雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在某基坑工程中的應(yīng)用

姚晶

(杭州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310012)

1 引言

隨著我國(guó)房地產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，開發(fā)項(xiàng)目的規(guī)?？焖贁U(kuò)大，建筑基坑工程的規(guī)模也變得越來(lái)越大，并呈現(xiàn)以下特征:①大底盤基礎(chǔ)，縱、橫向規(guī)模都比較大，基坑面積大。②開挖深度較大，設(shè)一層地下室的，往往能達(dá)到6 m及以上。③建筑單體施工順序有先后，基坑開挖、基礎(chǔ)施工等一般分區(qū)進(jìn)行。④土地利用率高，建筑結(jié)構(gòu)邊線距離用地紅線很近，施工場(chǎng)地十分狹小。⑤基坑周邊一般都有道路或建筑物，環(huán)境保護(hù)要求較為嚴(yán)格。在場(chǎng)地土質(zhì)軟弱地區(qū)的此類基坑，采用復(fù)合土釘或水泥土重力式墻支護(hù)因?yàn)橐鲇玫丶t線而受到限制，采用懸臂單排樁支護(hù)則不能滿足變形控制要求，采用單排樁加水平內(nèi)支撐既無(wú)顯著的經(jīng)濟(jì)性又影響分區(qū)施工，采用單排樁加斜支撐會(huì)有施工周期長(zhǎng)、出土困難等不利因素等等。而適當(dāng)?shù)夭捎秒p排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，則能較好地解決這些問(wèn)題，滿足工程各方面的要求。所謂雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)是指沿基坑側(cè)壁前后平行設(shè)置兩排支護(hù)樁，呈矩形或梅花形布置，并且用剛度很大的梁或板將兩排樁頂連接起來(lái)，形成門字形空間的支護(hù)結(jié)構(gòu)［1］。該結(jié)構(gòu)具有側(cè)向剛度大、位移小、穩(wěn)定性強(qiáng)、占地少、布置靈活、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)。本文具體介紹一個(gè)應(yīng)用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑工程實(shí)例。

2 工程概況

某商品住宅工程位于杭州市拱墅區(qū)，包括7幢13層～15層高層住宅和地下車庫(kù)以及若干多層商業(yè)建筑，地上建筑面積 54 609 m2，地下建筑面積19 718 m2。住宅地下室與地下車庫(kù)共同組成一層大底盤地下室。建筑結(jié)構(gòu)采用框架—抗震墻結(jié)構(gòu)體系，預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管樁作基樁，由承臺(tái)、底板和地梁等構(gòu)成基礎(chǔ)。地下室基坑長(zhǎng)×寬大約為170 m×130 m，沿長(zhǎng)570 m，面積19 124 m2。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及場(chǎng)地高程，基坑計(jì)算開挖深度主要為6.45 m。

圖1 某商品住宅工程周邊環(huán)境示意

本工程南起后橫港，北至文嵐街，東靠小河路，西與杭州市拱墅區(qū)老年公寓及殘疾人康復(fù)就業(yè)培訓(xùn)中心相鄰，基坑周邊環(huán)境如圖1所示?；泳嘤玫丶t線情況:北側(cè)約4.9 m～7.9 m，西側(cè)約 3.0 m～3.6 m，南側(cè)約2.5 m～7.6 m，東側(cè)約2.1 m～7.2 m。工程場(chǎng)地在小河路一側(cè)2#與4#樓之間設(shè)置一大門?；又苓叺缆废路植加须娏?、污水、雨水、給水、燃?xì)?、弱電等各類管線?；游鱾?cè)距離建筑物最近約為18.0 m，南側(cè)距離后橫港最近約為17.7 m?？傮w上，周邊環(huán)境較為復(fù)雜，基坑距離城市主干道及地下管網(wǎng)很近，環(huán)境保護(hù)要求較高。

3 工程和水文地質(zhì)條件

工程場(chǎng)地地勢(shì)起伏小，地表較為平整，屬錢塘江三角洲湖沼積平原地貌。場(chǎng)地淺部主要土層分布及物理力學(xué)指標(biāo)見表1。第四系覆蓋層上部全新統(tǒng)土層性質(zhì)軟弱，尤其是場(chǎng)地約20 m深度范圍內(nèi)厚薄不均地分布著淤泥質(zhì)黏土，該層飽和軟土具高壓縮性、高含水量、高靈敏度、低強(qiáng)度、易流變等特性，容易使基坑發(fā)生隆起、整體滑動(dòng)、位移過(guò)大等事故。

