邵晨晨

（上海市巖土地質(zhì)研究院有限公司，上海 200072)

0 引言

面積大、開挖深度深、環(huán)境保護(hù)要求高的基坑成為城市建設(shè)中的常態(tài)。這意味著基坑工程支護(hù)作為臨時(shí)措施，從確保開挖安全的單一維度向還需注重環(huán)境變形控制的多維度轉(zhuǎn)變。

在深厚軟土地區(qū)，基坑影響范圍內(nèi)土體普遍呈流塑狀，力學(xué)性能較差，不利于基坑穩(wěn)定和圍護(hù)變形控制。通過對(duì)被動(dòng)區(qū)采用水泥土攪拌樁加固，改善被動(dòng)區(qū)土體力學(xué)性能，從而達(dá)到控制圍護(hù)插入比及圍護(hù)體變形的目的[1]。因此，基坑被動(dòng)區(qū)加固在基坑工程中得到廣泛應(yīng)用。程博等分析了軟土地區(qū)被動(dòng)區(qū)加固對(duì)支護(hù)體穩(wěn)定性的影響[2]。金曉波系統(tǒng)研究了加固深度、寬度、強(qiáng)度等對(duì)基坑變形及基坑穩(wěn)定性的作用[3]。

在以往研究中，往往偏重于坑內(nèi)加固對(duì)基坑工程的有利影響。隨著建筑工程市場(chǎng)化進(jìn)程，低價(jià)中標(biāo)在工程項(xiàng)目招投標(biāo)中屢見不鮮，基坑施工過程中的偷工減料情況時(shí)有發(fā)生，而坑內(nèi)加固成為偷工減料的重災(zāi)區(qū)，常出現(xiàn)重點(diǎn)加固的區(qū)域反而是變形最大區(qū)域，如此反?，F(xiàn)象為工程建設(shè)埋下了重大隱患。本文結(jié)合上海地區(qū)實(shí)際工程案例，針對(duì)被動(dòng)區(qū)擾動(dòng)后圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況進(jìn)行討論和研究。

1 被動(dòng)區(qū)加固機(jī)理

在上海軟土地區(qū)，為達(dá)到控制圍護(hù)變形的目的，常采用水泥土攪拌樁進(jìn)行被動(dòng)區(qū)加固。水泥土攪拌樁加固工藝原理是采用特制深層攪拌器械對(duì)土體進(jìn)行攪拌，在破壞土體原有結(jié)構(gòu)的同時(shí)加入一定配比的水泥漿液，在攪拌器械的外力作用下使土體與水泥漿液充分拌和，水泥漿液作為膠結(jié)材料，在水泥漿液固化的過程中形成新的復(fù)合結(jié)構(gòu)體。

被動(dòng)區(qū)加固的布置形式根據(jù)控制變形要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，常用的加固布置形式有墩式加固、裙邊加固、抽條加固和滿堂加固。

2 工程案列

2.1 工程概況

本文以上海地區(qū)某基坑為例。場(chǎng)地地貌類型屬于濱海平原，地形較平坦。地下潛水水位埋深較淺，一般為地下0.5～1.5m，按最不利原則0.5m埋深取值計(jì)算；場(chǎng)地下分布有微承壓水層，止水帷幕插入下臥相對(duì)不透水層不少于1.5m，隔斷坑內(nèi)外微承壓水層的水力聯(lián)系。場(chǎng)地淺部以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，土層參數(shù)見表1。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

基坑面積2021m2，開挖深度9.55m。根據(jù)上海市工程技術(shù)規(guī)范DG/TJ08-61《基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，基坑安全等級(jí)為二級(jí)[4]?；?xùn)|側(cè)有一棟6層磚混結(jié)構(gòu)居民樓，距基坑開挖邊線19.0m，是本項(xiàng)目的重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象?；硬捎忙?00mm灌注樁擋土，結(jié)合φ850mm三軸水泥土攪拌樁止水，豎向設(shè)置兩道鋼筋混凝土水平支撐，靠近居民樓處坑內(nèi)加固采用雙軸水泥土攪拌樁裙邊加固，其余三側(cè)考慮環(huán)境保護(hù)要求較低，未設(shè)置被動(dòng)區(qū)加固[5]。第一道支撐上部設(shè)置環(huán)通棧橋，基坑四周無重車行走?；铀臈l邊中間位置各設(shè)一個(gè)圍護(hù)測(cè)斜變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)。見圖1、圖2。

圖1 基坑圍護(hù)平面圖

圖2 基坑圍護(hù)剖面圖

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

被動(dòng)區(qū)加固采用2φ700@500雙軸水泥土攪拌樁，水泥摻量13%，加固范圍為第二道支撐到坑底以下4.0m，加固寬度4.2m。對(duì)被動(dòng)區(qū)是否加固分別進(jìn)行剖面計(jì)算，結(jié)果見圖3和圖4，計(jì)算采用同濟(jì)啟明星軟件。

由圖3和圖4可知，被動(dòng)區(qū)不進(jìn)行加固的情況下，圍護(hù)灌注樁在不同工況下最大變形計(jì)算值為30.0mm；被動(dòng)區(qū)加固后，圍護(hù)灌注樁最大變形得到大幅改善，變形值減少至19.9mm，降幅達(dá)32%。

