(1.十四冶建設(shè)云南勘察設(shè)計(jì)有限公司，昆明 650031； 2.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，昆明 650500)

1 引言

近年來我國城市化建設(shè)的快速發(fā)展，建設(shè)用地緊張、交通不便、空間狹小等問題突出，隨著對地上地下尋求發(fā)展空間[1]，從而產(chǎn)生了很多的深基坑。深基坑工程是一個(gè)非常復(fù)雜的巖土工程問題[2]，涉及到土層性質(zhì)、地下水、周邊環(huán)境等?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)一般都為臨時(shí)性的，進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，如何充分考慮場地的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及周邊環(huán)境情況，因地制宜的設(shè)計(jì)穩(wěn)定性好、變形小、投入少、工期能夠保證，施工難度又不大，即在多指標(biāo)考察下，綜合效益最優(yōu)的支護(hù)方案，是對基坑支護(hù)設(shè)計(jì)人員的挑戰(zhàn)，也是建設(shè)方關(guān)心探討的問題?，F(xiàn)在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)對使用錨索的限制[3]以及工程質(zhì)量為第一要求，大直徑的旋挖灌注樁在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用越來越廣泛[4]。現(xiàn)以某實(shí)際深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案為例，根據(jù)基坑周邊建(構(gòu))物的變形監(jiān)測結(jié)果、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形計(jì)算結(jié)果、工期、造價(jià)、成樁工藝及成樁效果等資料，對同一基坑不同剖面分別采用旋挖灌注樁及鋼管樁進(jìn)行支護(hù)效果進(jìn)行對比分析，分析結(jié)果可為今后類似基坑支護(hù)方案選擇設(shè)計(jì)時(shí)提供參考。

2 工程概況

2.1 基坑及周邊環(huán)境條件

擬建主要建筑物為三棟超高層住宅樓，其余為低層商業(yè)建筑及地下室，均為剪力墻結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目設(shè)整體的三層地下室。根據(jù)建設(shè)單位提供地勘報(bào)告資料、周邊路網(wǎng)管線資料、現(xiàn)場放線測量結(jié)果，考慮坑內(nèi)300mm深的排水溝后，基坑實(shí)際開挖深度為14.1m，基坑周長517.6m。基坑周邊紅線外環(huán)境情況：基坑?xùn)|側(cè)為圍墻及30m寬有重車運(yùn)行的白塔路； 南側(cè)為20m寬規(guī)劃路，路對面為住宅小區(qū)； 西側(cè)為15m寬規(guī)劃路； 北側(cè)為圍墻及24m寬規(guī)劃路，路對面為10F國稅局辦公樓?；影姿芬粋?cè)安全等級取一級，其余為二級。

2.2 工程水文地質(zhì)條件

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)鉆探揭示的土層結(jié)構(gòu)及其物理力學(xué)性質(zhì)，場地地基土按成因類型可分為第四系人工堆積層(Qml)、沖洪積層(Qal+pl)、沖湖積層(Qal+l)、殘坡積層(Qel+dl)及二迭系下統(tǒng)茅口組(P1m)基巖等5個(gè)大層。場地土層呈典型的多韻律交替沉積特征，基巖(灰?guī)r)面起伏較大。

場地地下水類型為第四系松散層孔隙水及基巖(灰?guī)r)巖溶水。根據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果，地下水影響半徑為86.1～92.9m，故對基坑影響較大。松散層孔隙水具弱承壓性，主要含水層為②2層圓礫，其透水性和富水性較強(qiáng)； 其次為②2a、③1、③2b、③3、④4a、③4b等層粉砂，其透水性中等，富水性弱至中等。場地淺部松散層地下水水位埋藏較淺，地下水位、水量隨季節(jié)變化較大，對基坑工程影響較大。各土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

2.2 基坑支護(hù)

