鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐體系在深基坑的應(yīng)用

■李其林，王煥新

■1.廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院粵西分院，廣東 湛江 524043;2.溫州設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325003

隨著超高層建筑及高層建筑的興起，建設(shè)方越來(lái)越重視利用地下空間。深基坑工程不斷出現(xiàn)，它的復(fù)雜性及重要性日益顯露出來(lái)，并成為現(xiàn)工程界的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)［1］。目前，深基坑支護(hù)方法很多，例如地下連續(xù)墻、鋼板樁、鉆孔灌注排樁、SMW 工法以及鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐體系等［2］。而本文簡(jiǎn)單闡述鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐體系在深基坑的應(yīng)用。

1 工程概況

浙江某市擬建3 幢29 層住宅樓及2 層裙房、機(jī)械停車庫(kù)，地下設(shè)層高為5 米的地下室。本工程的黃海高程5.000m 為工程的±0.000，而地下室底板標(biāo)高為-5.150m。基坑開(kāi)挖深度范圍由5m 至8m，本基坑總平面圖見(jiàn)圖1。

圖1 基坑總平面圖

1.1 工程地質(zhì)概況

根據(jù)勘察院提供的《巖土工程勘察報(bào)告》可知，本工程按土的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)、埋藏條件等由上至下依次為如下:

(1)素填土(1-0):均有分布，厚度約0.3～1.3m，由塊石、碎石、角礫、砂及粘性土組成，為人工新近填土;(2)粘土(1-1):均有分布，厚度約1.1～1.8m，呈可塑～軟塑狀，中～高壓縮性;(3)淤泥(2-1):均有分布，厚度約10.80～14.40m，流塑，高壓縮性，高靈敏度;(4)淤泥(2-2):均有分布，厚度約12.10～15.80m，流塑，高壓縮性，高靈敏度。

各層的設(shè)計(jì)參數(shù)，見(jiàn)表1

表1 土層主要物理力學(xué)性質(zhì)

1.2 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)地下水類型為孔隙潛水和承壓水;孔隙潛水主要賦存于素填土、粘土、淤泥等，水量貧乏，水逕流條件差，水位埋深為0.20～1.20m;承壓水主要賦存于粉砂、中砂和圓礫中，水量較豐富，承壓水水位埋深為6.00～9.35m。

2 基坑支護(hù)圍護(hù)設(shè)計(jì)方案

本工程的基坑開(kāi)挖的深度雖然不是很深，但是最后采取的方案是鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐體系，這是基于以下考慮:

(1)為了保證本工程四周建筑物、管道以及管線的安全。而本工程的四周環(huán)境比較復(fù)雜，基坑開(kāi)挖時(shí)，不可能不會(huì)對(duì)已有地下管線以及四周建筑物產(chǎn)生影響，鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐體系整體剛度比較大，能有效控制周邊土體變化。

(2)本工程的場(chǎng)地地質(zhì)條件比較復(fù)雜，存在比較厚的淤泥層，而且基坑開(kāi)挖至坑底以下4～10m 還存在淤泥，因此基坑開(kāi)挖將會(huì)產(chǎn)生比較大的變形。

2.1 鉆孔灌注樁擋土

因?yàn)楝F(xiàn)鉆孔灌注樁的施工工藝比較成熟，所以灌注樁的質(zhì)量可以得到保證。而且本項(xiàng)目大部分基礎(chǔ)采用取鉆孔灌注樁，為了基坑支護(hù)施工方便，基坑支護(hù)樁采取用鉆孔灌注樁型式。鉆孔灌注樁樁徑分別為600、700、800 的，樁長(zhǎng)為15～20m。基坑典型剖面圖，如圖2 所示。

圖2 典型基坑剖面圖

2.2 內(nèi)支撐布置

2.2.1 冠梁及支撐

冠梁的截面尺寸為850 ×750、1050 ×750 和950 ×750，而支撐最大截面尺寸為750 ×750，最小截面尺寸為550 ×550。冠梁、支撐的混凝土等級(jí)均為C30。未注明的鋼筋錨固長(zhǎng)度為35d。

