某多邊界條件下的高懸臂樁設(shè)計(jì)方案探討

譚 軍，鐘 華

（深圳市綜合交通設(shè)計(jì)研究院，廣東深圳518003）

0 引言

城市道路周邊多為高層建筑，且道路下面管線密布，錯(cuò)綜復(fù)雜。為盡量壓縮用地，或?qū)χ匾ㄖ⒐芫€避免拆遷，道路施工開挖多采用懸臂樁支護(hù)。關(guān)于樁板墻的設(shè)計(jì)理論、施工經(jīng)驗(yàn)，很多的文獻(xiàn)已有很詳細(xì)的論述。市政管線中，燃?xì)夤軐儆谠试S變形擾動(dòng)最小的一種管道，文獻(xiàn)[1]引入土拱效應(yīng)，結(jié)合有限元模型計(jì)算，分析了懸臂樁保護(hù)燃?xì)夤軙r(shí)最小水平安全距離；文獻(xiàn)[2]通過分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)值計(jì)算，歸納出了冠梁和支護(hù)樁的空間變形模式，推導(dǎo)了基坑中部樁頂最大位移的解析解。在生產(chǎn)建設(shè)過程中，實(shí)際工程問題并非單一邊界限制條件，懸臂樁的設(shè)計(jì)也并非只通過樁頂水平位移控制。本文對(duì)同時(shí)存在高層建筑和地鐵限制條件下的某懸臂樁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行剖析，希望可以對(duì)類似工程提供參考。

1 工程概況

該工程為南方沿海某城市一條城市主干路的實(shí)際案例。原地面高為±0.00，新建道路需開挖9.0 m深，離道路邊緣線7m位置，為村民自建的高層建筑，基礎(chǔ)形式是擴(kuò)大基礎(chǔ)，地面下有4 m深的地下室；地面以下23 m位置為地鐵拱圈頂部。該工點(diǎn)縱向長30 m。其橫斷面示意見圖1。

2 方案設(shè)計(jì)

本工程支護(hù)方案的設(shè)計(jì)應(yīng)基于以下兩個(gè)原則

（1）盡量避免對(duì)高層建筑產(chǎn)生擾動(dòng)

圖1 斷面示意圖（單位：m）

新建道路的標(biāo)高較低，如直接開挖施工鋼筋混凝土扶壁擋墻，考慮擋墻埋深，臨空面達(dá)10 m，施工開挖將使現(xiàn)狀地下水位降低約5 m，高層建筑擴(kuò)大基礎(chǔ)的孔隙水壓力隨之降低。由于現(xiàn)狀高層建筑為20世紀(jì)90年代村民自建，其抗變形能力很難通過竣工資料反算，孔隙水壓力帶來的擴(kuò)大基礎(chǔ)不均沉降，很可能導(dǎo)致建筑的開裂。而且即使施工時(shí)采用嚴(yán)格的止水工藝，由于臨空面較高，最高達(dá)10 m，高層建筑基礎(chǔ)承受較大的水平推力，臨時(shí)支護(hù)存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，基于盡量避免對(duì)高層建筑產(chǎn)生擾動(dòng)的原則，采用鋼筋混凝土樁支護(hù)。斷面類型采用圓樁。

該鋼筋混凝土樁懸臂較大（9.0 m），施工過程最大達(dá)10 m，由于其有4 m深地下室，以及其擴(kuò)大樁基礎(chǔ)，樁基頂部不能施加錨桿（索），只能選用懸臂樁。雖然在理論上懸臂樁的懸臂不可能達(dá)9 m之高，但由于樁頂建筑有4 m深地下室，其有效懸臂長度可以適當(dāng)折減。本項(xiàng)目采用理正軟件進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合橋梁博士進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算模型見圖2。計(jì)算時(shí)仍將懸臂長度設(shè)置為9.0 m（計(jì)算結(jié)果偏保守），計(jì)算結(jié)果為采用1.8 m直徑樁徑，樁間距為2.5 m，入土深度15 m。頂端最大位移為2.4 cm，小于《深圳地區(qū)建筑深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)定》的最小水平位移要求。

樁基施工完成后，雖已具備開挖條件，但如直接開挖還將帶來地下水位的下降，引起高層建筑不均勻沉降。解決的方案是在樁與樁之間設(shè)置止水板，逆做法施工，止水板通過植筋與樁相接。

圖2 計(jì)算模型簡(jiǎn)圖

（2）應(yīng)避免對(duì)地鐵產(chǎn)生附加應(yīng)力

樁基對(duì)地鐵產(chǎn)生的附加應(yīng)力包括水平方向和豎向方向。

樁基對(duì)地鐵豎直方向影響，主要是樁的自重通過樁底擴(kuò)散和樁側(cè)土摩擦傳遞給地鐵拱圈的周圍土體。樁底反力和樁側(cè)土摩擦力的分擔(dān)機(jī)理，相關(guān)規(guī)范[3]尚無明確規(guī)定，為徹底避免樁基在豎向?qū)Φ罔F產(chǎn)生影響，本方案將樁底延伸至地鐵拱圈下1 m位置。

樁基對(duì)地鐵水平向影響，主要考察樁側(cè)土體所受壓力。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將不同深度的土體反力的大小、方向制成圖3。從圖3可以看出，在地鐵拱圈深度范圍，以及拱頂約8 m豎向范圍內(nèi)，）樁基與拱圈之間的土體的不受壓力作用或壓力很小（最大為4.1 kPa）。即樁基在水平方向幾乎不對(duì)拱圈產(chǎn)生影響。

3 結(jié)論

在實(shí)際生產(chǎn)建設(shè)過程中，很多工程雖然并非一個(gè)邊界限制條件，如本文中的懸臂樁的設(shè)計(jì)不僅需考慮避免對(duì)高層建筑產(chǎn)生擾動(dòng)，還應(yīng)避免對(duì)地鐵產(chǎn)生附加應(yīng)力。本文主要提供一種思路和論證過程，在某些作用機(jī)理、計(jì)算理論尚無明確標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的情況下，借助行業(yè)內(nèi)比較成熟的計(jì)算軟件，具體問題具體分析，設(shè)計(jì)方案適當(dāng)?shù)貙踩禂?shù)放大，可在保障工程質(zhì)量的前提下，將工程項(xiàng)目順利推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]董捷,黃小美,張永興.燃?xì)夤艿琅c懸臂樁基坑安全間距研究[J].煤氣與熱力,2009(6).

[2]許錫昌,陳善雄,徐海濱.懸臂排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)空間變形分析[J].巖土力學(xué),2006(2).

[3]JTG D63-2007,公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2007.