基坑支護(hù)剖面的劃分[5]見基坑支護(hù)平面布置圖1。為節(jié)約支護(hù)成本，基坑?xùn)|側(cè)局部支護(hù)樁采用可回收鋼管樁，型號為Q235φ830×12焊接鋼管。支護(hù)剖面中1-1、4a-4a、4b-4b剖面，上部3.5m取臺放坡后采用φ830鋼管樁@1.1m+4排錨索@2.2m； 5a-5a剖面(主樓距坑邊12.2m)，整體取土3.5m取臺放坡后采用φ830鋼管樁@1.1m+4排錨索@2.2m； 5b-5b剖面整體取土3.5m后采用φ830鋼管樁@1.2m+4排錨索@2.4m； 2-2剖面寬4m、高3.5m取臺后采用φ800 @1.3m灌注樁+4排錨索@2.6m； 3-3剖面寬1.8m、高3.5m取臺后采用φ800灌注樁@1.1m+4排錨索@2.2m。止水帷幕樁采用φ600@400的長螺旋攪拌樁，樁長18～20m。所有支護(hù)面都進(jìn)行了掛網(wǎng)噴砼支護(hù)，樁頂設(shè)置鎖口梁。采用鋼管樁及灌注樁的支護(hù)剖面圖詳見圖2及圖3所示。

3 支護(hù)效果分析

3.1 兩種支護(hù)樁受力分析

圖1 基坑支護(hù)平面圖 圖2 鋼管樁+錨索支護(hù)剖面圖

圖3 灌注樁+錨索支護(hù)剖面圖

采用理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件7.0，對直徑為0.8m的C30鋼筋混凝土支護(hù)樁及Q235φ830×12.0的無縫鋼管支護(hù)樁進(jìn)行支護(hù)內(nèi)力計(jì)算。為方便比較分析，選擇的兩個(gè)支護(hù)剖面的基坑深度都是14.1m，支護(hù)樁嵌固深度7.4m，樁頂標(biāo)高在-3.50m，樁間距1.2m，冠梁尺寸1.2x1.8m，周邊附加荷載等條件都基本相同的支護(hù)剖面進(jìn)行計(jì)算分析比較。計(jì)算出鋼管樁及鋼筋混凝土樁的樁身位移、彎矩及剪力結(jié)果分別見圖4及圖5。對比計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用鋼管樁支護(hù)較鋼筋混凝土樁支護(hù)時(shí)，其樁身的最大位移值偏大，而樁身的最大彎矩則較鋼筋混凝土樁小，而對樁身最大剪力分布也偏小一點(diǎn)。分析其原因是鋼筋混凝土支護(hù)樁剛度較鋼管樁的大，即在水平力作用下位移就小，同理鋼筋混凝土樁身剛度大，承受水平荷載的能力強(qiáng)，相應(yīng)的樁身彎矩就大，力分配時(shí)錨索承受的錨拉力小； 反之，鋼管樁剛度小，承受的水平剪力大小，相應(yīng)的樁身所受彎矩偏小，力分配時(shí)錨索受力就大。

圖4 鋼管樁支護(hù)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

圖5 灌注樁支護(hù)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

3.2 變形分析

對周邊建筑物、道路、地下管線及圍護(hù)墻頂位移的第三方監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，監(jiān)測結(jié)果如表2所示。圍護(hù)墻頂豎向位移最大變化值-4.17mm，水平位移最大變化值4.3mm，位移量都較??； 地下管線最大沉降5.51mm； 周邊建筑物豎向位移4.82mm； 周邊道路豎向位移大于水平位移，最大豎向位移僅4.99mm。即變形值都遠(yuǎn)小于控制值[6]，支護(hù)結(jié)構(gòu)安全可靠。圖5給出了變形監(jiān)測最終結(jié)果，從監(jiān)測結(jié)果可以看出，采用管樁支護(hù)的變形監(jiān)測結(jié)果稍微大一點(diǎn)，最大4.3mm，采用鋼筋混凝土灌注樁支撐，最大變形達(dá)3.0mm，相差不大，變形很小，只是允許的控制值30mm的1/10，所以采用鋼管樁支護(hù)也完全能夠滿足要求，且施工工期短。

