吳榮清

摘 要對鉆孔灌注樁的基本概念進(jìn)行了介紹，在前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過建立有限元模型，并結(jié)合河道工程實(shí)例詳細(xì)介紹了利用鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)過程，并對其效果進(jìn)行了分析，解決了河道整治過程中對合流污水箱涵的影響問題。

關(guān)鍵詞河道整治;鉆孔灌注樁;有限元模型

隨著城市的發(fā)展，人們對河道的防洪、排澇、排污以及環(huán)境治理等要求的提高，城市地區(qū)的河道整治工程不斷開展，這種河道開挖建設(shè)過程中不可避免地會碰到其他建筑物，比如各種地下管道（線）、箱涵、隧道等[1]。河道整治工程中護(hù)岸樁基一般采用預(yù)制樁，這種錘擊沉樁的施工方法對現(xiàn)有地下的箱（管）涵、地鐵隧道等建筑物產(chǎn)生不良影響。為了降低這種影響，引進(jìn)一種已趨于穩(wěn)定、成熟的灌注樁技術(shù)，這種樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)本身存在著無振動、無擠土、無噪音的施工優(yōu)勢，已廣泛地應(yīng)用在各類工程項(xiàng)目中[2]。本文結(jié)合工程實(shí)例詳細(xì)介紹灌注樁在上海某河道整治工程中的應(yīng)用，并利用有限元軟件計(jì)算分析其效果，結(jié)果可為其他類似工程提供參考。

1 鉆孔灌注樁簡介

二十世紀(jì)六十年代，灌注樁技術(shù)引入我國，隨著時(shí)間的推移，該技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代化建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域得到普及[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鉆孔灌注樁已在各類工程建設(shè)中都得到比較廣泛的應(yīng)用。如：楊占山[1]等介紹鉆孔灌注樁在水利工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀;吳睿[4]等介紹了懸臂灌注樁在張家塘泵閘工程中的應(yīng)用;汪艷濤[5]在水利施工中分析了鉆孔灌注樁技術(shù)應(yīng)用及質(zhì)量控制等。

一般灌注樁主要是指通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中鉆挖一個(gè)圓筒形的孔洞，然后在孔洞中放置鋼筋籠，灌入混凝土而制成的樁。依照成孔方法不同，灌注樁又可分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾類，鉆孔灌注樁是按成樁方法分類而定義的一種樁型[2]。

2 鉆孔灌注樁在河道整治工程中的應(yīng)用

2.1 工程概況

本工程位于上海浦東新區(qū)唐鎮(zhèn)1號動遷基地地塊內(nèi)，項(xiàng)目范圍為華東路—龍東大道—顧家浜—東橫港合圍區(qū)域。工程范圍內(nèi)有一段約630m長的合流污水箱涵位于龍東大道與王家浜河道之間。本工程新開挖河道王家浜位于龍東大道北側(cè)，華東路東側(cè)，其中有長約400m的王家浜河道藍(lán)線（南側(cè)）位于污水箱涵20m保護(hù)范圍內(nèi)，此段河道藍(lán)線距合流污水箱涵外邊線最窄處僅3.7m。此段河道現(xiàn)狀已經(jīng)開挖，開挖長度約210m，現(xiàn)狀為土坡，口寬為16～23m?，F(xiàn)狀地面標(biāo)高為4.0～5.0m，河道樁基工程及土方開挖卸載施工可能對合流污水箱涵產(chǎn)生一定的影響。

2.2 保護(hù)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)上海市相關(guān)管理?xiàng)l例、管理辦法及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，在污水輸送干線管道、直徑八百毫米以上的排水管道或者雨水、污水泵站外側(cè)二十米內(nèi)進(jìn)行打樁施工的，在合流污水管道中心線兩側(cè)各50米以內(nèi)進(jìn)行打樁施工，應(yīng)當(dāng)事先提供樁基設(shè)計(jì)、打樁工藝程序及控制打樁土體位移措施的有關(guān)方案;在保護(hù)和控制范圍內(nèi)進(jìn)行工程建設(shè)，必須嚴(yán)格控制附加變形量，渠道伸縮縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)的差異沉降≤5mm;在控制范圍內(nèi)，樁基不得采用實(shí)心擠土樁[6-8]。

綜上所述，為了減小開挖王家浜造成對合流污水箱涵的影響，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)河口線、護(hù)岸樁基類型、護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式等方法來降低影響。本次王家浜河道整治工程大多數(shù)河段對合流污水二期（中線）箱涵無影響，局部河段位于箱涵20m保護(hù)區(qū)域。具體設(shè)計(jì)方案簡述如下。

