【摘要】
以日照市廈門路嵐山隧道明挖深基坑為工程依托,從地質(zhì)、工期、安全等角度考慮,對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。圍護(hù)結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)為800 mm排樁+橫撐的組合支護(hù)形式,考慮施工便捷性,將圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化為雙排325 mm鋼管樁與錨索的組合結(jié)構(gòu),將明挖深基坑改為敞口施工。從計(jì)算結(jié)果分析來(lái)看,兩種支護(hù)方式的結(jié)構(gòu)位移和受力都滿足要求,由剛性聯(lián)系梁和前后排樁組成的超靜定結(jié)構(gòu)的鋼管樁整體剛度更大,且前后排樁可形成與側(cè)壓力反向作用力偶,使雙排樁具有更強(qiáng)的抵抗變形能力,結(jié)構(gòu)受力更為合理。
【關(guān)鍵詞】深基坑; 圍護(hù)結(jié)構(gòu); 土體位移; 安全評(píng)估
【中圖分類號(hào)】TU94+2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A
[定稿日期]2024-10-15
[作者簡(jiǎn)介]劉新華(1976—),女,本科,工程師,從事安全管理工作。
0 引言
為保證深基坑開挖安全,深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常采用鉆孔灌注樁+混凝土支撐+鋼支撐(鋼換撐)的支護(hù)形式。當(dāng)基坑開挖較深時(shí),多道內(nèi)支撐反復(fù)安拆無(wú)疑會(huì)影響施工進(jìn)度。受周邊環(huán)境、場(chǎng)地條件、施工工期、建設(shè)投資、地質(zhì)條件等多因素影響,越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的型式展開了研究,如劉紅軍等[1]開展了加錨雙排樁與“吊腳樁”的研究,提出了合理的排距和樁剛度。易順等[2]對(duì)內(nèi)撐式基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形進(jìn)行了研究,提出了基坑變形曲線函數(shù)和指標(biāo)體系。王延明[3]考慮安全、經(jīng)濟(jì)、適用等原則,對(duì)比了多種基坑支護(hù)形式,為基坑工程設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。趙文強(qiáng)[4]以青島地鐵為依托,針對(duì)上軟下硬地質(zhì)中的吊腳樁展開了研究,提出了上部采用樁與支撐組合結(jié)構(gòu),下部噴錨支護(hù)組合形式。
本文以日照廈門路嵐山隧道明挖深基坑為工程依托,針對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行評(píng)估,為以后的類似工程提供設(shè)計(jì)、施工借鑒經(jīng)驗(yàn)。
1 工程概況
本項(xiàng)目為山東省日照市嵐山區(qū)與市區(qū)連接線三期(廈門路南延)工程,為廈門路的一部分。
本項(xiàng)目全長(zhǎng)4.366 km,采用雙向六車道一級(jí)集散公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),設(shè)計(jì)速度為60 km/h,主線路基標(biāo)準(zhǔn)寬度25.5 m,隧道凈寬2×13.25 m,隧道凈高5.0 m。輔道設(shè)計(jì)速度按照40 km/h,單側(cè)輔道寬度13.5 m,輔道外側(cè)設(shè)置綠道和人行道。
根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪及鉆探揭露,隧址區(qū)覆蓋層為第四系全新統(tǒng)人工填土(Q4 ml)填筑土和坡積(Q4dl)粉質(zhì)黏土,填筑土厚度約0~2.8 m,主要分布在出口段,粉質(zhì)黏土厚度0~2.6 m,主要分布在隧道上方,下伏基巖為新元古代鐵山序列(γ23)片麻巖。
嵐山隧道基坑?xùn)|西兩側(cè)分布有實(shí)驗(yàn)小學(xué)、實(shí)驗(yàn)幼兒園、住宅小區(qū)等建筑物,地表分布有大量管線,周邊條件不允許放坡開挖,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用排樁支護(hù),基坑巖石堅(jiān)硬,排樁施工功效低(圖1)。
2 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況
2.1 原設(shè)計(jì)情況
隧道明挖段深基坑距離小學(xué)主教學(xué)樓最小距離僅為11.5 m,隧道距離小區(qū)住宅樓10.6 m,為減少對(duì)周邊居民及學(xué)生的正?;顒?dòng)的影響,以及確保建筑物的安全,該基坑支護(hù)方案主要采用排樁+橫撐支護(hù)(圖2)。
該支護(hù)結(jié)構(gòu)由支護(hù)樁體和內(nèi)支撐體系兩部分組成。樁徑800 mm,間距為1.0 m,冠梁尺寸1.0 m×1.0 m,止水帷幕土層段采用高壓旋噴樁,巖層段采用深孔注漿方式,采用單排48 mm袖閥管,間距為1.0 m。
支護(hù)墻體采用鋼筋混凝土排樁墻,內(nèi)支撐體系采用水平多層支撐,第一道采用鋼筋混凝土支撐,以下均采用鋼支撐。鋼筋混凝土支撐其優(yōu)點(diǎn)就是剛度大,變形小,布置靈活,而鋼支撐的優(yōu)點(diǎn)是可重復(fù)使用,施工速度快,且可施加預(yù)壓力。
2.2 支護(hù)方案優(yōu)化
經(jīng)補(bǔ)勘發(fā)現(xiàn),該區(qū)域上部地層為素填土、雜填土等松散土體,下部地層為強(qiáng)-中風(fēng)化片麻巖,灌注樁體下端嵌入基巖中,施工難度大,效率低?;娱_挖時(shí),若是樁體與內(nèi)支撐的組合形式,內(nèi)支撐頻繁安拆更換也會(huì)降低施工效率。
為盡量減少對(duì)學(xué)校正常教學(xué)活動(dòng)影響,借鑒青島地鐵施工經(jīng)驗(yàn),提出了一種優(yōu)化的支護(hù)方案。
