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        長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)體系構(gòu)建與應(yīng)用

        2024-01-31 14:23:11王緒勇岳智強(qiáng)
        關(guān)鍵詞:監(jiān)測(cè)儀器基坑穩(wěn)定性

        王 帥 于 洋 王緒勇 岳智強(qiáng)

        1.青島地質(zhì)工程勘察院(青島地質(zhì)勘查開(kāi)發(fā)局) 山東 青島 266000

        2.青島地礦巖土工程有限公司 山東 青島 266000

        在城市化進(jìn)程中,在修建高層建筑、地鐵、隧道等工程時(shí)需要開(kāi)挖深度較大的基坑。在這些工程中,基坑支護(hù)始終是一個(gè)關(guān)鍵的工序。長(zhǎng)期以來(lái),基坑支護(hù)技術(shù)在不斷地改進(jìn)和完善,但仍然面臨很多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的基坑支護(hù)方法已經(jīng)難以滿(mǎn)足復(fù)雜工程的施工要求[1]。因此,新型的基坑支護(hù)技術(shù)不斷涌現(xiàn)。長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)體系是一種新興的基坑支護(hù)技術(shù),該體系遵循“支撐階段-封閉階段-拆除階段”的施工順序,將兩種長(zhǎng)度不同的鋼筋混凝土雙排樁進(jìn)行交錯(cuò)排列,采用支撐和封閉系統(tǒng),可有效地控制土體變形及結(jié)構(gòu)沉降。同時(shí),該體系施工速度快、安全性高,可以大大提高施工效率。在履行其基本功能的同時(shí),該體系還大大降低了施工成本,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。本文將具體介紹長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)體系的構(gòu)建與應(yīng)用,包括其原理、施工方法、監(jiān)測(cè)以及相關(guān)工程案例。該文旨在為讀者深入了解基坑支護(hù)技術(shù)提供參考,為工程實(shí)踐提供有益借鑒。

        1 長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)應(yīng)用案例

        1.1 長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)介紹

        長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)體系是一種常用于深基坑施工中的支護(hù)體系,該體系主要采用長(zhǎng)樁與短樁雙排樁組合的方式,形成一個(gè)穩(wěn)定的樁墻支護(hù)系統(tǒng),長(zhǎng)樁和短樁可以根據(jù)不同的地質(zhì)條件和工程要求進(jìn)行組合布置。具體來(lái)說(shuō),長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)包括以下幾個(gè)步驟:第一、確定樁的位置和數(shù)量。在施工前,需要對(duì)基坑的地形、土層、水位等進(jìn)行勘測(cè)和分析,確定樁的位置和數(shù)量。第二、鉆掘樁孔。鉆機(jī)依次在樁的位置上鉆掘長(zhǎng)樁孔和短樁孔。第三、安裝樁筋。在樁孔內(nèi)安裝鋼筋,并將其固定在樁孔底部的鋼筋架上。第四、澆注混凝土。分別在長(zhǎng)樁孔和短樁孔內(nèi)澆注混凝土,并按照要求進(jìn)行振搗和養(yǎng)護(hù)??偟膩?lái)說(shuō),長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)具有施工簡(jiǎn)便、支護(hù)效果好、抗震性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),因此在建筑施工中得到了廣泛應(yīng)用。但是,該技術(shù)也需要考慮土壤條件、樁的材質(zhì)和數(shù)量等因素,以確保基坑支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。

        在現(xiàn)代城市建設(shè)中,建筑物的高度和規(guī)模不斷提高,為了滿(mǎn)足這些大型建筑的需要,建筑深基坑的施工需要越來(lái)越深。深基坑的施工需要采用高強(qiáng)度樁墻等穩(wěn)定的支護(hù)措施來(lái)保證施工安全和工程質(zhì)量。長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)體系由于其支撐力強(qiáng)、施工效率高、適應(yīng)性強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn),成為了現(xiàn)代建筑深基坑支護(hù)施工中常用的一種重要技術(shù)??傊?,長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)體系是一種高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的基坑支護(hù)技術(shù),其應(yīng)用廣泛,適用于各種不同的地質(zhì)條件和工程要求。

        1.2 工程背景及要求

        某工程需要建設(shè)一座地下停車(chē)場(chǎng),基坑周長(zhǎng)約620m,面積約20530m2,車(chē)庫(kù)地下三層,局部地下四層。工程±0.00的絕對(duì)標(biāo)高為54.30m,現(xiàn)自然地坪絕對(duì)標(biāo)高53.80m左右,車(chē)庫(kù)筏板頂標(biāo)高39.60m,主樓筏板頂標(biāo)高35.60m,筏板厚700mm,基坑開(kāi)挖深度北區(qū)約為15.10m,南區(qū)為19.10m。由于場(chǎng)地較為狹窄,且周?chē)休^多已有建筑物,按照傳統(tǒng)的樁錨和鋼支撐方式較難實(shí)現(xiàn)。因此,需要采用更加適用的支護(hù)方式,以確保施工質(zhì)量與周?chē)h(huán)境的安全。