3.3 造價(jià)分析

因是試驗(yàn)研究，所以大部分的支護(hù)還是采用采用φ800的長螺旋鉆孔灌注樁。采用φ800的旋挖成孔C30的混凝土灌注樁，工程量是5 173m，每米的單價(jià)是697.8元，總價(jià)是3 609 709.05元。φ830鋼管樁的工程量是630m，綜合單價(jià)是525元，總價(jià)是330 750元； 止水采用直徑600深層攪樁，總價(jià)是897 582元。

表2 基坑圍護(hù)樁頂及周邊環(huán)境監(jiān)測值及控制值

從比較φ800的長螺旋鉆孔灌注樁每米的單價(jià)就高于φ830鋼管樁172.8元，若把長螺旋鉆孔灌注樁都改為鋼管樁支護(hù)，則總價(jià)上就可節(jié)約893 894.4元。

圖6 基坑變形監(jiān)測結(jié)果

4 鋼管樁施工及回收

鋼管樁采用隔樁施工，接頭綁搭焊采用ICE液壓振動錘施工。鑒于項(xiàng)目地處市中心，建筑垃圾及圓礫層較厚，故鋼管樁在②2圓礫層以上采取引孔工藝，平均引孔深度2.5m，具體深度根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。基坑上部揭露較厚松散狀圓礫層，根據(jù)現(xiàn)場旋挖成孔灌注樁試鉆情況，若泥漿護(hù)壁塌孔嚴(yán)重，就在上部圓礫層段采用鋼護(hù)筒護(hù)壁工藝。

為便于施工及回收，樁頂跳格出露冠梁0.5m、1.0m； 對需回收的鋼管樁在網(wǎng)片與鋼管樁間設(shè)置薄膜，以確保噴射混凝土不與鋼管樁粘結(jié)。

鋼管樁回收要點(diǎn)： 1)分段回收，分段長度20m內(nèi)； 2)同一回收段內(nèi)，先施工的后回收、后施工的先回后(即先拔樁頭較高部分，再拔樁頭較低部分)； 3)土方分層回填至設(shè)計(jì)錨索標(biāo)高，放張錨索，然后回填土方至上層錨索標(biāo)高、放張錨索……循環(huán)施工至冠梁頂后，方可回收； 4)采用ICE液壓振動錘懸掛于履帶吊上，起拔前先振動鋼管樁以液化樁邊土體，便于回收； 5)鋼管樁部分錨索考慮鋼管樁回收需要，需對錨索放張，故應(yīng)保證錨頭鋼絞線預(yù)留長度>70cm，且鋼絞線端頭采用扎絲纏繞，避免破損。

圖7為φ830鋼管樁支護(hù)示意圖，圖8為φ800灌注樁支護(hù)交界位置圖； 樁頂跳格出露0.5m、1.0m與冠梁相連，而灌注樁樁頂露鋼筋伸入冠梁。圖9、10分別為焊接后的鋼管樁及鋼管樁施工圖。從施工的速度來看，管樁施工較灌注樁施工快得多，灌注樁施工是先成孔，放鋼筋籠及澆灌混凝土，混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度還需要一定的時(shí)間，而鋼管樁打入就可，所以鋼管樁的施工工期較灌注樁的短，而且鋼管樁可以回收重復(fù)使用，而灌注樁不行。

圖7 φ830鋼管樁支護(hù)示意圖

圖8 φ830鋼管樁及φ800灌注樁交接位置

圖9 焊接好的φ830鋼管

圖10 φ830鋼管打樁機(jī)示意圖

6 結(jié)論

1)在場地及周邊環(huán)境條件復(fù)雜的情況下，建議進(jìn)行多種支護(hù)方案分析比較，擇優(yōu)方案進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。

2)通過對鋼管樁及鋼筋混凝土灌注樁兩種支護(hù)形式在同一基坑的支護(hù)效果進(jìn)行比較分析，采用鋼管樁進(jìn)行支護(hù)效果好，工期短，可回收，節(jié)約資源，降低造價(jià)。支護(hù)結(jié)構(gòu)的豎向及最大水平位移，周邊道路及管線的變形均在相應(yīng)規(guī)范要求允許的范圍內(nèi)。即采用鋼管樁進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)的方案是十分有效和安全的，能夠很好的保護(hù)周邊環(huán)境、節(jié)約資源、降低造價(jià)。