試論超大直徑人工挖孔樁在緊鄰圍護結構施工的影響

摘要：介紹了人工挖孔樁的特點，結合工程實例，進行2D有限元數值和3D有限元數值分析，探討了超大直徑人工挖孔樁在緊鄰圍護結構施工的影響。并根據分析結果，有針對性的提出施工控制對策，希望能夠為施工順利進行，確保施工安全提供指導與借鑒。

關鍵詞：人工挖孔樁 緊鄰圍護結構施工 2D有限元數值 3D有限元數值

1.引言

隨著城市化進程的加快，超高層建筑工程建設數量越來越多，地下室開挖深度也越來越深，這給基坑開挖施工帶來新的挑戰。在這樣的背景之下，采取有效的質量控制措施，合理應用相應的施工技術，促進深基坑開挖施工順利進行，確保施工安全是施工單位的重要目標與追求。下面將以超大直徑人工挖孔樁為例，探討分析其對緊鄰圍護結構施工的影響，并提出施工質量控制對策，可為類似工程施工提供參考。

2.人工挖孔樁的特點

2.1優勢明顯。人工挖孔樁是隨著施工經驗總結和施工技術發展而出現的一種技術措施，其樁徑大、承載力高、樁基質量好、施工簡單方便、造價低廉、適應性好，具有自身顯著特點和優勢，滿足超高層建設樁基礎施工需要，在工程建設中越來越受到人們的重視。尤其是當樁基持力層埋深較淺，淺層土層穩定性較好的前提下，人工挖孔樁在施工中應用能取得更好的效果。

2.2安全問題突出。但人工挖孔樁施工環境惡劣，井下作業環境比較差，勞動強度大，安全問題比較突出，這些問題的存在，制約其在施工中得到進一步應用，尤其是安全問題一直是施工的關鍵點與難點。與其它樁基施工不同的是，人工挖孔樁需要等到深基坑開挖至坑底之后，然后才能開始進行施工。由于施工過程采用的是人工挖土方式，勞動強度大，出土速度比較慢，使得坑底暴露時間比較長，也嚴重影響施工安全，給安全管理工作帶來較大挑戰。當人工挖孔樁與坑邊圍護距離比較近時，人工挖孔會對圍護結構被動區土體產生擾動和卸載效應，可能會加大基坑圍護的變形，降低基坑的穩定性，并導致挖孔樁孔壁應力增大，降低挖孔樁護壁的穩定性。也就是說，當兩者相鄰施工時，會進一步加大施工風險，給施工安全問題帶來較為嚴重的挑戰。因此，探討分析人工挖孔樁在緊鄰圍護結構施工的影響，并提出相應的質量控制措施是十分必要的，對施工也具有重要的指導價值。

3.工程概況

某超高層建筑126m，樁基采用人工挖孔樁，挖孔樁直徑達3m，樁基持力層進入微風化巖層。基坑開挖深度約15m，圍護結構為直徑1.2m的鉆孔灌注樁，間距1.4m，圍護樁插入深度約6m，采用兩道鋼筋混凝土支撐。開挖范圍內具有較厚的淤泥質粉砂，坑底為粗砂層，滲漏系數大，坑外水位埋深約3m。止水帷幕采用水泥土攪拌樁，進入相對不透水層1.5m以上，樁徑550mm，兩排攪拌樁錯開布置。場地基巖為泥質粉砂巖，富水性較弱，止水帷幕能切斷坑內外水力聯系，坑內采取降水措施，確保挖孔樁在疏干狀態下開挖。

4.超大直徑人工挖孔樁在緊鄰圍護結構施工的影響

4.1 2D有限元數值。利用2D有限元程序Plaxis定性分析問題，合理選取土層計算參數，土體建模采用Mohr-Coulomb模型，對比分析計算結果與基坑設計圍護的變形情況，分析參數模型合理性。基坑開挖至底部時，對比Plaxis分析結果與設計軟件計算結果，二者吻合度較好，表明計算模型參數合理。然后進一步分析問題，包括開挖對圍護結構的影響，開挖時坑底無墊層，挖孔樁無護壁，進行最不利工況分析。該挖孔樁直徑為3m，空間拱效應明顯，計算分析時無法考慮墊層、護壁等有利因素，為確認施工安全性，避免出現安全隱患，需進一步進行3D有限元數值分析。