        1.3 技術(shù)方案設(shè)計(jì)

        經(jīng)過(guò)多次設(shè)計(jì)優(yōu)化,選擇了長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)。具體方案包括以下幾個(gè)步驟:

        1.3.1 長(zhǎng)短組合雙排樁施工

        長(zhǎng)短組合雙排樁的應(yīng)用原理基于雙排樁的基礎(chǔ)上,通過(guò)在長(zhǎng)樁和短樁之間設(shè)置連接件,將兩組樁連接在一起形成一個(gè)整體,以達(dá)到增強(qiáng)樁的整體剛度和抗拔能力的目的。通過(guò)長(zhǎng)短組合的方式,能夠充分發(fā)揮兩種樁的優(yōu)點(diǎn),提高整體支撐的穩(wěn)定性和承載能力,適用于較大深度和較大荷載的基坑支護(hù)。同時(shí),連接件的設(shè)置也起到了減小樁周土體變形的作用,保證了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

        1.3.2 樁頂連梁施工

        單獨(dú)施工頂梁,與樁頂連接固定。當(dāng)長(zhǎng)短組合雙排樁施工完成后,需要進(jìn)行樁頂連梁施工[2]。用鋼筋和混凝土澆筑樁頂連梁,連接所有的樁,使成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu),確保支撐性能。

        1.4 長(zhǎng)短組合雙排樁對(duì)比及優(yōu)化

        1.4.1 不同構(gòu)型支護(hù)體系對(duì)比分析

        通過(guò)對(duì)原始設(shè)計(jì)的審查,發(fā)現(xiàn)主要問(wèn)題是支護(hù)樁嵌固埋深不足和樁身強(qiáng)度不足。如果是在傳統(tǒng)情況下,最好的解決方案是重建支撐樁。然而,基坑的開(kāi)挖已經(jīng)很深了,而且原有Φ800mm間距1400mm的支撐樁,樁間間隙為600mm。因此,在樁間增加新樁的可能性幾乎為零,這給設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了困難。通過(guò)工程實(shí)例分析,確定在現(xiàn)有支護(hù)樁外側(cè)增設(shè)一排支護(hù)樁,形成雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。

        首先,采用傳統(tǒng)的雙排樁體系,在滿(mǎn)足規(guī)范要求的條件下,通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算確定埋深至少應(yīng)為11.5m,即施工樁長(zhǎng)不應(yīng)小于28.5m。嘗試增加一排與現(xiàn)有規(guī)格相同的Φ800mm長(zhǎng)22m支撐樁,形成雙排樁支撐結(jié)構(gòu)。計(jì)算結(jié)果表明,整體穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求,樁頂水平位移滿(mǎn)足要求。然而,埋置深度不夠,無(wú)法保證內(nèi)部土體穩(wěn)定。當(dāng)基坑深度接近19.1m時(shí),并沒(méi)有貿(mào)然采用。

        在此基礎(chǔ)上,建議增加一排長(zhǎng)樁,形成長(zhǎng)短組合雙排樁的結(jié)構(gòu)形式。為了確保安全,對(duì)新增樁在單獨(dú)作用下的工作條件進(jìn)行了審查。試驗(yàn)結(jié)果表明,埋深14.9m,可以滿(mǎn)足整體穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性的要求,但變形較大。這種情況下的試算是為了確保雙排樁不會(huì)發(fā)揮其最大作用,并在不失去控制的情況下保持外排樁的基本安全。

        在設(shè)計(jì)過(guò)程中,對(duì)樁身上的應(yīng)力進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)增加埋深對(duì)調(diào)整樁身應(yīng)力沒(méi)有顯著影響。通過(guò)計(jì)算分析,證實(shí)了雙排樁剛架結(jié)構(gòu)中的樁與單排樁在應(yīng)力特性上存在顯著差異:錨式單排樁僅在水平荷載作用下產(chǎn)生彎矩和剪力,而雙排樁剛架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下產(chǎn)生彎矩和剪力,剪力遠(yuǎn)低于單排樁。

        1.4.2 長(zhǎng)短組合雙排樁定型及優(yōu)化

        從前一部分的計(jì)算結(jié)果來(lái)看,由于雙排樁基的嵌固檢驗(yàn)與單排懸臂樁基的嵌固檢驗(yàn)是類(lèi)似的,與單排樁相比,雙排樁的抗傾穩(wěn)定性計(jì)算中,考慮了土體及樁身重量的影響,提出了雙排樁的抗傾穩(wěn)定性計(jì)算公式。研究表明,利用長(zhǎng)、短雙排雙排樁結(jié)構(gòu),在雙排樁頂設(shè)置聯(lián)接梁,使內(nèi)、外雙排樁形成一個(gè)整體,實(shí)現(xiàn)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定與變形控制。

