王佳辰

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075）

0 引言

隨著城市立體交通的快速發(fā)展，城市路口下穿通道建設(shè)項(xiàng)目越來越多。

中山市位于珠江三角洲沖積平原，軟弱土深厚。在該區(qū)域項(xiàng)目建設(shè)過程中，要充分研究軟弱土不良地質(zhì)條件下，基坑開挖過程中的穩(wěn)定性計(jì)算。針對基坑墻底隆起穩(wěn)定性計(jì)算，現(xiàn)行《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120—2012）采用的計(jì)算方法是Prandtl 法。而對于珠三角、長三角等軟土深厚地區(qū)，在常規(guī)圍護(hù)樁嵌固深度的條件下，采用此方法計(jì)算的安全系數(shù)經(jīng)常不滿足規(guī)范規(guī)定的坑底抗隆起穩(wěn)定性要求，進(jìn)一步加長圍護(hù)樁的嵌固深度將難以滿足工程經(jīng)濟(jì)性要求。對此，童磊等[1]提出公式應(yīng)計(jì)入墻底以上土體抗剪強(qiáng)度有利作用作為抗力。劉銀芳[2]認(rèn)為，軟土基坑被動(dòng)區(qū)土加固的措施可以提高坑底抗隆起穩(wěn)定性。本文基于前人研究，以中山沙古公路裕祥路節(jié)點(diǎn)隧道明挖基坑為例，對規(guī)范采用的Prandtl 計(jì)算方法進(jìn)行修正，且修正后的計(jì)算方法在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中取得了良好效果。

中山沙古公路裕祥路節(jié)點(diǎn)隧道明挖基坑設(shè)計(jì)過程中，除了遇到軟土基坑坑底抗隆起穩(wěn)定性計(jì)算的問題，還遇到了受500 kV 高壓線控制，低凈空條件下基坑坑底加固攪拌樁實(shí)施困難的問題。通常在諸如橋梁投影面下、高壓線下需進(jìn)行地基加固或基坑坑底加固施工時(shí)，受豎向施工空間限制，常規(guī)價(jià)格低廉的攪拌樁因施工機(jī)械高度大而無法實(shí)施時(shí)，常見的解決辦法為采用施工機(jī)械高度低的高壓旋噴樁施工，但因高壓旋噴樁延米造價(jià)遠(yuǎn)高于攪拌樁，必然會(huì)造成工程投資費(fèi)用陡增。近年來，一種新的接桿攪拌樁工藝逐漸得到推廣。其鉆桿可由多節(jié)組成，在施工過程中，可先打入首節(jié)鉆桿，接長組裝第二節(jié)鉆桿后再打入第二節(jié)鉆桿，以此類推。這種施工工藝可大大減少攪拌樁施工需要的豎向高度，且成樁質(zhì)量與常規(guī)攪拌樁差別不大，且比高壓旋噴樁具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢。

1 工程概況

為實(shí)現(xiàn)中山市古鎮(zhèn)快線（沙古公路）主線直行交通在裕祥路節(jié)點(diǎn)的快速通過，在項(xiàng)目裕祥路節(jié)點(diǎn)設(shè)置一座下沉式隧道。隧道長340 m，其中封閉段90 m，北敞開段106 m，南敞開段144 m。隧道采用矩形一箱兩孔斷面，開挖基坑明挖順筑施工。隧道場地分布地層為2.5～6.4 m厚填筑土（），平均厚度16.6 m的淤泥質(zhì)土（）及7 m的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（），0.7～4.3 m厚粉質(zhì)黏土（），平均厚度7.5 m的砂類土（）、平均厚度3.7 m的全、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（J2-3bz），其下為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（J2-3bz）。

隧道基坑開挖深度9.16 m，基坑采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐體系支護(hù)，受軟土基坑穩(wěn)定性控制，需實(shí)施坑底加固?；影踩燃壈炊壙紤]，坑底隆起穩(wěn)定性安全系數(shù)取1.4。

隧道基坑坑頂場平標(biāo)高上方20.5 m有一條500 kV高壓線走廊小角度斜交隧道軸線。根據(jù)《電力設(shè)施保護(hù)條例》及其實(shí)施細(xì)則，高壓線下、最外側(cè)導(dǎo)線外8.5 m范圍內(nèi)，施工機(jī)械高度不得侵入豎向8.5m 范圍內(nèi)的懸線保護(hù)范圍?；优c高壓線相對位置關(guān)系見圖1。