2.2.2 支撐立柱

圖3 支撐結(jié)構(gòu)平面布置

支撐立柱上部嵌入混凝土支撐500，支撐樁垂直度要求偏差小于1/200，上部井子桁架采用四根120 × 10的角鋼和140 × 10的綴條焊接，角鋼和綴條鋼材型號(hào)為Q345B，焊條采用E43 型要求雙面焊接，焊縫高度＞6。

支撐結(jié)構(gòu)布置圖詳見(jiàn)圖3。

3 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

本工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)軟件(7.0 版)計(jì)算。計(jì)算主要分為以下兩部分:

3.1 支護(hù)剖面的計(jì)算

支護(hù)剖面分別按6 種工況進(jìn)行計(jì)算，分別為［3］:(1)工況1—基坑開(kāi)挖至基坑的支撐底標(biāo)高;(2)工況2—基坑設(shè)置支撐系統(tǒng);(3)工況3—基坑開(kāi)挖至基坑底標(biāo)高;(4)工況4—地下室底板施工，并在地下室底板與支護(hù)樁之間的設(shè)置傳力支承層;(5)工況5—地下室一層樓板施工，并在樓板與支護(hù)樁之間設(shè)置傳力支承層;(6)工況6—拆卸基坑支撐系統(tǒng)。開(kāi)挖5.0m 的內(nèi)力結(jié)果詳見(jiàn)圖4。

圖4 典型剖面內(nèi)力位移包絡(luò)圖

3.2 基坑內(nèi)支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算

圖5 支撐系統(tǒng)位移圖

基坑內(nèi)支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算采用了考慮空間協(xié)同作用的空間結(jié)構(gòu)有限元分析方法［4］。該方法在基坑設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了確保設(shè)計(jì)的合理性與經(jīng)濟(jì)性，計(jì)算過(guò)程中應(yīng)該滿足支護(hù)樁頂?shù)奈灰婆c支撐結(jié)構(gòu)相應(yīng)位置的位移一致性。而從圖5 支撐系統(tǒng)位移圖顯示，可知該設(shè)計(jì)方案有效地控制了支護(hù)樁頂水平位移，并且達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求。

4 整體穩(wěn)定性分析［5］

4.1 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

利用Bishop 法，應(yīng)力為總應(yīng)力狀態(tài)，條分法中條寬度為0.4m，可算出整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ka=1.275，滑動(dòng)圓弧半徑R=20.869m。

4.2 抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算

抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算系數(shù):

Mp——被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的彎矩，對(duì)于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定;對(duì)于錨桿或錨索，支點(diǎn)力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值。

Ma——主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的彎矩;

利用上式，可以驗(yàn)算每工況的穩(wěn)定系數(shù)分別為:

工況1∶Ks=3.652 ＞=1.000，滿足要求;

工況2∶Ks=5.299 ＞=1.000，滿足要求;

工況3∶Ks=5.299 ＞=1.000，滿足要求;

工況4∶Ks=1.608 ＞=1.000，滿足要求;

從上面結(jié)果可知:每工況均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

綜上所述，本工程深基坑支護(hù)采用鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐體系，能有效的滿足地下室的施工空間以及四周的建筑物深基坑土方開(kāi)挖的要求，并且本工程的基坑變形符合規(guī)范相關(guān)要求，達(dá)到經(jīng)濟(jì)安全可靠的目的。

［1］李鑫.淺談高層建筑深基坑支護(hù)施工技術(shù)［J］.民營(yíng)科技，2014(3):228.

［2］顧浩聲.基坑支護(hù)選型的智能決策支持系統(tǒng)［D］.上海:同濟(jì)大學(xué)，2003.

［3］黃慧.鉆孔灌注樁加圓環(huán)形內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)在廈門某基坑工程中的應(yīng)用［J］.福建建筑，2009(10):102～104.

［4］林建明.鉆孔灌注樁及高壓旋噴樁加內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)在漳州某深基坑工程中的應(yīng)用［J］.福建建筑，2012(4):112～114.

［5］周紹源，李其林，蔣文宇，劉發(fā)標(biāo).彈性地基梁法在基坑支護(hù)中的應(yīng)用［J］.土工基礎(chǔ)，2013(4):117～120.