鄭 磊

(安徽誠(chéng)信項(xiàng)目管理有限公司，安徽 合肥 230001)

1 工程概況

1.1 工程設(shè)計(jì)概況

合肥市軌道交通5號(hào)線四川路站為地下雙層雙跨、局部雙層三跨島式站臺(tái)車站，結(jié)構(gòu)形式為箱形框架結(jié)構(gòu)。車站長(zhǎng)209 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.7 m，基坑深約16.8 m，支護(hù)樁選用樁長(zhǎng)約22.1 m的φ800@1 100鉆孔灌注樁，基坑共設(shè)置3道支撐，其中第一道為鋼筋混凝土支撐，第二道和第三道均為φ609鋼管支撐。

1.2 工程地質(zhì)情況

四川路站地層主要分成3層，主要地層工程特征見表1。車站基坑坑底和樁底均位于⑥2層黏土層，含大量親水性礦物，裂隙發(fā)育，是一種典型的膨脹土地層，具有中等偏弱膨脹性，主要地層物理力學(xué)指標(biāo)見表2。

表1 主要地層工程特征表

表2 主要地層物理力學(xué)指標(biāo)表

2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1 樁頂水平位移現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本項(xiàng)目的樁頂水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)總共布設(shè)了26個(gè)，現(xiàn)將其編號(hào)為ZQS1～ZQS26。其中ZQS1、ZQS2、ZQS3、ZQS4和ZQS20共5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在施工過程中遭到嚴(yán)重破壞，無法正常監(jiān)測(cè)。為了簡(jiǎn)化分析過程，現(xiàn)只選取其中4個(gè)具有代表性的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析研究，編號(hào)分別為ZQS6、ZQS12、ZQS16和ZQS23。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理得到2018年4月份現(xiàn)場(chǎng)樁頂水平位移變化曲線，如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)樁頂水平位移變化曲線

從圖1可以發(fā)現(xiàn)，編號(hào)ZQS6監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大水平位移值為3.8 mm，編號(hào)ZQS12監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大水平位移值為3.5 mm，編號(hào)ZQS16監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大水平位移值為3.9 mm，編號(hào)ZQS23監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大水平位移值為5 mm。在2018年4月21日—4月23日這段時(shí)間內(nèi)，因外界降雨天氣的影響，4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的樁頂水平位移值有一定程度的增大。4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的樁頂水平位移值在下雨過后又逐漸減小并趨于正常水平，這就說明在降雨天氣的影響下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上形成膨脹力附加應(yīng)力場(chǎng)作用，導(dǎo)致樁頂水平位移值有一定程度的增大。

2.2 樁體深層水平位移現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本項(xiàng)目的測(cè)斜孔總共布設(shè)了26個(gè)，現(xiàn)將其編號(hào)為ZQT1～ZQT26。為了簡(jiǎn)化分析過程，現(xiàn)只選取其中具有代表性的2個(gè)測(cè)斜孔進(jìn)行分析，其編號(hào)分別為ZQT15和ZQT18。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理得到2018年4月21日—4月27日這段時(shí)間內(nèi)2個(gè)測(cè)斜孔的現(xiàn)場(chǎng)樁體深層水平位移變化曲線，具體如圖2、圖3所示。

圖2 ZQT15樁體深層水平位移變化曲線

圖3 ZQT18樁體深層水平位移變化曲線

從圖2、圖3可以發(fā)現(xiàn)，由于降雨天氣的影響，編號(hào)ZQT15測(cè)斜孔最大樁體深層水平位移值達(dá)到40.85 mm，編號(hào)ZQT18的測(cè)斜孔最大樁體深層水平位移值達(dá)到25.18 mm。2個(gè)測(cè)斜孔的樁體深層水平位移值在2018年4月22日—4月23日這段時(shí)間內(nèi)波動(dòng)比較大，說明在降雨天氣的影響下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上形成膨脹力附加應(yīng)力場(chǎng)作用，導(dǎo)致樁體深層水平位移值有一定程度的增大。

4 對(duì)理正軟件模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析

4.1 理正軟件計(jì)算時(shí)膨脹力等效加載模型及取值大小的確定

膨脹力加載模型及取值大小的確定是膨脹土地層基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵問題。通過查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)后得到膨脹力的分布應(yīng)滿足以下條件：

(1)膨脹力是土體體積膨脹受到周圍土體限制后所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，因此膨脹力不會(huì)在地表處形成，而是隨著深度增大而增大。

