目前，隨著我國(guó)城市建設(shè)的快速發(fā)展，建筑在向高空發(fā)展的同時(shí)，地下空間也得到了充分利用，促使深基坑工程也越來(lái)越多，同時(shí)，對(duì)深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工也提出了更高的要求。不同的基坑支護(hù)方案對(duì)基坑安全、施工進(jìn)度，成本造價(jià)都會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，因此，工程有關(guān)各方對(duì)此應(yīng)綜合考慮，認(rèn)真比較以確定最合理的基坑支護(hù)方案。
一、兩種支護(hù)體系的比較
筆者施工的某工程地下部分為整體地下一層，平面形式為倒“L”型，底板埋深自然地坪下6.0米，地下建筑面積19800平米，場(chǎng)地距現(xiàn)有道路、建筑均較近。場(chǎng)地地層分布自上至下分別為人工填土層、粘土層、粉土層、粉質(zhì)粘土層。根據(jù)本基坑的挖深及周邊環(huán)境，確定基坑安全等級(jí)為二級(jí)，重要性系數(shù)取1.0。最初基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用工法樁、灌注樁支護(hù)加水泥攪拌樁止水帷幕的支護(hù)體系，西部采用SMW工法樁加內(nèi)支撐的支護(hù)形式，工法樁頂設(shè)冠梁，將工法樁連成整體，同時(shí)作為內(nèi)撐支點(diǎn)，工法樁兼做止水帷幕，內(nèi)支撐設(shè)鋼筋混凝土梁角撐及對(duì)撐，支撐梁下設(shè)格構(gòu)柱及柱下灌注樁；北部東側(cè)及南部東側(cè)采用雙排鉆孔灌注樁的支護(hù)形式，樁頂均用冠梁連接，前后排樁間用連梁拉結(jié)，雙排灌注樁間設(shè)雙排攪拌樁止水帷幕；東側(cè)因場(chǎng)地條件允許采用放坡開(kāi)挖雙排攪拌樁止水帷幕止水為通常做法，故本文不再贅述。
該項(xiàng)目基礎(chǔ)施工工期僅為4個(gè)月時(shí)間，經(jīng)多次施工方案論證，采用該支護(hù)體系施工周期至少需要5個(gè)月時(shí)間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足工期要求，最終經(jīng)方案比較，施工中大膽采用了管樁及工法樁復(fù)合重力墻的聯(lián)合支護(hù)體系。由于新的支護(hù)體系完全省去了內(nèi)支撐，從而完全節(jié)省了內(nèi)支撐制作及拆除的時(shí)間，理論上不但可以節(jié)省工期而且減少了造價(jià)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
二、管樁、工法樁復(fù)合重力墻聯(lián)合支護(hù)體系分析
1、工法樁復(fù)合重力墻的應(yīng)用分析
SMW工法樁是一種勁性復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)抗?jié)B性好，剛度大，不擾動(dòng)鄰近土體，可在粘性土、粉土、砂土、砂礫土、Φ100以上卵石及單軸抗壓強(qiáng)度60MPa以下的巖層應(yīng)用。目前對(duì)水泥土與型鋼之間的粘結(jié)強(qiáng)度的研究還不充分。通常認(rèn)為：水土側(cè)壓力全部由型鋼單獨(dú)承擔(dān)；水泥土樁的作用在于抗?jié)B止水。試驗(yàn)表明，水泥土對(duì)型鋼的包裹作用提高了型鋼的剛度，可起到減少位移的作用。
SMW工法樁由于水泥土強(qiáng)度較低，變形模量較小，且H型鋼表面涂有減摩劑，因此在水泥土與型鋼組合結(jié)構(gòu)體中水泥土的強(qiáng)度很難發(fā)揮，設(shè)計(jì)中可忽略水泥土的剛度貢獻(xiàn)，而將其作為安全儲(chǔ)備。但是，水泥土對(duì)型鋼的包裹能起到套箍作用，防止型鋼失穩(wěn)，使型鋼強(qiáng)度得到充分的發(fā)揮。另外，水泥土還可起止水作用，并將承受型鋼間由于土壓力而產(chǎn)生的剪力，因而在工程中水泥土須具有一定強(qiáng)度和較好的抗?jié)B性能。
本支護(hù)體系西部采用工法樁復(fù)合重力墻支護(hù)兼做止水帷幕，為雙軸水泥攪拌樁橫向共8排咬合布設(shè)（見(jiàn)圖1-1剖面）。其中攪拌樁1：樁徑700mm，樁頂位于場(chǎng)地地表下1.0m，有效樁長(zhǎng)12.0米，組內(nèi)、排間、組間咬合均為200mm；攪拌樁3：樁徑700mm，樁頂位于場(chǎng)地地表下6.0m，有效樁長(zhǎng)5.0米，組內(nèi)、排間、組間咬合均為200mm。“攪拌樁1”里排及外排每組內(nèi)插普通熱軋20a型工字鋼，型鋼頂位于場(chǎng)地地表下0.8m，長(zhǎng)12.0m，中心距1.0m。