圖1 本項(xiàng)目隧道基坑橫斷面圖（單位：m）

2 軟土區(qū)基坑坑底隆起穩(wěn)定性計(jì)算

2.1 修正前公式計(jì)算結(jié)果

引言中已提出：軟土深厚地區(qū)，在常規(guī)圍護(hù)樁嵌固深度的條件下，采用現(xiàn)行《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120—2012）Prandtl 法計(jì)算坑底隆起，所得安全系數(shù)常常不能滿足規(guī)范第4.2.4 條的要求。以本項(xiàng)目隧道主體（不含泵房段）最深基坑剖面計(jì)算為例，巖土參數(shù)取值見表1，抗隆起穩(wěn)定性計(jì)算簡圖見圖2，計(jì)算如下：

表1 巖土層物理力學(xué)參數(shù)取值

圖2 坑底隆起穩(wěn)定性計(jì)算簡圖

式中：Khe為隆起安全系數(shù)；γm1為基坑外樁底以上土的重度，kN/m3；γm2為基坑內(nèi)樁底以上土的重度，kN/m3；D 支護(hù)樁嵌固深度，m；h 為基坑深度，m；q0坑頂20 kPa 均布荷載；Nc、Nq為承載力系數(shù)；c 為支護(hù)樁底以下土的黏聚力，kPa；φ 為支護(hù)樁底以下土的內(nèi)摩擦角，°。

代入本項(xiàng)目參數(shù)，得Khe=0.87＜1.4，不滿足《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》第4.2.4 條的要求。

2.2 公式修正及修正后計(jì)算結(jié)果

在本工程案例中，基坑開挖深度9.16 m，支護(hù)樁嵌固深度插入比為0.93∶1。根據(jù)軟土地區(qū)基坑設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前方案是能夠滿足基坑穩(wěn)定性要求的，故分析公式計(jì)算不能通過的原因并對其進(jìn)行修正。

分析修正前，公式計(jì)算不通過原因主要是：坑底隆起破壞面必須穿過樁底至坑底的土層才會(huì)發(fā)生坑底隆起破壞，但規(guī)范采用的安全系數(shù)公式抗力值（即Khe計(jì)算公式分子項(xiàng)）未考慮樁底至坑底間土體的剪切強(qiáng)度貢獻(xiàn)，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果過于保守。

因此，應(yīng)對計(jì)算公式進(jìn)行適當(dāng)修正：假設(shè)被動(dòng)區(qū)樁底以上土體受到隆起土體傳來的荷載，沿著90°豎直面破壞，如圖3 所示，稱作直剪破壞模式。按此模型考慮樁底至坑底間土體剪切強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，即其直剪強(qiáng)度黏聚力c底，若設(shè)計(jì)考慮坑底地基加固，則c底應(yīng)采用加固后復(fù)合地基和坑底未加固土關(guān)于厚度加權(quán)平均值的黏聚力。

圖3 被動(dòng)區(qū)樁底以上土體破壞面示意

修正后計(jì)算公式如下：

“坑底加固土”及“加固土底部至樁底土”關(guān)于厚度的加權(quán)平均值c底取191 kPa(加固土復(fù)合地基黏聚力按經(jīng)驗(yàn)取坑底加固土28 d 側(cè)限抗壓強(qiáng)度1.2 MPa的1/5，即240 kPa），代入公式得到Khe=1.46＞1.4，滿足規(guī)范要求，計(jì)算通過。

2.3 修正計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證

截至撰稿時(shí)，本項(xiàng)目基坑工程已完成基坑開挖施工，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)反饋，基坑位移變形等各項(xiàng)數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范要求，驗(yàn)證了修正計(jì)算的正確性。

3 低凈空條件下攪拌樁施工方案

如前所述，本項(xiàng)目有一處500 kV 高壓懸線小角度斜穿隧道基坑上方，無法采用常規(guī)深層攪拌樁施工坑底加固。設(shè)計(jì)及施工過程中，經(jīng)過大量調(diào)研，最終選擇接桿攪拌樁工藝實(shí)現(xiàn)了坑底加固施工。

3.1 接桿攪拌樁工藝原理

接桿攪拌樁與常規(guī)攪拌樁的水泥摻量、水灰比技術(shù)參數(shù)相同，區(qū)別僅在于接桿攪拌樁的鉆桿可以分節(jié)接長安裝，使得其樁機(jī)高度大幅降低，通?？梢钥刂圃? m以下。其工藝如下[3]：