        在優(yōu)化設(shè)計(jì)中,主要集中在樁體,特別是后排樁的加強(qiáng)上。總剪力矩和總剪力矩都很小,且集中在中部。由于上、下兩個(gè)部位的受力比較小,所以在樁體中采用了上、中、下三個(gè)部位不同配筋,上段(0.0 ~ -6.0m)和下段(-21.0 ~ -32.0m) 經(jīng)計(jì)算后,可將鋼筋減至一半。對(duì)已建的前排樁基,在通過(guò)附加錨索進(jìn)行彎矩調(diào)節(jié)后,仍可保證原有鋼筋的受力,并設(shè)置混凝土腰梁,提高支撐結(jié)構(gòu)的整體變形協(xié)調(diào)能力。

        最后的方案是:前排樁22.0m,樁徑0.8m,樁間距1.4m+后排樁32.0m,樁直徑0.8m,間距1.4m長(zhǎng)短復(fù)合雙排樁支撐結(jié)構(gòu)。對(duì)改變的設(shè)計(jì)方案作了具體的論證。經(jīng)認(rèn)真研究后,一致認(rèn)為應(yīng)采取此項(xiàng)技術(shù)方法,并同時(shí)強(qiáng)化變形監(jiān)控和堅(jiān)持信息化施工的前提下,予以推廣應(yīng)用。

        2 長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)施工監(jiān)測(cè)與控制

        長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)是一種在基坑周?chē)O(shè)置長(zhǎng)度不同的樁,以形成雙排樁墻的支護(hù)技術(shù)。施工監(jiān)測(cè)與控制是確保該技術(shù)施工安全的重要手段,在此介紹其基本監(jiān)測(cè)參數(shù)、監(jiān)測(cè)儀器與設(shè)備以及監(jiān)測(cè)與控制方法[3]。

        2.1 基本監(jiān)測(cè)參數(shù)

        基坑變形監(jiān)測(cè):基坑變形是一種基本的監(jiān)測(cè)參數(shù)。變形監(jiān)測(cè)旨在監(jiān)測(cè)基坑周?chē)孛?、建筑物和樁體的變形情況,通過(guò)變形量的量化分析,評(píng)估基坑開(kāi)挖對(duì)周?chē)Y(jié)構(gòu)的影響。

        基坑土壓力監(jiān)測(cè):基坑土壓力監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)樁周土壓力以及基坑外土壓力的監(jiān)測(cè),各種土壓力的變化情況可以幫助工程師及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題。

        樁身變形監(jiān)測(cè):長(zhǎng)短組合雙排樁在支護(hù)時(shí)會(huì)存在一定的受力情況,因此需要對(duì)樁身變形進(jìn)行監(jiān)測(cè),以確保樁的安全和可靠性。

        2.2 監(jiān)測(cè)儀器與設(shè)備

        變形監(jiān)測(cè)儀器:變形監(jiān)測(cè)儀器分為傳統(tǒng)儀器和電子儀器,傳統(tǒng)儀器包括水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等,電子儀器包括全站儀、激光測(cè)距儀、位移計(jì)等。

        土壓力監(jiān)測(cè)儀器:土壓力監(jiān)測(cè)儀器主要包括土壓計(jì)、壓力傳感器等,用于監(jiān)測(cè)挖掘機(jī)的壓力、樁周土壓力、基坑外土壓力等信息。

        樁身變形監(jiān)測(cè)儀器:樁身變形監(jiān)測(cè)儀器包括測(cè)斜儀、激光測(cè)量?jī)x等。

        2.3 監(jiān)測(cè)與控制方法

        實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè):監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心,以便工程師及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并作出調(diào)整。

        系統(tǒng)控制:根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果,工程師可以在一定程度上控制挖掘機(jī)的施工速度和幅度,減少基坑變形和土體位移。

        緊急處置措施:當(dāng)發(fā)現(xiàn)基坑變形超出警戒線(xiàn),需要立即采取緊急處置措施,以確保工人的人身安全和土體穩(wěn)定性。

        2.4 實(shí)際施工與效果監(jiān)測(cè)

        經(jīng)過(guò)數(shù)月的施工,最終在質(zhì)量驗(yàn)收合格后整個(gè)建筑工程完工。在使用一段時(shí)間后,效果明顯:基坑內(nèi)土方穩(wěn)固,墻體平整,無(wú)任何傾斜、開(kāi)裂和坍塌等現(xiàn)象;建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,在負(fù)載條件下保持良好的整體性和穩(wěn)定性;停車(chē)場(chǎng)使用期間,經(jīng)過(guò)相應(yīng)的監(jiān)測(cè),未出現(xiàn)任何危險(xiǎn)情況,施工質(zhì)量得到充分的保證。