“攪拌樁1”為4排，起基坑的支護(hù)作用，水泥采用P.S32.5，摻入比為15%，水灰比0.5~0.55，要求全程復(fù)攪復(fù)噴，樁頂設(shè)400mm厚鋼筋混凝土蓋板同樁寬，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。“攪拌樁3”為4排，作為復(fù)合重力墻，位于開(kāi)挖基坑的坑底以下不開(kāi)挖的土體中，起到對(duì)“攪拌樁1”的支頂作用，限制了“攪拌樁1”的側(cè)移，使其不但充分發(fā)揮了支護(hù)止水的作用，而且有效解決了單純工法樁不設(shè)內(nèi)支撐的過(guò)大變形問(wèn)題。
2、管樁的應(yīng)用分析
PHC管樁樁身混凝土強(qiáng)度較高（強(qiáng)度不得低于C80），再加上使用了高強(qiáng)度、低松弛率的預(yù)應(yīng)力鋼筋使樁身具有較高的有效預(yù)壓力，因此具有較大的抗彎和抗拉能力。但PHC管樁為空心管形截面，其抗彎剛度較實(shí)心樁要小，故在水平荷載作用下易發(fā)生撓曲。采用其作為基坑支護(hù)樁時(shí)，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，支護(hù)樁側(cè)土體將會(huì)發(fā)生位移，并對(duì)樁體施加側(cè)向作用力，同時(shí)使樁產(chǎn)生撓曲和內(nèi)力。樁周土體按移動(dòng)情況可分為穩(wěn)定層和不穩(wěn)定層，滑動(dòng)面介于這2層之間。根據(jù)土壓力理論，將不穩(wěn)定土層中承受土體側(cè)向位移的上部樁段稱(chēng)為“被動(dòng)”部分；而穩(wěn)定土層中的下部樁段受到上部樁段傳來(lái)的荷載，這與樁頭直接承受水平荷載的樁類(lèi)似，稱(chēng)之為“主動(dòng)”部分。在這一過(guò)程中，樁周土可能達(dá)到極限狀態(tài)并產(chǎn)生極限土壓力。
基坑開(kāi)挖后，坑內(nèi)土體卸除，土體的側(cè)向位移由Δ1和Δ2兩部分組成：Δ1為原狀土體側(cè)向卸荷后產(chǎn)生的側(cè)向變形；Δ2為重塑區(qū)土體卸荷后產(chǎn)生的回彈變形。由于土體側(cè)向變形量相對(duì)較大，不利于對(duì)管樁的變形控制，因此有必要采取措施以控制管樁的位移并減少樁身彎矩。
接上所述，本支護(hù)體系北部東側(cè)及南部東側(cè)采用具有一定抗彎、抗折強(qiáng)度的PHC預(yù)應(yīng)力管樁為擋土排樁，在管樁外側(cè)設(shè)置雙軸雙排水泥土攪拌樁止水帷幕的擋土支護(hù)形式（見(jiàn)圖2-2剖面）。其中：支護(hù)管樁采用PHC500×100AB型，樁頂位于場(chǎng)地地表下2.2m，有效樁長(zhǎng)11.0m，樁中心距1.0m，樁頂設(shè)900×500鋼筋混凝土冠梁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30；攪拌樁2，樁徑700mm，樁頂位于場(chǎng)地地表下1.0m，有效樁長(zhǎng)9.0米，組內(nèi)、組間咬合均為200mm，與“攪拌樁1”排間咬合200mm。
三、施工控制重點(diǎn)
1、水泥攪拌樁的控制重點(diǎn)
“攪拌樁1”及“攪拌樁2”須連續(xù)施工，相鄰樁間間歇不得超過(guò)12小時(shí)，超過(guò)則應(yīng)采取補(bǔ)樁或在后施工樁中增加水泥摻量20%～30%；但因施工機(jī)械及施工工藝所限，“攪拌樁1”與“攪拌樁3”之間的咬合在12小時(shí)的間隔時(shí)限內(nèi)無(wú)法完成，但其并不影響整個(gè)體系的支護(hù)效果，因?yàn)殚g隔時(shí)限的要求是保證帷幕施工的連續(xù)性以達(dá)到止水效果，施工中只要保證起止水作用的“攪拌樁1”能夠連續(xù)施工即可，“攪拌樁3”施工時(shí)只要能夠與“攪拌樁1”緊密貼合以達(dá)到對(duì)“攪拌樁1”的Φ支撐作用即可。
2、型鋼插入偏差控制
2.1．H型鋼在插入過(guò)程中的平面位置和垂直度要用兩臺(tái)經(jīng)緯儀采用前方直角交匯法控制，調(diào)整垂直度偏差在1%以?xún)?nèi)，再插入攪拌樁內(nèi)，在沉放過(guò)程中還應(yīng)及時(shí)糾偏。
2.2．型鋼插入時(shí)間應(yīng)控制在攪拌樁成樁后30min~60min內(nèi)插入，若水灰比或水泥摻量較大時(shí)，插入時(shí)間允許適當(dāng)延長(zhǎng)，但不能超過(guò)60min。
3、PHC管樁的控制重點(diǎn)
3.1．管樁采用單節(jié)管樁，靜壓施工，嚴(yán)禁接樁。
3.2．為防止管樁的擠土效應(yīng)擠斷水泥攪拌樁，管樁必須先于攪拌樁施工。
3.3．管樁施工時(shí)應(yīng)控制沉樁順序，采取引孔壓樁、設(shè)應(yīng)力釋放孔等措施，以減小擠土效應(yīng)對(duì)臨樁及周邊環(huán)境的影響。