圖3 被動(dòng)區(qū)未加固情況下圍護(hù)計(jì)算變形包絡(luò)圖

圖4 被動(dòng)區(qū)加固情況下圍護(hù)計(jì)算變形包絡(luò)圖

2.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析

本項(xiàng)目地下工程建設(shè)過程中，第三方監(jiān)測(cè)單位進(jìn)行信息化監(jiān)測(cè)，工程四條邊中間部位分別設(shè)置一個(gè)圍護(hù)樁測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中被動(dòng)區(qū)進(jìn)行裙邊加固側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為CX1，其余側(cè)為CX2～CX4。見圖5。

圖5 基坑圍護(hù)測(cè)斜最終變形圖

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，分布于基坑四周的四個(gè)測(cè)斜孔的最終變形趨勢(shì)基本一致，但CX1最大變形值為40.6mm，出現(xiàn)在基坑開挖深度9.3m處，基本位于基坑坑底附近；CX2～CX4三個(gè)測(cè)斜孔最大變形為34.01～34.97mm，最大變形出現(xiàn)在基坑開挖深度8.5m左右，位于第二道支撐與底板之間的中部位置。根據(jù)原設(shè)計(jì)，基坑?xùn)|側(cè)設(shè)置裙邊被動(dòng)區(qū)加固，CX1變形應(yīng)明顯小于其余三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形數(shù)據(jù)，且最大變形位置應(yīng)在其余三側(cè)最大變形點(diǎn)之上，而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)卻相反，與原設(shè)計(jì)意圖背道而馳。

從土方開挖情況看，加固體基本沒有成型，且離散性較大，完全達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的0.5MPa無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。此異常情況基本可歸結(jié)為：1）施工單位認(rèn)為坑內(nèi)加固僅作為安全儲(chǔ)備，不參與受力計(jì)算，故重視不夠。2）坑內(nèi)加固施工時(shí)，水灰比偏大，同時(shí)攪拌提升速度及噴漿不均勻。3)水泥摻量不足，與設(shè)計(jì)要求的13%差異明顯。4)考慮淺部軟土層中靈敏度較高，在雙軸設(shè)備空攪過程中，土體強(qiáng)度下降，被動(dòng)區(qū)抗力不足，從而加劇圍護(hù)變形。

3 不同攪拌樁成樁質(zhì)量對(duì)圍護(hù)變形的影響分析

3.1 計(jì)算模型

為研究不同攪拌樁成樁質(zhì)量對(duì)圍護(hù)變形的影響，采用plaxis有限元軟件進(jìn)行分析，綜合考慮分析的合理性、計(jì)算速度和模型規(guī)模。模型豎向取50m范圍，橫向取90m范圍。

分析過程中，針對(duì)不同分析對(duì)象采用不同的單元類型和本構(gòu)關(guān)系，見表2。分析模型的豎向底部采用全自由度約束，側(cè)面采用法向約束。

表2 分析單元類型與本構(gòu)模型表

圖6 模型網(wǎng)格劃分圖

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

模型分別計(jì)算水泥摻量13%、8%的加固土（加固寬度為4.2m，加固范圍為第二道支撐底～坑底以下4.0m）、原狀土及擾動(dòng)土（力學(xué)指標(biāo)按原狀土50%取值）四種情況下圍護(hù)灌注樁的變形量，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 有限元計(jì)算結(jié)果

結(jié)果顯示，被動(dòng)區(qū)加固水泥摻量為13%時(shí)（模型一），可有效改善圍護(hù)墻體的變形，變形減小30%左右，與同濟(jì)啟明星軟件計(jì)算結(jié)果基本一致；當(dāng)被動(dòng)區(qū)加固水泥摻量為8%時(shí)（模型二），被動(dòng)區(qū)加固對(duì)圍護(hù)墻體變形的控制效果明顯降低；當(dāng)考慮被動(dòng)區(qū)施工嚴(yán)重噴漿不達(dá)標(biāo)時(shí)，土體被擾動(dòng)，被動(dòng)區(qū)抗力較原始狀態(tài)降低，圍護(hù)變形較原狀土狀態(tài)大幅提高35%左右，其變形是模型一變形的2倍左右。

4 結(jié)論

1）坑內(nèi)加固可有效改善圍護(hù)墻體的變形，但實(shí)際效果與施工質(zhì)量緊密相關(guān)，被動(dòng)區(qū)加固成樁質(zhì)量好壞導(dǎo)致圍護(hù)變形差異較大，施工質(zhì)量特別差的甚至對(duì)圍護(hù)變形控制產(chǎn)生負(fù)面影響。

2）若周邊環(huán)境保護(hù)有很高要求，計(jì)算中須考慮被動(dòng)區(qū)的加固效果時(shí)，應(yīng)結(jié)合土質(zhì)情況對(duì)加固后的被動(dòng)區(qū)的力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行折減利用，且坑底以上水泥摻量與坑底以下水泥摻量保持一致，均采用高摻量設(shè)置。

3）相比被動(dòng)區(qū)加固方式，采用增加圍護(hù)剛度，即增加灌注樁直徑和減少灌注樁間距對(duì)圍護(hù)變形的控制更加明確，且現(xiàn)場(chǎng)管理更方便。

4）對(duì)于被動(dòng)區(qū)加固施工，現(xiàn)場(chǎng)管理中應(yīng)通過水泥漿液配比、提升和下沉速度、水泥用量進(jìn)行控制，基坑開挖前應(yīng)對(duì)被動(dòng)區(qū)加固攪拌樁樁身強(qiáng)度進(jìn)行鉆芯取樣檢測(cè)，取樣數(shù)量不少于總樁數(shù)的2%，且不少于3根。