（1）接桿攪拌樁就位，開始噴漿，鉆入第一節(jié)鉆桿，并在第一節(jié)鉆桿深度范圍內(nèi)的地層上下反復(fù)噴漿攪拌。

（2）停止噴漿，從第一節(jié)鉆桿接桿接頭處接入第二節(jié)鉆桿。

（3）開始噴漿，鉆入接長后的鉆桿，并在已鉆深度以下至組合鉆桿深度范圍內(nèi)的地層上下反復(fù)噴漿攪拌。

（4）按以上步驟依次接長鉆桿，噴漿攪拌，直至達(dá)到攪拌樁設(shè)計(jì)樁底高程。

（5）停止噴漿，提升鉆桿并分節(jié)拆除鉆桿，直至鉆桿完全提升出地面，從而完成單根攪拌樁施工（根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鉆桿提升過程中也可繼續(xù)噴漿攪拌）。

需要注意的是，為了保證攪拌樁成樁質(zhì)量的均勻性，每次停止噴漿接長鉆桿至下一次反復(fù)噴漿攪拌的時(shí)間間隔必須確保在上一次噴漿水泥初凝時(shí)間以內(nèi)，具體時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場水泥配合比、緩凝劑摻量、外界溫度的不同而確定。大面積施工前，務(wù)必做好試樁試驗(yàn)。

3.2 接桿攪拌樁技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢

（1）接桿攪拌樁機(jī)由于鉆桿可分節(jié)安裝下放，故樁機(jī)高度可較常規(guī)攪拌樁機(jī)大幅壓縮，適用于高壓線下、橋梁投影下等低凈空施工條件下攪拌樁的施作。

（2）接桿攪拌樁較高壓旋噴樁、MJS 工法樁等其他低凈空施工工藝廉價(jià)。以本項(xiàng)目中山沙古公路裕祥路節(jié)點(diǎn)隧道基坑為例，采用D850 mm 高壓旋噴樁坑底加固時(shí)，樁延米單價(jià)為362 元/m；采用D850 mm接桿攪拌樁時(shí)，樁延米單價(jià)為232 元/m。上述單價(jià)已通過財(cái)政局審核批復(fù)。由此可見，接桿攪拌樁具有極好的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。

（3）接桿攪拌樁的成樁不產(chǎn)生過大的地層壓力，故在橋下低凈空條件下施工時(shí)，相對高壓旋噴樁而言，接桿攪拌樁對橋梁承臺(tái)樁基位移變形的控制效果好。

3.3 應(yīng)用成果案例

中山市古鎮(zhèn)快線（沙古公路）快速化改造工程裕祥路節(jié)點(diǎn)隧道已成功適用接桿攪拌樁工藝完成主線隧道基坑坑底加固處理。根據(jù)試樁試驗(yàn)及成樁的抽芯檢測，其與相同地質(zhì)條件、相同直徑、相同水泥摻量的常規(guī)攪拌樁在28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（1.2 MPa）等技術(shù)參數(shù)無異，取得了良好的運(yùn)用效果。相關(guān)工程造價(jià)也已取得財(cái)政局批復(fù)，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，為在其他類似工程的運(yùn)用提供了技術(shù)經(jīng)驗(yàn)與可靠案例。

4 結(jié)語

本文根據(jù)中山市古鎮(zhèn)快線（沙古公路）快速化改造工程項(xiàng)目裕祥路節(jié)點(diǎn)隧道的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)復(fù)盤了以下設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)及解決方案。

（1）在深厚軟土區(qū)采用符合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的較強(qiáng)支護(hù)措施后，采用現(xiàn)行《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120—2012）Prandtl 公式計(jì)算仍不滿足基坑坑底隆起安全系數(shù)時(shí)，可修正公式，考慮坑底至樁底土層的剪切強(qiáng)度對抗隆起抗力的貢獻(xiàn)。

（2）當(dāng)在低凈空條件下需施作復(fù)合地基或基坑坑底加固時(shí)，可考慮采用具有良好技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢的接桿攪拌樁工藝。

（3）上述兩點(diǎn)問題的解決方案已在中山沙古公路裕祥路節(jié)點(diǎn)隧道明挖基坑設(shè)計(jì)施工中成功應(yīng)用，取得了技術(shù)方案及投資預(yù)算批復(fù)，為類似工程問題的解決提供了有力參考。