基坑下部基本為中-微風(fēng)化片麻巖時(shí),采用“吊腳樁”支護(hù)形式?!半p排鋼管樁-吊腳樁”+錨索結(jié)構(gòu),樁徑325 mm(t=16 mm),樁間距0.6 m,排距1.5 m,巖臺(tái)寬度1.0 m,采用L型鎖腳腰梁,樁端嵌入中風(fēng)化巖石0.3h(h為巖臺(tái)以上基坑深度)且不小于2.0 m,冠梁尺寸為0.5 m×0.6 m?;酉虏坎捎?68 mm鋼管樁,間距1.0 m,嵌固深度為2.0 m,采用22 mm砂漿錨桿,長(zhǎng)5.0 m,間距1.5 m×1.5 m,梅花形布置,如圖3所示。止水帷幕采用深孔注漿方式,采用三排50 mm 注漿鋼花管,間距1.5 mm×1.5 m,梅花形布置。
如圖4所示,基坑開挖范圍內(nèi)無(wú)中-微風(fēng)化片麻巖時(shí),采用雙排鋼管樁形式落底。雙排鋼管樁與錨索結(jié)構(gòu),樁徑325 mm(t=16 mm),樁間距0.6 m,排距1.5 m,冠梁尺寸為0.5 m×0.6 m。止水帷幕采用深孔注漿方式,采用三排50 mm 注漿鋼花管,間距為1.5 m×1.5 m,梅花形布置。
3 明挖深基坑安全評(píng)估
3.1 鋼管混凝土樁剛度分析
根據(jù)截面等剛度計(jì)算原理,將鋼管與混凝土組合成一個(gè)單元,組合截面的EA、EI按照式(1)、式(2)進(jìn)行計(jì)算:
EA=ECAC+ESAS(1)
EI=ECIC+ESIS(2)
式中:EA為鋼管混凝土壓縮和拉伸剛度;EI為鋼管混凝土的彎曲剛度;EC為混凝土的彈性模量;AC為混凝土的截面積;IC為混凝土的慣性矩;ES為鋼管的彈性模量;AS為鋼管的截面積;IS為鋼管的慣性矩。
325 mm 壁厚16 mm的鋼管樁剛度:
EI=E1I1+E2I2=E1π(D4-d4)/64+E2πd4/64=48×106N·m2等效剛度C30鋼筋混凝土樁基直徑為:
d=464EI/E2π=0.42 m
參照J(rèn)GJ120-2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》,按照平面剛架結(jié)構(gòu)模型計(jì)算雙排樁結(jié)構(gòu)。
3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析
依據(jù)JTJ120-2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》,采用基于彈性地基梁彈性抗力法來(lái)考慮前后排樁相互作用的模型分析雙排樁,選擇典型斷面計(jì)算,如圖5所示。
根據(jù)地勘報(bào)告,計(jì)算參數(shù)見表1。支護(hù)采用5道錨索,錨索的具體參數(shù)信息如表2所示。
3.3 計(jì)算結(jié)果
分別對(duì)原設(shè)計(jì)方案和優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算分析,計(jì)算包絡(luò)見圖6。
(1)樁體位移。雙排325 mm鋼管樁支護(hù)方案基坑最大水平位移量為7.98 mm,單排800 mm混凝土灌注樁支護(hù)方案基坑最大水平位移量為6.82 mm,兩種工況下均滿足基坑位移的要求。
(2)樁體受力。雙排樁方案前排樁的正負(fù)最大彎矩為25.13 kN·m、22.90 kN·m,單排樁的正負(fù)最大彎矩分別為35.66 kN·m、87.81 kN·m,對(duì)比來(lái)看,雙排樁的受力更為均勻。
有計(jì)算結(jié)果可知,雖然鋼管樁樁徑較小,但其受力機(jī)理優(yōu)于單排樁,由剛性聯(lián)系梁和前后排樁組成的超靜定結(jié)構(gòu)整體剛度大,且前后排樁可形成與側(cè)壓力反向作用力偶,使雙排樁具有更強(qiáng)的抵抗變形能力。
3.4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)
如圖7所示,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及數(shù)值計(jì)算分析可以發(fā)現(xiàn)基坑頂部的樁體水平位移最大,最大位移值為5.81~6.25 mm。
4 結(jié)論
(1)基坑外地表豎向沉降遠(yuǎn)小于樁身水平位移,表明排樁支擋起到支護(hù)效果,且錨索的錨拉作用下,能進(jìn)一步降低基坑開挖導(dǎo)致的地表沉降,提高基坑的整體穩(wěn)定性。
(2)基坑以水平變形為主,且在錨固加強(qiáng)作用下,有效減少基坑可能出現(xiàn)的變形,進(jìn)一步提高了基坑穩(wěn)定性,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均在設(shè)計(jì)要求之內(nèi),說(shuō)明支護(hù)可靠。
(3)鋼管樁及錨索的組合支護(hù)形式將基坑施工變?yōu)槌谑绞┕?,可提高施工效率,縮短工期。
參考文獻(xiàn)
[1] 劉紅軍,李東,張永達(dá),等.加錨雙排樁與“吊腳樁”基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)值分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2008,30(S1):225-230.
[2] 易順,陳健,潘家軍,等.內(nèi)撐式基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形的表征函數(shù)研究[J].巖土力學(xué),2024,45(S1):568-578.
[3] 王延明.某項(xiàng)目中的深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工與優(yōu)化方案[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2024(24):136-138.
[4] 趙文強(qiáng).上軟下硬復(fù)合地層條件下深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)探析[J].隧道建設(shè),2014,34(2): 153-157.