自立式鉆孔灌注樁-深層攪拌樁復合圍護結構的設計

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

某工程主要為低層住宅，分南北2 塊，地下整體設置1 層地下車庫。基坑總面積約40 000 m2，基坑周長約1 280 m，開挖深度約4 m。基坑周邊環境普遍較簡單，但南塊基坑東南角緊鄰用地紅線有一座中國聯通通信基站發射塔，北塊基坑東側緊鄰用地紅線有1 根燃氣管線。發射塔高逾30 m，為高聳結構，主體為鋼桅桿結構，塔基基礎為鋼筋混凝土板，埋深約0.5 m，距離基坑邊線最近僅1.9 m。最近的燃氣管線距離基坑邊線也僅2.3 m（圖1）。

根據工程地質勘查報告，本場地屬于澙湖沼澤平面地貌類型。從地基土層的力學參數來看， 土質條件一般，并且場地內分布多條暗浜。地下車庫開挖所影響到的地層主要為黏土層和粉質黏土層。

2 圍護設計方案

2.1 圍護選型

本基坑周邊普遍具備放坡開挖的條件，但南塊基坑東南角的發射塔距離基坑邊線僅1.9 m，北塊基坑東側的燃氣管線距離基坑邊線僅2.3 m，且基坑邊線與用地紅線之間的距離也很小。由于這些限制條件，可選的圍護結構形式并不多。采用直接放坡開挖或重力壩的空間不夠，復合土釘支護則因土釘出紅線而不能采用。可選擇的合適的圍護方案主要有工法樁/鋼板樁+斜拋撐、自立式鉆孔灌注樁-深層攪拌樁復合圍護2 種。

前者底板需2 次澆筑，施工工期較長，工藝較復雜，而內支撐不便于大開挖施工，支護費用較高，同時，斜拋撐支撐時需穿越外墻，外墻留洞不利于防水。再者，插拔型鋼或鋼板樁時，對施工凈空要求較高，這樣可能會影響發射塔安全。

后者水泥土攪拌樁重力壩一方面起止水帷幕作用， 另一方面利用攪拌體本身強度起一定的支護作用， 使土體對灌注樁作用力位置降低， 并減少灌注樁的懸臂高度， 使其受力更趨合理[1-3]。

鉆孔灌注樁圍護工藝成熟，施工質量易控制，無擠土效應，施工時對周邊環境影響小，剛度大可滿足基坑變形控制要求，且施工后無需拔除，施工空間及凈空要求較低。

自立式圍護便于大開挖施工，提高挖土效率，可節省工期，降低工程造價。綜合考慮后最終選定自立式鉆孔灌注樁-深層攪拌樁復合圍護作為發射塔區域和北塊基坑東側區域的圍護方案。

2.2 圍護方案

鉆孔灌注樁采用φ850 mm@1 000 mm的布置形式，插入深度為5 m。鉆孔灌注樁頂部設置壓頂梁，壓頂梁規格為1 100 mm×700 mm，頂標高同重力壩頂板標高，并在基坑角部設置厚250 mm封板。

雙軸水泥土攪拌樁重力壩墻體厚度為1.7～4.7 m，有效深度9.5 m。該區域被動區土體采用φ700 mm@500 mm雙軸水泥土攪拌樁墩式加固，加固體寬度為4.2 m，加固范圍為坑底以下4 m，攪拌樁水泥摻量適當提高。

通過壓頂梁的整體加強作用、被動區土體的加固作用和基坑角部封板的圍護加強作用進一步減少開挖過程中的基坑圍護變形，確保基坑、發射塔及燃氣管線安全（圖2）。

圖1 基坑環境平面示意

圖2 發射塔區域圍護剖面

3 基坑安全性分析

為了預測基坑開挖對發射塔的影響，分析基坑安全性，采用巖土有限元軟件Plaxis模擬基坑開挖過程。有限元分析中土體采用適用于基坑開挖的Hardening-Soil（硬化土）模型，圍護結構采用線彈性模型。

基坑模型計算寬度為基坑邊線外延開挖深度的5 倍。主要模擬施工步驟有：計算初始應力場、施工基坑圍護、挖除全部土體至基底。

通過數值模擬分析，得出最危險工況下土體及圍護結構的內力和變形情況。計算結果顯示，當基坑開挖至基底時，圍護結構最大水平位移24 mm，發射塔塔基最大位移12 mm，表明本工程基坑開挖對周邊環境的變形影響可控制在其允許的范圍之內。圖3～圖6給出了有限元計算的主要計算結果。

圖3 開挖結束時總位移云圖

圖4 開挖結束時水平變形云圖

圖5 開挖結束時垂直變形云圖

圖6 鉆孔灌注樁及塔基基礎最大位移

4 施工要求

為了保護發射塔及鄰近燃氣管線，提出了一系列低擾動施工的技術要求。首先，保證攪拌樁的水泥土摻量、搭接長度等，且整個樁長內應復攪，保證樁的質量，要求攪拌樁起擋水作用， 要盡量連續作業，確保形成地下封閉連續墻；其次，合理安排水泥土攪拌樁的施工順序，應先施工靠近發射塔塔基區域的雙軸水泥土攪拌樁，降低施工時土體對塔基的擠壓效應；最后，嚴格控制水泥土攪拌樁的施工速度、噴漿流速、壓力等施工參數，以防止攪拌樁施工過程中對塔基產生側向影響。

鉆孔灌注樁采用跳打法施工。施工之前應先探明每根樁樁位處有否地下障礙物及廢棄管道等，如存在應先處理。施工過程中一定要控制好泥漿稠度，并注意鉆進速度，防止發生坍孔和樁頸縮等現象而影響工程質量。

采取以上低擾動施工措施后取得了良好的工程應用效果，保證了發射塔及鄰近燃氣管線的安全。

5 監測分析

為了及時跟蹤掌握圍護結構的變形和環境變化情況，保證基坑安全，防止已有構筑物及信號發射塔可能出現的破壞，從降水開始到底板澆筑完畢為止，采取了比較嚴密的監控措施。

在圍護結構、發射塔及燃氣管線上均布置有相應的沉降變形觀測點。監測數據分析表明：基坑開挖結束后， 發射塔塔基位移6 mm， 灌注樁樁頂最大位移為 21 mm ，燃氣管線沉降11 mm，地表最大沉降19 mm，與計算結果較為吻合。同時，滿足了規范要求，基坑開挖進展順利，發射塔和燃氣管線的沉降變形得到很好控制。

6 結語

采用深層攪拌樁內套打鉆孔灌注樁排樁形成復合圍護體，二者共同工作，既起到止水帷幕作用，又作為淺層支擋，且降低了灌注樁的合力作用點，發揮了剛度不同的圍護體各自的長處，是一種較好的支護結構形式，在淺基坑局部范圍內可以有較好的應用效果[4-6]。