PC工法組合鋼管樁在大面積軟土淺基坑中的應(yīng)用

黃瑩，李慧慧，賴小勇，徐銀鋒

(杭州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

1 引 言

大面積軟土淺基坑普遍具有軟土層深厚、含水率高、強(qiáng)度低、靈敏度高、蠕變性強(qiáng)等特點(diǎn)。該類淺基坑常采用鉆孔樁作為豎向支護(hù)結(jié)構(gòu)，但鉆孔樁存在造價(jià)高、工期長(zhǎng)、泥漿處理困難等問題，而PC工法組合鋼管樁因其施工便利、工期短、可回收的工藝特點(diǎn)在該類淺基坑中應(yīng)用越來(lái)越普遍[1～4]。

2 工程概況

某項(xiàng)目位于湖州市吳興區(qū)，總建設(shè)用地面積約7萬(wàn)m2，總建筑面積約23萬(wàn)m2(包括地下室建筑面積約7.1萬(wàn)m2)，擬建物包括15幢17～20層酒店、高層住宅及2幢3層宴會(huì)廳、酒店大堂、2幢6+1層多層住宅、2幢2層～3層商業(yè)、2幢1層配電房。整體下設(shè)一層地下室，基坑周長(zhǎng)約 1 090 m，開挖面積約6.8萬(wàn)m2，大面積開挖深度為 4.80 m～6.20 m。

基坑開挖范圍內(nèi)以雜填土、粉土、粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主，其中淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層較厚，該層土物理力學(xué)指標(biāo)相對(duì)較差，對(duì)基坑變形及整體穩(wěn)定性控制較為不利。土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)一覽表 表1

基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，其中東側(cè)為已建道路，道路下方設(shè)燃?xì)夤?、通信管、雨水管、污水管等市政管線，基坑下坎線距用地紅線最近處約 3.8 m～8.6 m；南側(cè)為已建道路，道路下方設(shè)有燃?xì)夤艿仁姓芫€，基坑下坎線距用地紅線最近處約 3.1 m，用地紅線外為寬約 15 m的空地；西側(cè)為空地，基坑下坎線距用地紅線最近處約 2.8 m；北側(cè)為已建道路，道路下方設(shè)有雨水管、電力管等市政管線，基坑下坎線距用地紅線最近處約 3.2 m。基坑周邊環(huán)境如圖1所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境及監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

3 基坑設(shè)計(jì)思路

根據(jù)場(chǎng)地地理位置、土質(zhì)條件、基坑開挖深度及周邊環(huán)境條件，本基坑圍護(hù)工程具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)本工程基坑大面積開挖深度為 4.80 m～ 6.20 m。

(2)從基坑平面形狀來(lái)看，基坑平面較不規(guī)則，體量較大。整個(gè)基坑開挖面積約6.8萬(wàn)m2，基坑周長(zhǎng)約 1 090 m。

(3)周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑?xùn)|、北側(cè)為已建道路，基坑南側(cè)為在建道路，基坑西側(cè)為空地。

(4)基坑整體距離用地紅線較近，圍護(hù)結(jié)構(gòu)不允許超出用地紅線。

(5)基坑開挖范圍內(nèi)以雜填土、粉土、粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主，其中淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層較厚，該層土物理力學(xué)指標(biāo)相對(duì)較差，對(duì)基坑變形及整體穩(wěn)定性控制較為不利。

(6)本工程工期緊張，支護(hù)結(jié)構(gòu)以及地下室施工應(yīng)盡量縮短工期。

因本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)不允許超出用地紅線，故放坡、復(fù)合土釘墻、水泥攪拌樁重力式擋墻、卸土結(jié)合懸臂樁支護(hù)形式不適用，原則上采用排樁結(jié)合內(nèi)支撐、排樁結(jié)合斜支撐、雙排樁等支護(hù)形式。支護(hù)結(jié)構(gòu)可選用鉆孔樁或PC工法組合鋼管樁。鉆孔樁具有適用范圍廣、施工工藝成熟、控制變形好等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)高、工期長(zhǎng)。故采用鋼管樁代替鉆孔樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。

綜合上述分析，本基坑角部采用PC工法組合鋼管樁結(jié)合一道鋼筋砼支撐的支護(hù)形式，其余位置采用PC工法組合鋼管樁結(jié)合一道鋼管斜支撐或雙排PC工法組合鋼管樁的支護(hù)形式?？觾?nèi)電梯井等高差處采用雙軸水泥土攪拌樁重力式支護(hù)，基坑大面積采用雙軸水泥土攪拌樁進(jìn)行被動(dòng)區(qū)加固。典型支護(hù)剖面如圖2所示，現(xiàn)場(chǎng)施工照片如圖3所示。

