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。長期以來,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。
長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。具體來說,長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)。總的來說,長短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)具有施工簡便、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?;又谓Y(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,為了滿足這些大型建筑的需要,建筑深基坑的施工需要越來越深。深基坑的施工需要采用高強(qiáng)度樁墻等穩(wěn)定的支護(hù)措施來保證施工安全和工程質(zhì)量。長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。
某工程需要建設(shè)一座地下停車場,基坑周長約620m,面積約20530m2,車庫地下三層,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,車庫筏板頂標(biāo)高39.60m,主樓筏板頂標(biāo)高35.60m,筏板厚700mm,基坑開挖深度北區(qū)約為15.10m,南區(qū)為19.10m。由于場地較為狹窄,且周圍有較多已有建筑物,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)量與周圍環(huán)境的安全。
經(jīng)過多次設(shè)計(jì)優(yōu)化,選擇了長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 長短組合雙排樁施工
長短組合雙排樁的應(yīng)用原理基于雙排樁的基礎(chǔ)上,通過在長樁和短樁之間設(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。通過長短組合的方式,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。
1.4.1 不同構(gòu)型支護(hù)體系對(duì)比分析
通過對(duì)原始設(shè)計(jì)的審查,發(fā)現(xiàn)主要問題是支護(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)和施工帶來了困難。通過工程實(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,在滿足規(guī)范要求的條件下,通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算確定埋深至少應(yīng)為11.5m,即施工樁長不應(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)定性滿足要求,樁頂水平位移滿足要求。然而,埋置深度不夠,無法保證內(nèi)部土體穩(wěn)定。當(dāng)基坑深度接近19.1m時(shí),并沒有貿(mào)然采用。
在此基礎(chǔ)上,建議增加一排長樁,形成長短組合雙排樁的結(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)力沒有顯著影響。通過計(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、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。
長短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)是一種在基坑周圍設(shè)置長度不同的樁,以形成雙排樁墻的支護(hù)技術(shù)。施工監(jiān)測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)測參數(shù)、監(jiān)測儀器與設(shè)備以及監(jiān)測與控制方法[3]。
基坑變形監(jiān)測:基坑變形是一種基本的監(jiān)測參數(shù)。變形監(jiān)測旨在監(jiān)測基坑周圍地面、建筑物和樁體的變形情況,通過變形量的量化分析,評(píng)估基坑開挖對(duì)周圍結(jié)構(gòu)的影響。
基坑土壓力監(jiān)測:基坑土壓力監(jiān)測主要是針對(duì)樁周土壓力以及基坑外土壓力的監(jiān)測,各種土壓力的變化情況可以幫助工程師及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題。
樁身變形監(jiān)測:長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,以確保樁的安全和可靠性。
變形監(jiān)測儀器:變形監(jiān)測儀器分為傳統(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、激光測距儀、位移計(jì)等。
土壓力監(jiān)測儀器:土壓力監(jiān)測儀器主要包括土壓計(jì)、壓力傳感器等,用于監(jiān)測挖掘機(jī)的壓力、樁周土壓力、基坑外土壓力等信息。
樁身變形監(jiān)測儀器:樁身變形監(jiān)測儀器包括測斜儀、激光測量儀等。
實(shí)時(shí)監(jiān)測:監(jiān)測數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測中心,以便工程師及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并作出調(diào)整。
系統(tǒng)控制:根據(jù)監(jiān)測數(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,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。
經(jīng)過數(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,無任何傾斜、開裂和坍塌等現(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;停車場使用期間,經(jīng)過相應(yīng)的監(jiān)測,未出現(xiàn)任何危險(xiǎn)情況,施工質(zhì)量得到充分的保證。
長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,適合用于需要較深基坑支護(hù)的場合。具有以下優(yōu)點(diǎn):
應(yīng)力分布均勻:長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,能夠滿足高強(qiáng)度迫切施工需求。
然而,長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、短樁組合的支護(hù)方式,必須通過頂梁連接起來。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:長短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)需要經(jīng)過高效的施工方式,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)場特點(diǎn)和技術(shù)水平,選擇最優(yōu)的基坑支護(hù)方案。
長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,長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,長短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)也不例外。在未來發(fā)展中,需要更加注重環(huán)保指標(biāo),減少廢棄物的排放,提高工程建設(shè)的可持續(xù)性。
智能化:智能化技術(shù)是未來工程建設(shè)的趨勢,長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,可以優(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:在長短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)的未來發(fā)展中,風(fēng)險(xiǎn)因素的控制是非常重要的。例如,在施工過程中,可能會(huì)遇到地下水、軟土、斷層等問題,需要通過適當(dāng)?shù)拇胧┛刂骑L(fēng)險(xiǎn),保證工程的穩(wěn)定性和安全性。
長短組合雙排樁基坑支護(hù)技術(shù)在未來的發(fā)展中,需要繼續(xù)注重提高技術(shù)水平、開發(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,以滿足不斷變化的市場需求和應(yīng)對(duì)未來面臨的挑戰(zhàn)。
綜上所述,長短組合雙排樁基坑支護(hù)體系的構(gòu)建和應(yīng)用,是在長期工程實(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。