4.2 3D有限元數值。分析時用Midas-GTS軟件，土體建模采用Mohr-Coulomb模型，長65m，寬20m，深45m。并合理選擇相應的單元，對土體、圍護樁、支撐、坑底、挖孔樁進行模擬。然后進行三維挖溝分析，將計算結果與二維計算結果進行對比，結果表明二者吻合，說明三維模型得到優化，滿足實際工作需要。然后分析不同墊層厚度、不同護壁厚度、是否有抗拉錨桿構件條件下，挖孔樁施工對圍護結構的影響，共分析16種工況。并進行計算得出結果。結果表明，即使沒有采取墊層和護壁措施，圍護樁最大水平位移減小很多，說明土拱效應明顯。開挖至坑底時，事先連接墊層與抗拉錨桿，能減少圍護結構側向變形。由于土拱效應明顯，圍護結構與樁底位移量較小，抗拉錨桿對圍護結構影響較小。總之，通過分析計算結果可以得知，采取相應的構造措施，能確保基坑圍護安全，為施工創造安全、可靠的環境。

5.施工控制對策

5.1重視300mm厚的加筋墊層應用。為確保基坑施工安全順利進行，應該注重加筋墊層的應用。并且大量工程施工實踐表明，與200mm厚的加筋墊層相比，300mm厚的加筋墊層施工效果更為明顯，更有利于控制坑底長期暴露工況。同時，300mm厚的加筋墊層可以作為基坑圍護的第三道支撐，在基坑施工過程中，不僅能確保施工安全，還有利于保證主體結構工程施工順利進行。因而在基坑施工中，應該重視300mm厚的加筋墊層應用。

5.2采取有效的護壁措施。通過計算分析得知，圓形護壁的空間拱效應明顯。如果人工挖孔樁的樁徑為3000mm，盡管護壁厚度不同，存在較大的差異，但是他們對計算結果的影響并不大。施工過程中，每完成1m挖孔樁施工，應該立即進行施工護壁，確保施工安全進行。當施工速度比較快，護壁周圈的土壓力還未得到完全釋放，可以利用時空效應。為確保施工安全順利進行，施工中采用200mm厚的配筋護壁是切實可行的，能夠滿足施工需要。

5.3做好抗拉錨桿和墊層的連接工作。施工實際應用表明，將坑底的抗拉錨桿與墊層連接，可以提高墊層平面內的穩定性，為施工創造更好的條件。

5.4提高止水帷幕施工質量。挖孔樁施工受地下環境的影響比較大，如果地下水較豐富，水位較高，滲水性較強，對人工挖孔樁施工會帶來較為嚴重的不利影響，容易導致塌孔現象發生。為預防這種問題出現，要重視止水帷幕的采用，提高施工效果。一般止水帷幕進入相對不透水層1.5m以上，并嚴格按照要求進行止水帷幕施工，才能取得最佳效果。將坑內的降水疏干，加固挖孔樁周圈土體，增強孔壁穩定性，同時還要采取有效的孔內降水和排水措施。從而有效降低滲水對工程施工的影響，避免出現塌孔現象，為挖孔樁施工的安全、順利進行奠定基礎。

6.結束語

建立2D、3D有限元程序，探討超大直徑人工挖孔樁在緊鄰圍護結構施工的影響。通過分析得知，圓形挖孔樁空間拱效應明顯，盡管挖孔樁的直徑很大，與圍護結構的距離比較近，但空間效應和樁底已經進入中風化巖層，對圍護所產生的影響比較小。實際工程施工表明，采取坑底墊層措施、挖孔樁護壁措施、輔助抗拉錨桿措施、坑內降水排水措施之后，能進一步減小挖孔樁開挖對周邊環境的影響。同時有利于確保施工的安全及可靠，促進施工順利進行，提高工程建設效果，今后在挖孔樁施工中應該重視這些施工對策的應用。

參考文獻：

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