(2)膨脹力分布范圍應(yīng)沿基坑深度方向分布。

(3)基坑底面處膨脹力較小。由于隨著基坑深度增加，濕度變化變小，土體密實(shí)度增大，雨水入滲較為困難，膨脹力將逐漸減小，但仍有大氣急劇影響深度。

目前，膨脹力加載模型主要包括上三角形模型、全三角形模型、梯形模型、矩形模型和濕度場(chǎng)模型5種情況，經(jīng)過對(duì)比分析認(rèn)為根據(jù)濕度場(chǎng)建立的膨脹土壓力模型較為合適。該模型的分布范圍為整個(gè)開挖深度范圍，基底以下取1～2 m范圍內(nèi)，方向?yàn)樗阶饔糜诨又ёo(hù)結(jié)構(gòu)臨空面上。根據(jù)濕度場(chǎng)建立的膨脹土壓力模型符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，模擬膨脹力取值采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值的30%基本合理[1]。

由于濕度場(chǎng)模型圖形不規(guī)則，為了便于模擬計(jì)算，現(xiàn)將濕度場(chǎng)模型簡(jiǎn)化成三角形。通過查閱本標(biāo)段巖土工程勘察報(bào)告得到膨脹力室內(nèi)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值P為67.6 kPa，本次水平膨脹力計(jì)算值采用30%P。因?yàn)槔碚浖]有現(xiàn)成的水平膨脹力加載模型，考慮采用等效替換的方式進(jìn)行水平膨脹力加載。根據(jù)基坑開挖后水平膨脹力方向和大小的分析，模擬計(jì)算時(shí)將作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水平膨脹力等效成與其作用方向和大小相等的地面三角形荷載，基底以下按1 m范圍考慮，加載模型如圖4所示。

圖4 膨脹力等效加載計(jì)算簡(jiǎn)圖

4.2 不同樁長(zhǎng)情況下的樁體變形規(guī)律分析

為了分析支護(hù)樁樁體變形在不同樁長(zhǎng)情況下的變化規(guī)律，在加載30%P水平膨脹力的情況下運(yùn)用理正軟件分別計(jì)算基坑見底后不同樁長(zhǎng)時(shí)的樁體變形值，得到對(duì)應(yīng)的樁體深層水平位移曲線。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)ZQT15和ZQT18測(cè)斜孔的位置，選取對(duì)應(yīng)位置的支護(hù)樁作為分析研究對(duì)象，結(jié)果如圖5～圖7所示。

圖5 原設(shè)計(jì)情況下測(cè)斜孔ZQT15和ZQT18對(duì)應(yīng)位置的樁體深層水平位移曲線

圖6 錨固深度位7 m時(shí)測(cè)斜孔ZQT15和ZQT18對(duì)應(yīng)位置的樁體深層水平位移曲線

圖7 錨固深度為8 m時(shí)測(cè)斜孔ZQT15和ZQT18對(duì)應(yīng)位置的樁體深層水平位移曲線

從圖5～圖7可以發(fā)現(xiàn)，按原設(shè)計(jì)方案在加載30%P水平膨脹力的情況下進(jìn)行模擬計(jì)算，編號(hào)為ZQT15和ZQT18的支護(hù)樁樁體深層水平位移最大值分別為48.105 mm和30.033 mm；在保持樁間距和樁徑不變的情況下將支護(hù)樁樁長(zhǎng)增加1.7 m、樁體錨固深度增加到7 m時(shí)，編號(hào)為ZQT15和ZQT18的支護(hù)樁樁體深層水平位移最大值分別為48.041 mm和29.316 mm；在保持樁間距和樁徑不變的情況下將支護(hù)樁樁長(zhǎng)增加2.7 m、樁體錨固深度增加到8 m時(shí)，編號(hào)為ZQT15和ZQT18的支護(hù)樁樁體深層水平位移最大值分別為48.077 mm和29.206 mm。對(duì)比分析可以得到支護(hù)樁樁長(zhǎng)的改變對(duì)支護(hù)樁樁身變形值的影響作用較小，由于原設(shè)計(jì)方案中未考慮膨脹力的作用且現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況較復(fù)雜，模擬計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相比偏大且其規(guī)律性更強(qiáng)，但兩者變化趨勢(shì)基本吻合。

4.3 不同樁徑情況下的樁體變形規(guī)律分析

為了分析支護(hù)樁樁體在不同樁徑情況下的變形規(guī)律，在加載30%P水平膨脹力的情況下運(yùn)用理正深基坑軟件分別計(jì)算基坑見底后不同樁徑時(shí)的樁體變形值，從而得到對(duì)應(yīng)的樁體深層水平位移曲線。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)ZQT15和ZQT18測(cè)斜孔的位置，選取對(duì)應(yīng)位置的支護(hù)樁作為分析研究對(duì)象，結(jié)果如圖8、圖9所示。

