隔離樁在臨河深基坑工程中的應用研究

□文/劉妮

隔離樁在臨河深基坑工程中的應用研究

□文/劉妮

隨著天津軌道交通建設的發展，出現了大量臨近河流的深基坑工程。如何保護臨河深基坑工程開挖過程中的安全以及減小基坑開挖對河流防汛墻等結構的擾動，成為了一項重要的課題，而隔離樁作為一種有效的保護措施，其應用日漸增多。文章以天津地鐵某臨河車站基坑工程為研究對象，采用數值模擬的方法，對增加鉆孔灌注樁隔離前后基坑及防汛墻的變形進行對比分析，證明了采用鉆孔灌注樁隔離能有效的增加臨河基坑開挖過程中的安全性。

鉆孔灌注樁；基坑；隔離樁；數值模擬；臨河

1　工程概況

某地鐵車站位于兩條交通繁忙的路段交叉口，沿南北向布置，總凈長233m，標準段凈寬19.3m，為地下2層12m寬島式站臺車站，主體采用雙柱三跨框架結構，車站標準段基坑深度為17.38m、寬22.5m。車站布置形式見圖1。

圖1　車站平面

北運河駁岸位于基坑西側，與基坑水平凈距最近處為9.41m，在1倍基坑開挖深度范圍內。基坑標準段兩側設置厚度0.8m、深度31m的地下連續墻，采用一道800mm×800mm鋼筋混凝土支撐及3道φ609mm鋼支撐。車站與駁岸位置見圖2。

圖2　車站與駁岸斷面

考慮到基坑安全并減少基坑開挖施工對西側北運河防汛墻的保護，擬在車站西側距離地下墻外5m處設置φ800mm@600mm鉆孔隔離樁，樁長為22m。

2　數值模擬計算

隨著有限元數值模擬方法的發展，數值模擬技術越來越成熟，計算精度也越來越高，數值模擬方法一般分為有限單元法、有限差分法、邊界元法和離散元法等，在實際工程的數值模擬中應用最廣泛的是有限單元法。PLAXIS是功能強大的通用巖土有限元計算軟件，現在已廣泛應用于各種復雜巖土工程項目的有限元分析中，適用性廣泛，尤其適合于大型基坑變形和穩定分析。

本文將采用PLAXIS有限元分析軟件為平臺進行鉆孔灌注樁隔離對基坑開挖過程中的受力影響的數值模擬。

2.1計算模型及參數

1）土層參數見表1。

表1　土層參數

基坑寬度23m，開挖深度17.3m，采用厚度為800mm的地下連續墻圍護結構，墻長度為31m，墻頂標高為4.38m。計算時考慮地面超載20 kPa。隔離樁為φ800mm@600mm的鉆孔灌注樁，樁長為22m。

2）材料參數。根據設計，地下連續墻混凝土強度等級為C30，主體結構混凝土強度等級為C35；柱混凝土強度等級為C50。鋼筋：Ⅰ級鋼fy=fy＇=270 MPa，Ⅲ級鋼fy=fy＇=360 MPa。計算模型中地下連續墻及鉆孔灌注樁、混凝土支撐、鋼支撐計算參數見表2。

3）模型。根據圣維南原理，取土層邊界寬130m、深50m。假定模型的左右邊界水平向無變形，豎直方向允許發生變形，下邊界任意方向的變形為0，見圖3和圖4。

圖3　無鉆孔灌注樁數值模擬模型

圖4　設置鉆孔灌注樁數值模擬模型

2.2計算分析

計算并對比分析增加鉆孔灌注樁前后基坑變形，見圖5-圖10。

圖5　無鉆孔灌注樁變形計算結果

圖6　設置鉆孔灌注樁變形計算結果

圖7　地下連續墻水平位移對比

圖8　地下連續墻沉降對比

圖9　防汛墻水平位移對比

圖10　防汛墻沉降對比

經過以上對比分析，在設置鉆孔灌注樁后，防汛墻及基坑開挖過程中地下連續墻的水平位移和沉降均大幅度減小。

2.3計算結果

經以上計算分析，可見鉆孔灌注樁隔離對變形控制可以起到較好地控制作用，尤其在地鐵設計中，基坑變形控制較嚴格，本車站位于交通繁忙地段，變形控制尤其重要，在防汛墻與地下連續墻之間設置鉆孔灌注樁隔離效果良好。

3　結論

經過對基坑開挖過程中有無鉆孔灌注樁隔離的數值模擬的對比分析可以看出，增加鉆孔灌注樁隔離可以有效地控制基坑和原有建筑物的的變形，對保護基坑起到至關重要的作用，是一種非常有效的設計方案。

[1]吳國三.巖土工程數值模擬方法的發展[J].科技信息，2009，（30）：708-709.

[2]劉熙嬡.基坑開挖過程的試驗與數值模擬及土的微觀結構研究[D].天津：天津大學，2004．

[3]樁基工程手冊編委會.樁基工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1995.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.03.018

□TU473.1

□C

□1008-3197（2015）03-47-02

□2015-02-13

□劉妮/女，1988年出生，助理工程師，上海市城市建設設計研究院天津分院，從事軌道結構設計工作。