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

(杭州市勘測設(shè)計研究院有限公司，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、強度低、靈敏度高、蠕變性強等特點。該類淺基坑常采用鉆孔樁作為豎向支護結(jié)構(gòu)，但鉆孔樁存在造價高、工期長、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、可回收的工藝特點在該類淺基坑中應(yīng)用越來越普遍[1～4]。

2 工程概況

某項目位于湖州市吳興區(qū)，總建設(shè)用地面積約7萬m2，總建筑面積約23萬m2(包括地下室建筑面積約7.1萬m2)，擬建物包括15幢17～20層酒店、高層住宅及2幢3層宴會廳、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，基坑周長約 1 090 m，開挖面積約6.8萬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)相對較差，對基坑變形及整體穩(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)燃氣管、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)有燃氣管等市政管線，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)測點平面布置圖

3 基坑設(shè)計思路

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

(1)本工程基坑大面積開挖深度為 4.80 m～ 6.20 m。

(2)從基坑平面形狀來看，基坑平面較不規(guī)則，體量較大。整個基坑開挖面積約6.8萬m2，基坑周長約 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)相對較差，對基坑變形及整體穩(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、雙排樁等支護形式。支護結(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，但造價高、工期長。故采用鋼管樁代替鉆孔樁作為支護結(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形式。坑內(nèi)電梯井等高差處采用雙軸水泥土攪拌樁重力式支護，基坑大面積采用雙軸水泥土攪拌樁進行被動區(qū)加固。典型支護剖面如圖2所示，現(xiàn)場施工照片如圖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典型剖面

坑底被動區(qū)加固采用水泥攪拌樁格柵布置形式，可降低圍護成本，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)場施工照片

斜撐部位大致施工順序為：施工壓頂梁→保留三角土，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 理論計算及數(shù)值分析

根據(jù)國家有關(guān)規(guī)范(程)，采用同濟啟明星深基坑支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計計算軟件對PC工法組合鋼管樁結(jié)合一道鋼管斜支撐支護典型剖面進行計算，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算模型，對PC工法組合鋼管樁結(jié)合一道鋼管斜支撐支護典型剖面進行數(shù)值分析，結(jié)果如圖5所示。

圖4 啟明星內(nèi)力變形計算結(jié)果

圖5 二維有限元數(shù)值分析位移云圖

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

5 基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)

本工程布置了測斜管、水位管、軸力計、沉降點等對基坑開挖進行監(jiān)測，根據(jù)本工程監(jiān)測成果報告顯示，深層土體最大水平位移累計值在 31 mm～ 45 mm之間。監(jiān)測結(jié)果均滿足相關(guān)規(guī)范[5]以及設(shè)計要求。整理PC工法組合鋼管樁結(jié)合一道鋼管斜支撐支護典型剖面的深層土體水平位移監(jiān)測數(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

從理論計算、數(shù)值分析及監(jiān)測結(jié)果對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)實測結(jié)果與計算預(yù)計位移發(fā)展規(guī)律基本相符，累計值均在控制值范圍內(nèi)。斜拋撐支護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)支護方式，發(fā)揮了鋼支撐架設(shè)和拆除簡單快捷，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，達到了節(jié)省工期的目的，且鋼支撐同樣可重復(fù)循環(huán)使用，節(jié)省了圍護工程造價。

(2)從實際應(yīng)用情況分析，PC工法組合鋼管樁具有施工進度快、對環(huán)境影響小、占地空間小、可回收、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點，且使用PC工法組合鋼管樁不會產(chǎn)生泥漿、現(xiàn)場整潔，文明施工容易保證。

(3)從監(jiān)測數(shù)據(jù)分析來看，選用PC工法組合鋼管樁代替鉆孔樁，支護剛度可以結(jié)合實際情況靈活調(diào)整，變形可控。本工程的施工經(jīng)驗表明，采用PC工法組合鋼管樁加鋼管斜支撐的支護形式，對周邊環(huán)境影響較小。

(4)拔除PC工法組合鋼管樁時會有一定的震動，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)進行注漿，拔出過程中應(yīng)加強周邊環(huán)境監(jiān)測。