主要土層分布及物理力學(xué)指標(biāo) 表1

場(chǎng)地淺層地下水類型主要為雜填土層中的孔隙潛水及黏性土層中的上層滯水。豐水期潛水位埋深一般在地表下0.1 m～2.3 m。該層潛水主要受大氣降水和地表水補(bǔ)給，地下水位隨季節(jié)性有所變化。場(chǎng)地水文地質(zhì)條件較為穩(wěn)定，為黏性土分布區(qū)域，滲透系數(shù)小。場(chǎng)地深層地下水類型為基巖裂隙水，主要處于基巖裂隙帶內(nèi)，水量較小，對(duì)本工程影響較小。場(chǎng)地南側(cè)后橫港河道深約4.0 m，常水位深約1.5 m，水流平緩。

4 基坑工程支護(hù)設(shè)計(jì)

4.1 基坑支護(hù)方案選型

根據(jù)工程地質(zhì)、開挖深度、周邊環(huán)境、用地紅線等條件，可以判斷復(fù)合土釘或水泥土重力式墻、懸臂單排樁等支護(hù)方案不適用于本基坑工程，一般可以考慮采用單排樁加水平內(nèi)支撐的支護(hù)方案，如圖2所示。但本工程建設(shè)方要求在樁基工程全部完成后，先行并且按順序7#、6#、5#、3#樓安排工程進(jìn)度，時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，當(dāng)施工其±0.00層時(shí)，其他住宅樓和地下車庫(kù)的底板尚未澆筑。而為了施工該±0.00層，又必須拆除支撐，如此，就必然與其他施工區(qū)域的基坑支護(hù)產(chǎn)生矛盾。采用如圖2所示以及類似支撐布置方案都會(huì)不同程度地遇到這一問(wèn)題。

圖2 支撐平面布置方案示意圖

如果分區(qū)采用單排樁加斜支撐的支護(hù)方案，則不具備可行性，主要有兩點(diǎn):①基坑周邊用地紅線以內(nèi)沒有可供挖土機(jī)械和運(yùn)輸車輛操作、行走的空間，當(dāng)斜支撐布置以后，坑邊土堤的挖除和土方的運(yùn)出等工作只能在基坑內(nèi)進(jìn)行，土方需要多次轉(zhuǎn)運(yùn)，施工速度慢。②基坑開挖面下是淤泥質(zhì)黏土，作為地基土質(zhì)很差，而且基坑不能實(shí)現(xiàn)對(duì)稱開挖，故利用建筑基礎(chǔ)底板結(jié)構(gòu)作為斜支撐基礎(chǔ)［2］。因本工程主樓緊靠坑邊，為了避免影響其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，而用地下車庫(kù)的底板作斜支撐基礎(chǔ)。但是，地下車庫(kù)底板施工完成以后，基坑開挖和出土將變得很困難。因此采用單排樁加斜支撐的支護(hù)方案，是無(wú)法滿足建設(shè)方對(duì)工程進(jìn)度和成本的要求的。

在一定條件下，采用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)方案，不設(shè)支撐，基坑開挖方便、快速，很適用于分區(qū)施工。經(jīng)過(guò)權(quán)衡和計(jì)算，從確?；雍椭苓叚h(huán)境安全穩(wěn)定以及如期完成工程節(jié)點(diǎn)等出發(fā)，基坑支護(hù)方案最終采用了雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。

4.2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

支護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面如圖3所示。

圖3 支護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面

①支護(hù)樁長(zhǎng)度如圖3，鋼筋砼鉆孔灌注樁，樁徑700 mm，砼強(qiáng)度等級(jí)C30，縱筋采用HRB400級(jí)鋼筋。樁間距1 m，前、后排支護(hù)樁中心距1.8 m，呈矩形布置。前排支護(hù)樁縱筋為6φ22，后排支護(hù)樁縱筋為12φ22。