根據(jù)地勘報(bào)告，樁號王S S0+000.0～王S S0+058.4范圍內(nèi)采用鋼筋砼掛板擋墻+灌注樁，調(diào)整南側(cè)設(shè)計(jì)河口線距箱涵外邊線的距離，調(diào)整后設(shè)計(jì)河口線與箱涵外邊線相距4.6～11.4m;樁號王S S0+058.4～王S S0+406.2范圍內(nèi)采用漿切塊石擋墻+灌注樁，設(shè)計(jì)河口線按照河道藍(lán)線設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)河口線與箱涵外邊線相距8.0～20.0m。

選取最不利斷面C—C進(jìn)行模型計(jì)算，具體平面位置和剖面關(guān)系詳見上圖1、圖2。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，與合流污水二期（中線）箱涵距離最近的護(hù)岸基礎(chǔ)見下表1：

2.3 河道開挖對合流污水箱涵的影響分析

對王家浜挖河進(jìn)行有限元分析，因河道與污水箱涵相對位置恒定，故計(jì)算采用巖土專用有限元分析軟件Plaxis進(jìn)行三維有限元模型的平面計(jì)算，數(shù)值計(jì)算中充分考慮了河道開挖的影響范圍建立計(jì)算模型[9]。目的在于通過有限元分析，對王家浜按規(guī)劃挖河過程中對污水箱涵結(jié)構(gòu)影響進(jìn)行分析評估。分析過程中將計(jì)算值與污水箱涵工程位移控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而為判斷本工程對污水箱涵結(jié)構(gòu)的影響程度提供理論依據(jù)，并對設(shè)計(jì)及施工方案提出建議。

為了較準(zhǔn)確地反映河道開挖施工時(shí)填土卸荷對污水箱涵的附加變形影響，計(jì)算采用彈塑性有限元分析方法，準(zhǔn)確考慮各結(jié)構(gòu)的空間位置和剛度大小，按實(shí)際施工工序，精確模擬河道開挖對污水箱涵的影響。數(shù)值計(jì)算中，土體采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬;箱涵采用板單元模擬，并根據(jù)截面進(jìn)行剛度換算[10]。其中，土體采用莫爾-庫侖模型模擬;圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料考慮為彈性受力階段，設(shè)為彈性材料[11]。計(jì)算中考慮地下水的滲流影響，以及初始固結(jié)沉降和初始應(yīng)力的影響，并通過施工階段來模擬施工工況。

由圖7可知，施工期間，河道開挖至設(shè)計(jì)口寬為最不利工況，此時(shí)河底最大變形值1.62mm，污水箱涵最大變形值為1.05mm。根據(jù)上述分析結(jié)果，對照相關(guān)條例、標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合已有的工程經(jīng)驗(yàn)可知，本工程實(shí)施過程中能滿足污水箱涵正常運(yùn)行的要求。

3 結(jié)論

通過三維有限元模型計(jì)算，鉆孔灌注樁能夠降低河道開挖對箱涵附近土體的擾動，減小土體位移，從而控制箱涵變形。此外通過后續(xù)對污水箱涵水平及豎向位移監(jiān)測、分層沉降監(jiān)測，以及實(shí)際使用效果，證明了采用鉆孔灌注樁對保證污水箱涵安全穩(wěn)定運(yùn)行是切實(shí)可行的，從而解決河道開挖對污水箱涵的影響問題。鉆孔灌注樁可滿足承載力及地基變形要求，施工簡便，非擠土樁，不會對附近結(jié)構(gòu)造成不良影響，可以為其他類似工程提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]楊占山，張傳才.鉆孔灌注樁在水利工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2008（01）：70-72.

[2]王昕.鉆孔灌注樁在水利工程中的應(yīng)用技術(shù)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（18）：284-285+287.

[3]李淵.鉆孔灌注樁在水利工程中的應(yīng)用[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2017（04）：66-68.

[4]汪艷濤.水利施工中的鉆孔灌注樁技術(shù)應(yīng)用及質(zhì)量控制分析[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2019，46（14）：142-143.

[5]吳睿，陳峰.懸臂灌注樁在張家塘泵閘工程中的應(yīng)用[J].上海水利，2000（01）：27-29+45.

[6]《上海市排水管理?xiàng)l例》.

[7]《上海市合流污水治理設(shè)施管理辦法》.

[8]《上海市原水引水管渠保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》.

[9]李志剛，王福強(qiáng)，王婷婷.PLAXIS數(shù)值模擬在分離卸荷式鋼管板樁碼頭計(jì)算中的應(yīng)用[J].港工技術(shù)，2017，54（06）：43-48.

[10]湯子揚(yáng)，牛志國，陳春燕.Plaxis在板樁碼頭分析中的應(yīng)用[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2013（01）：81-85.

[11]張建標(biāo)，吳力平，馮楊.鉆孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)分析與研究[J].消費(fèi)導(dǎo)刊，2009（20）：209-211.