圖8 樁徑為d1000 mm時(shí)測(cè)斜孔ZQT15和ZQT18對(duì)應(yīng)位置的樁體深層水平位移曲線

圖9 樁徑為d1200 mm時(shí)測(cè)斜孔ZQT15和ZQT18對(duì)應(yīng)位置的樁體深層水平位移曲線

從圖8、圖9可以發(fā)現(xiàn)，按原設(shè)計(jì)方案在加載水平膨脹力的情況下進(jìn)行模擬計(jì)算，編號(hào)為ZQT15和ZQT18的支護(hù)樁在原設(shè)計(jì)時(shí)的樁體深層水平位移最大值分別為48.105 mm和30.033 mm；在保持樁間距和樁長(zhǎng)不變的情況下將支護(hù)樁樁徑增加到1 000 mm時(shí)，測(cè)斜孔編號(hào)為ZQT15和ZQT18的支護(hù)樁樁體深層水平位移最大值分別為41.667 mm和28.734 mm；在保持樁間距和樁長(zhǎng)不變的情況下將支護(hù)樁樁徑增加到1 200 mm時(shí)，編號(hào)為ZQT15和ZQT18的支護(hù)樁樁體深層水平位移最大值分別為35.761 mm和16.617 mm。支護(hù)樁樁體位移曲線呈近似拋物線型，且樁體變形隨著樁徑的增大而變小，但其變化幅度隨樁徑的增加而逐漸變小。對(duì)比分析可以得到支護(hù)樁樁徑的改變對(duì)支護(hù)樁樁身變形值的影響作用較明顯，由于原設(shè)計(jì)方案中未考慮膨脹力的作用且現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況較復(fù)雜，導(dǎo)致模擬計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相比偏大，且其規(guī)律性更強(qiáng)，但兩者變化趨勢(shì)基本吻合。

4.4 不同樁間距情況下的樁體變形規(guī)律分析

為了分析支護(hù)樁樁體變形在不同樁間距情況下的變化規(guī)律，在加載30%P水平膨脹力的情況下運(yùn)用理正深基坑軟件分別計(jì)算基坑見底后不同樁間距時(shí)的樁體變形值，從而得到對(duì)應(yīng)的樁體深層水平位移曲線。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)ZQT15和ZQT18測(cè)斜孔的位置，選取對(duì)應(yīng)位置的支護(hù)樁作為分析研究對(duì)象，結(jié)果如圖10、圖11所示。

圖10 樁間距為1 000 mm時(shí)測(cè)斜孔ZQT15和ZQT18對(duì)應(yīng)位置的樁體深層水平位移曲線

圖11 樁間距為1 200 mm時(shí)測(cè)斜孔ZQT15和ZQT18對(duì)應(yīng)位置的樁體深層水平位移曲線

從圖10、圖11可以發(fā)現(xiàn)，在加載水平膨脹力的情況下按原基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬計(jì)算，編號(hào)為ZQT15和ZQT18的支護(hù)樁在原設(shè)計(jì)時(shí)的樁體深層水平位移最大值分別為48.105 mm和30.033 mm；在保持樁長(zhǎng)和樁徑不變的情況下將支護(hù)樁樁間距增加到1 000 mm時(shí)，編號(hào)為ZQT15和ZQT18的支護(hù)樁樁體深層水平位移最大值分別為45.769 mm和33.704 mm；在保持樁長(zhǎng)和樁徑不變情況下將支護(hù)樁樁間距增加到1 200 mm時(shí)，測(cè)斜孔編號(hào)為ZQT15和ZQT18的支護(hù)樁樁體深層水平位移值最大分別為59.156 mm和22.674 mm。對(duì)比分析可以得到支護(hù)樁樁間距的改變對(duì)支護(hù)樁樁身變形值的影響作用較明顯，由于原設(shè)計(jì)方案中未考慮膨脹力的作用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況較復(fù)雜的原因，模擬計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相比偏大且其規(guī)律性更強(qiáng)，但兩者變化趨勢(shì)基本吻合。

5 結(jié) 論

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和理正軟件模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析得到如下結(jié)論：

(1)由于受到降雨等天氣的影響，膨脹土地層基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上形成膨脹土附加應(yīng)力場(chǎng)，導(dǎo)致基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形有一定程度的增加。

(2)運(yùn)用理正軟件進(jìn)行膨脹土地層深基坑開挖模擬計(jì)算時(shí)，水平膨脹力采用在地面和一定深度加載三角形荷載的等效方法是可行的。

(3)支護(hù)樁的樁徑和樁間距的改變對(duì)樁身變形值的影響作用較明顯，通過改變這兩個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化是合理的。