四、支護(hù)效果評(píng)價(jià)及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
本工程基坑開(kāi)挖后，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示基坑開(kāi)挖后支護(hù)樁和梁頂最大位移均在可控范圍內(nèi)，可見(jiàn)該聯(lián)合支護(hù)體系對(duì)控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形效果明顯，不但節(jié)省了1個(gè)月的計(jì)劃工期而且取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。但施工過(guò)程也并非一帆風(fēng)順，以下幾點(diǎn)在施工中尤應(yīng)加以重視：
1、重視開(kāi)挖順序及墊層的作用。
由于施工場(chǎng)地狹窄，基坑開(kāi)挖之初未能?chē)?yán)格按照施工方案要求分層開(kāi)挖，致使基坑西部邊緣一側(cè)一步開(kāi)挖到位，3天內(nèi)其中間區(qū)域樁頂最大累計(jì)位移已達(dá)47mm，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)給定的監(jiān)測(cè)預(yù)警值25mm，此時(shí)立即組織進(jìn)行了墊層的施工，隨著墊層混凝土強(qiáng)度的逐漸提高，3天后位移已趨于穩(wěn)定，并一直維持波動(dòng)狀態(tài)，未在繼續(xù)發(fā)展。后續(xù)開(kāi)挖工作嚴(yán)格按照分段分層開(kāi)挖的原則施工，使基坑土應(yīng)力逐漸釋放，并且開(kāi)挖一段澆筑一段墊層混凝土。從實(shí)際施工效果看，分段分層開(kāi)挖可以明顯減少樁頂?shù)倪^(guò)快過(guò)大變形；同時(shí)通過(guò)對(duì)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，墊層對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐作用還是顯而易見(jiàn)的，因此開(kāi)挖過(guò)程中必須注意墊層的及時(shí)澆筑。需要強(qiáng)調(diào)的是，為起到墊層的支撐作用，墊層澆筑前必須將支護(hù)樁壁上的土體清理干凈，墊層澆筑時(shí)必須完全頂?shù)綐侗谏稀?/div>
2、因該支護(hù)體系是工法樁復(fù)合重力墻與管樁兩種支護(hù)形式組成的，其交接處
必然是變形與防滲的薄弱環(huán)節(jié)，這一點(diǎn)設(shè)計(jì)中必須給予充分考慮，當(dāng)場(chǎng)地條件允許時(shí)，應(yīng)使兩種支護(hù)體的搭接處于基坑可能變形最小處。
3、根據(jù)場(chǎng)地土條件不同，管樁的擠土效應(yīng)會(huì)有不同，該工程管樁壓樁過(guò)程中地表土雖未出現(xiàn)大面積隆起，但土體內(nèi)力仍波及到相鄰道路，引起路面裂縫。鑒于此，在后續(xù)壓樁施工中，采取在未施工管樁中心每隔3根樁預(yù)先鉆Φ100mm圓孔釋放壓樁應(yīng)力，實(shí)踐效果不錯(cuò)。
4、進(jìn)行基坑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
基坑監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)是周?chē)h(huán)境的變化和基坑本身的動(dòng)態(tài)變化，按施工進(jìn)度跟蹤進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)報(bào)出動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)控制施工進(jìn)度，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警值時(shí)，應(yīng)加密監(jiān)測(cè)頻率，調(diào)整施工進(jìn)度及方案，并采取有效措施以確保支護(hù)結(jié)構(gòu)及鄰近建筑物的安全。
五、結(jié)語(yǔ)
管樁、工法樁復(fù)合重力墻聯(lián)合體支護(hù)方案與工法樁加內(nèi)支撐、灌注樁支護(hù)方案比較，雖然存在一定的基坑變形風(fēng)險(xiǎn)，但只要準(zhǔn)備充分、精心施工，基坑有序開(kāi)挖，及時(shí)澆筑墊層混凝土，變形風(fēng)險(xiǎn)仍處于可控狀態(tài)，但其經(jīng)濟(jì)效益卻是相當(dāng)明顯的，是值得推廣的有效支護(hù)體系。
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