②帷幕樁長(zhǎng)度如圖，單排水泥土攪拌樁，樁徑600 mm，樁間距450 mm，水泥摻量15%。

③在確保土體穩(wěn)定和場(chǎng)地空間允許的條件下，盡可能放坡，以減小支護(hù)結(jié)構(gòu)位移，如圖3所示。

④頂板尺寸如圖，現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，砼強(qiáng)度等級(jí)C30。達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，往下開挖土方。

(2)支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

使用商業(yè)軟件計(jì)算內(nèi)力與位移，其計(jì)算原理采用的是“彈性支點(diǎn)法”理論，計(jì)算模式為:作用在前(后)排支護(hù)樁上的土壓力作為水平荷載，前(后)排支護(hù)樁由開挖面(等效開挖面)下的土體彈性作用作為支承，由此求得支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力。計(jì)算模型簡(jiǎn)圖如圖4所示，圖中H表示開挖面深度，H1表示等效開挖面深度。前排支護(hù)樁按開挖面深度計(jì)算土壓力并乘以其分擔(dān)系數(shù)，后排支護(hù)樁按等效開挖面深度計(jì)算土壓力并乘以其分擔(dān)系數(shù)。

支護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面計(jì)算結(jié)果如圖5所示。圖中，實(shí)曲線和虛曲線分別代表前排和后排支護(hù)樁的計(jì)算結(jié)果。

圖4 計(jì)算模型簡(jiǎn)圖

圖5 支護(hù)樁位移內(nèi)力圖

5 基坑工程實(shí)施和監(jiān)測(cè)

從2010年10月26日開始，最先從7#樓西部開挖基坑，至2011年5月8日完成全部地下室頂板澆筑、土方回填等工作，施工按既定方案進(jìn)行，完全滿足了建設(shè)方的要求。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:基坑工程實(shí)施過(guò)程平穩(wěn)順利，基坑安全，周邊環(huán)境所受影響微小，均處于安全可控的狀態(tài)。

圖6所示為支護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面的土體深層位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，均為施工至開挖面深度(H)時(shí)的深度－位移曲線。施工場(chǎng)地十分狹窄，測(cè)斜管就設(shè)置在前排與后排支護(hù)樁之間，所測(cè)結(jié)果為前排支護(hù)樁后土體的位移。測(cè)斜管口深度為0，管口距離頂板0.5 m。從圖中可以看出:①土體位移實(shí)測(cè)值20.84 mm～29.40 mm，樁后土體實(shí)測(cè)位移曲線與樁體計(jì)算位移曲線形態(tài)接近;②土體位移大小在基坑開挖面深度的0.5%以內(nèi)。

圖6 土體深層位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)

(1)杭州市拱墅區(qū)某商品住宅工程場(chǎng)地土質(zhì)軟弱，基坑開挖比較深，面積比較大，周邊環(huán)境較復(fù)雜，施工工作面狹小，并且分區(qū)開挖基坑和施工地下室。

(2)根據(jù)工程具體實(shí)施要求，通過(guò)基坑支護(hù)方案選型，具體分析了單排樁加水平內(nèi)支撐或者斜支撐的支護(hù)方案在本工程中的應(yīng)用問(wèn)題，考慮到雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和運(yùn)用于本工程所能發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)，確定基坑支護(hù)采用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。

(3)本工程施工按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)，安全、順利地實(shí)施了，并且結(jié)合基坑工程監(jiān)測(cè)結(jié)果，驗(yàn)證了雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和可行性。

(4)通過(guò)本工程實(shí)例可以看到雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑工程中的廣闊應(yīng)用前景。雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)利用前后兩排支護(hù)樁對(duì)土壓力的有效分擔(dān)，使支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布趨于合理，抗傾覆和抗滑移穩(wěn)定性得到增強(qiáng)，位移得到有效控制。根據(jù)工程具體情況和要求，采用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的方案，可不設(shè)置支撐或減少支撐設(shè)置層數(shù)，從而方便地下室結(jié)構(gòu)施工，縮短工期，節(jié)約成本。

［1］劉國(guó)彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)(第二版)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］聶慶科，梁金國(guó)，韓立君等.深基坑雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］DG/TJ08－61－2010.基坑工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］JGJ120－99.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［5］林鵬，王艷峰，范志雄等.雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在軟土基坑工程中的應(yīng)用分析［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2010(8).