圖2 PC工法組合鋼管樁結(jié)合一道鋼管斜支撐支護(hù)典型剖面

坑底被動(dòng)區(qū)加固采用水泥攪拌樁格柵布置形式，可降低圍護(hù)成本，縮短工期，加固截面置換率約為0.8。

圖3 PC工法組合鋼管樁結(jié)合一道鋼管斜支撐現(xiàn)場(chǎng)施工照片

斜撐部位大致施工順序?yàn)椋菏┕喉斄骸Ａ羧峭?，開挖“留三角土”以外土方→施工開挖范圍內(nèi)的底板→施工斜支撐→開挖三角土→澆搗三角土部位底板→拆除斜支撐。坑內(nèi)斜支撐支座與先開挖區(qū)域地下室底板同步施工，斜支撐開始受力時(shí)先開挖區(qū)域地下室底板已施工完成，工程樁與底板已形成整體受力體系。

4 理論計(jì)算及數(shù)值分析

根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)范(程)，采用同濟(jì)啟明星深基坑支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件對(duì)PC工法組合鋼管樁結(jié)合一道鋼管斜支撐支護(hù)典型剖面進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖4所示。采用Plaxis巖土有限元分析軟件建立二維有限元計(jì)算模型，對(duì)PC工法組合鋼管樁結(jié)合一道鋼管斜支撐支護(hù)典型剖面進(jìn)行數(shù)值分析，結(jié)果如圖5所示。

圖4 啟明星內(nèi)力變形計(jì)算結(jié)果

圖5 二維有限元數(shù)值分析位移云圖

計(jì)算結(jié)果顯示，因支護(hù)樁底部未嵌固到穩(wěn)定土層中，樁底出現(xiàn)了一定的水平位移。

5 基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

本工程布置了測(cè)斜管、水位管、軸力計(jì)、沉降點(diǎn)等對(duì)基坑開挖進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)本工程監(jiān)測(cè)成果報(bào)告顯示，深層土體最大水平位移累計(jì)值在 31 mm～ 45 mm之間。監(jiān)測(cè)結(jié)果均滿足相關(guān)規(guī)范[5]以及設(shè)計(jì)要求。整理PC工法組合鋼管樁結(jié)合一道鋼管斜支撐支護(hù)典型剖面的深層土體水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線如圖6所示：

圖6 典型剖面深層土體水平位移曲線圖

從理論計(jì)算、數(shù)值分析及監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比可知基坑深層土體水平位移變化特征為：

(1)最大水平位移發(fā)生的深度在坑底位置，上部放坡及支撐架設(shè)處變形得到有效控制；

(2)實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算預(yù)計(jì)位移發(fā)展規(guī)律基本相符，累計(jì)值均在控制值范圍內(nèi)。斜拋撐支護(hù)要求施工期間在基坑內(nèi)側(cè)保留三角土，該措施有效限制了圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移。

6 結(jié) 論

(1)PC工法組合鋼管樁結(jié)合鋼管斜支撐的全鋼結(jié)構(gòu)支護(hù)方式，發(fā)揮了鋼支撐架設(shè)和拆除簡(jiǎn)單快捷，架設(shè)完畢施加預(yù)應(yīng)力后可直接開挖下層土方的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到了節(jié)省工期的目的，且鋼支撐同樣可重復(fù)循環(huán)使用，節(jié)省了圍護(hù)工程造價(jià)。

(2)從實(shí)際應(yīng)用情況分析，PC工法組合鋼管樁具有施工進(jìn)度快、對(duì)環(huán)境影響小、占地空間小、可回收、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，且使用PC工法組合鋼管樁不會(huì)產(chǎn)生泥漿、現(xiàn)場(chǎng)整潔，文明施工容易保證。

(3)從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析來(lái)看，選用PC工法組合鋼管樁代替鉆孔樁，支護(hù)剛度可以結(jié)合實(shí)際情況靈活調(diào)整，變形可控。本工程的施工經(jīng)驗(yàn)表明，采用PC工法組合鋼管樁加鋼管斜支撐的支護(hù)形式，對(duì)周邊環(huán)境影響較小。

(4)拔除PC工法組合鋼管樁時(shí)會(huì)有一定的震動(dòng)，以及攜帶出部分土方，故PC工法組合鋼管樁回收應(yīng)待土方回填后方可拔除，拔除后采用中粗砂回填樁孔，局部變形敏感處應(yīng)進(jìn)行注漿，拔出過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)。