        3 長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)發(fā)展

        3.1 優(yōu)勢(shì)分析

        長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)是一種先進(jìn)的基坑支護(hù)技術(shù),長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)具有承載力高、穩(wěn)定性好、施工效率高、成本低廉等優(yōu)勢(shì),適合用于需要較深基坑支護(hù)的場(chǎng)合。具有以下優(yōu)點(diǎn):

        應(yīng)力分布均勻:長(zhǎng)短組合雙排樁的間隔互相交錯(cuò),使得整個(gè)基坑內(nèi)的應(yīng)力分布均勻,從而降低了單排樁的荷載集中率。

        支護(hù)性能穩(wěn)定:長(zhǎng)樁能夠確保整個(gè)樁身深入地下,增大支護(hù)距離;短樁能夠適應(yīng)土體的變形及地下水的滲流。這種長(zhǎng)短組合相結(jié)合的設(shè)計(jì),讓整個(gè)基坑支護(hù)性能更加穩(wěn)定可靠。

        施工周期短:基坑支護(hù)施工周期短,不易受土層變化的影響,能夠滿(mǎn)足高強(qiáng)度迫切施工需求。

        3.2 劣勢(shì)分析

        然而,長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)并不是完美的,它也存在以下缺點(diǎn):

        樁身縱向連接固定困難:長(zhǎng)、短樁組合的支護(hù)方式,必須通過(guò)頂梁連接起來(lái)。連接方法決定其受力性能的優(yōu)劣,連接不到位,則可能影響整體支護(hù)效果。

        施工中樁機(jī)能力要求高:長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)需要經(jīng)過(guò)高效的施工方式,要求施工單位具備高品質(zhì)的施工水平、先進(jìn)的挖掘機(jī)械和完善的的施工管理體系。

        因此,在實(shí)際的基坑支護(hù)施工中,必須全面評(píng)估工程的實(shí)際需求、現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)和技術(shù)水平,選擇最優(yōu)的基坑支護(hù)方案。

        3.3 未來(lái)發(fā)展方向

        長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)是一種先進(jìn)的地下工程支護(hù)技術(shù),在未來(lái)的發(fā)展中,主要有以下方向。

        提高支護(hù)效能:隨著科技的發(fā)展和人們的需求增長(zhǎng),長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)需要提高其支護(hù)效能,包括提高樁的承載力和剛度等方面。

        生態(tài)環(huán)保:環(huán)保已成為各行各業(yè)的重要發(fā)展方向,長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)也不例外。在未來(lái)發(fā)展中,需要更加注重環(huán)保指標(biāo),減少?gòu)U棄物的排放,提高工程建設(shè)的可持續(xù)性。

        智能化:智能化技術(shù)是未來(lái)工程建設(shè)的趨勢(shì),長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)也需要借鑒這些技術(shù)。例如,通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控混凝土的強(qiáng)度和樁的變形情況等,可以?xún)?yōu)化支護(hù)方案,提高施工效率和質(zhì)量。

        風(fēng)險(xiǎn)因素控制:在長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展中,風(fēng)險(xiǎn)因素的控制是非常重要的。例如,在施工過(guò)程中,可能會(huì)遇到地下水、軟土、斷層等問(wèn)題,需要通過(guò)適當(dāng)?shù)拇胧┛刂骑L(fēng)險(xiǎn),保證工程的穩(wěn)定性和安全性。

        長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展中,需要繼續(xù)注重提高技術(shù)水平、開(kāi)發(fā)新的材料和技術(shù)、增強(qiáng)支護(hù)效能、促進(jìn)智能化與環(huán)保等方面的綜合發(fā)展,以滿(mǎn)足不斷變化的市場(chǎng)需求和應(yīng)對(duì)未來(lái)面臨的挑戰(zhàn)。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        綜上所述,長(zhǎng)短組合雙排樁基坑支護(hù)體系的構(gòu)建和應(yīng)用,是在長(zhǎng)期工程實(shí)踐中形成的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和技術(shù)創(chuàng)新。該技術(shù)具有支撐能力強(qiáng)、施工難度小、工期短、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。在建筑、交通、水利等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,并在未來(lái)的發(fā)展中,在支護(hù)效能、環(huán)保、智能化以及風(fēng)險(xiǎn)因素控制等方面面臨著更大的挑戰(zhàn)和需求。因此,繼續(xù)發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn),注重技術(shù)創(chuàng)新和提高應(yīng)用水平,將有助于推動(dòng)工程建設(shè)的發(fā)展和進(jìn)步。

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