固穩(wěn)定性驗(yàn)算考慮了土體與雙排樁結(jié)構(gòu)的自重作用,這是雙排樁與單排樁嵌固穩(wěn)定性驗(yàn)算的區(qū)別。
2.4.2 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算
采用經(jīng)典的圓弧滑動(dòng)條分法來(lái)驗(yàn)算雙排樁的整體穩(wěn)定性,采用理正深基坑軟件進(jìn)行輔助計(jì)算。經(jīng)過(guò)計(jì)算,Ks=3.240>1.3,滿(mǎn)足規(guī)范要求。
2.4.3 樁身內(nèi)力及位移驗(yàn)算
通過(guò)輔助計(jì)算軟件同時(shí)可以得到樁身的內(nèi)力及位移包絡(luò)圖(見(jiàn)圖4)。由于雙排樁具有較大的側(cè)向剛度,樁頂位移得到了很好的控制,從圖中可以看出,最大位移為35.21 mm。
圖4 雙排樁位移與內(nèi)力包絡(luò)圖
2.4.4 配筋計(jì)算
根據(jù)上述內(nèi)力計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋,為了施工方便,采用通長(zhǎng)配筋。前排樁主筋采用30C22,后排樁主筋采用28C22,前后排樁箍筋均采用B12@150,連梁底筋和面筋均采用10C25,箍筋采用B12@150。
2.5 基坑變形監(jiān)測(cè)
基坑變形監(jiān)測(cè)是保證基坑安全必不可少的環(huán)節(jié)。隨時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì),采取措施,以保障施工安全,并有效地保護(hù)基坑周邊環(huán)境。同時(shí),基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為科研和設(shè)計(jì)人員提供原始資料,有助于更加深入地認(rèn)識(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形與受力特性,從而提高基坑工程的理論水平,改進(jìn)設(shè)計(jì)理論和規(guī)范,推動(dòng)基坑工程施工技術(shù)的發(fā)展。
本次基坑監(jiān)測(cè)共布置3個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)、1個(gè)地下水位監(jiān)測(cè)孔和1個(gè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn),在基坑開(kāi)挖期間1~2天測(cè)一次,水閘主體工程施工階段3~5天測(cè)一次。觀測(cè)結(jié)果顯示,樁頂最大位移為31 mm,地下水位穩(wěn)定,基坑外地表無(wú)明顯裂縫,表明支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
本工程位于珠江三角洲軟土地區(qū)的河道,地下水豐富,水位變動(dòng)頻繁,本次基坑支護(hù)采用雙排灌注樁和懸臂灌注樁相結(jié)合的支護(hù)形式,代替較常用的樁錨結(jié)構(gòu),取得了很好的效果。
通過(guò)施工期基坑變形監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看到,基坑是安全的,主體工程的施工安全得到了有力保障。另外,由于沒(méi)有錨索施工,樁施工完畢即可進(jìn)行基坑開(kāi)挖,大大地縮短了工期,保障了工程在汛期前順利通水驗(yàn)收,由于工期的加快也間接地降低了工程造價(jià)。
通過(guò)本工程實(shí)踐證明,雙排樁結(jié)構(gòu)在深基坑工程中具有剛度大、位移小、工期短、施工方便的特點(diǎn),具有很好的推廣價(jià)值。
[1] 龔曉南.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998.
[2] 劉 釗.雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的分析及試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),1992,14(5):76-80.
[3] 何頤華,楊 斌,金寶森.雙排護(hù)坡樁試驗(yàn)與計(jì)算的研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),1996,17(2):58-66.
[4] 蔡袁強(qiáng),趙永倩,吳世明,等.軟土地基深基坑中雙排樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)有限元分析[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),1997,31(4):442-448.
[5]JGJ120-2012,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].
(責(zé)任編輯:周 群)
Application of double-row piles in deep sluice foundation pit engineering
HUANG Xian
(Guangzhou Water Planning&Design Institute,Guangzhou 510640,China)
Support structures with double-row piles had been adopted in a deep sluice foundation pit located in soft soil area of the pearl river delta.An introduction was made on the calculation model of double-row piles and the key points of design.This application proved that double-row piles is worthy of popularization for deep foundation pit engineering with its high stiffness,small displacement,short duration and the convenience in construction.
Double-row piles;deep foundation pit;sluice;application
TV223.22
B
1003-1510(2016)03-0042-04
2016-04-12
黃 顯(1986-),男,湖北秭歸人,廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院工程師,碩士,主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。