鉆孔結(jié)合旋噴隔離樁在緊鄰高壓鐵塔的深基坑工程中的應(yīng)用

上海外高橋保稅區(qū)開發(fā)股份有限公司 上海 200131

1 工程概況

1.1 基坑工程概況

背景工程位于上海浦東外高橋，基坑面積約為22 700 m2，開挖深度8.85～10.15 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ800 mm@1 000 mm鉆孔樁結(jié)合φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁止水帷幕。基坑西側(cè)有較多高壓鐵塔及架空線，高壓鐵塔距離基坑最近處為14 m，故需對(duì)鐵塔及架空線進(jìn)行針對(duì)性保護(hù)（圖1）。

圖1 基坑與高壓鐵塔關(guān)系示意

1.2 鐵塔基礎(chǔ)形式及保護(hù)要求

高壓鐵塔基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，埋深約1.9 m。由于其對(duì)沉降要求較為敏感，沉降限值為10 mm，傾斜速率限值為1/10 000H，累計(jì)值為5/1 000H（H為鐵塔高度）。

1.3 隔離樁形式初步選型分析

根據(jù)初步選型，分別采用以下2種隔離樁形式：

1）φ600 mm@1 500 mm鉆孔灌注樁隔離樁，樁間設(shè)置2根高壓旋噴樁，樁長20 m。

2）φ400 mm樹根樁隔離樁，樁長20 m，樹根樁呈拱形布置。由于其樁徑較小，單排剛度較小，故設(shè)置雙排，并設(shè)置成拱形，以利用空間效應(yīng)進(jìn)一步減小變形影響（圖2）。

圖2 雙排拱形樹根樁隔離樁平面示意

2 隔離樁有限元數(shù)值分析

2.1 分析模型及本構(gòu)模型

2.1.1 分析模型

計(jì)算采用平面有限元分析軟件plaxis，模型計(jì)算寬度為充分考慮工程的影響范圍，取基坑實(shí)際寬度1/2，深度取至堅(jiān)硬土層。土體采用HS模型，圍護(hù)樁采用梁單元模擬，圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)與土體之間接觸面采用彈塑性無厚度Goodman接觸面單元模擬其相互作用[1,2]。

2.1.2 邊界條件及計(jì)算簡化

對(duì)水平向及豎直向邊界分別施加水平向及豎直向約束，采用等三角形六節(jié)點(diǎn)平面單元模擬土體。通過“單元生死”模擬基坑開挖過程。

計(jì)算時(shí)作部分簡化：鐵塔4個(gè)基礎(chǔ)采用梁單元模擬，不考慮單個(gè)基礎(chǔ)間沉降不均勻的影響；支撐、圍護(hù)體與土體的變形一致，且剛度不受變形影響。

2.2 隔離樁隔離效果數(shù)值模擬分析

2.2.1 鉆孔樁隔離效果數(shù)值模擬分析

采用φ600 mm@1 500 mm鉆孔灌注樁隔離樁，樁間設(shè)置2根高壓旋噴樁，在基坑開挖至基底后，圍護(hù)樁變形25.13 mm，高壓塔近基坑處最大沉降9.07 mm，遠(yuǎn)端10.23 mm。

2.2.2 樹根樁隔離效果數(shù)值模擬分析

采用φ400 mm樹根樁隔離樁，在基坑開挖至基底后，圍護(hù)樁變形25.0 mm，高壓塔近基坑處最大沉降9 mm，遠(yuǎn)端10.16 mm。

2.3 隔離樁隔離效果對(duì)比分析

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果分析，鉆孔樁隔離樁方案采用大剛度的鉆孔樁進(jìn)行隔離，間距1.5 m布置，開挖至最后的圍護(hù)樁變形達(dá)到25.13 mm，鐵塔的最大變形為10.23 mm，傾斜率為0.046‰。

樹根樁隔離樁方案考慮到樹根樁剛度較小，采用呈拱形雙排密集布置的樹根樁，剛度上進(jìn)行了增強(qiáng)，開挖至最后的圍護(hù)樁變形達(dá)到25.0 mm，鐵塔的最大變形為10.16 mm，傾斜率為0.046‰。

可見，采用上述2種隔離樁方案對(duì)減少圍護(hù)體變形及鐵塔變形控制有一定的作用，能滿足鐵塔的沉降及傾斜保護(hù)要求。從兩者的效果而言，雙排拱形樹根樁對(duì)鐵塔的保護(hù)性能稍優(yōu)于鉆孔樁方案，但兩者相差不多，均在1%左右。

根據(jù)后續(xù)計(jì)算分析，當(dāng)鉆孔樁樁徑逐漸加大到一定程度后，對(duì)周邊環(huán)境的變形控制影響程度逐漸減弱。

3 鉆孔樁結(jié)合旋噴樁控制要點(diǎn)

由于鉆孔樁與旋噴樁在實(shí)施效果上相差不大，從經(jīng)濟(jì)方面，樹根樁較鉆孔樁方案貴40%，故而最終選擇采用鉆孔樁隔離樁結(jié)合旋噴樁方案。然而旋噴樁由于有一定的擠土效應(yīng)，故而在鐵塔旁進(jìn)行旋噴樁的施工需要有一定的控制要求。

為防止旋噴樁過大的壓力導(dǎo)致鐵塔變形，要求旋噴樁在其鄰近鉆孔樁隔離樁施工結(jié)束，并達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后方可施工，且采用間隔跳孔施工法，相鄰樁施工間隔不小于1.5 m或48 h，并在鐵塔側(cè)設(shè)置防擠溝槽。旋噴樁樁機(jī)建議采用錨桿鉆機(jī)，以防樁機(jī)高度對(duì)鐵塔造成影響。

4 工程監(jiān)測(cè)效果及分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，從隔離樁施工至結(jié)構(gòu)回填完成，高壓鐵塔最大沉降量為9.41 mm，其中在旋噴樁施工階段對(duì)鐵塔基礎(chǔ)有一定抬升，但抬升量較小，主要為旋噴施工階段施工單位連續(xù)施工旋噴樁，未遵守間隔施工的要求，在明確此要求后變形量逐漸趨于穩(wěn)定。

隔離樁樁體測(cè)斜最大值為8.99 mm，由監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，該鐵塔最大沉降被控制在10 mm以內(nèi)，與有限元分析結(jié)果基本吻合，由于鐵塔初期即有一定的差異沉降，故而最終鐵塔基礎(chǔ)間也存在一定的差異沉降，但其沉降差值與初期沉降相差不大[3,4]。

根據(jù)實(shí)踐表明，采用鉆孔結(jié)合旋噴隔離樁對(duì)控制基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境的影響有一定的作用，但需要嚴(yán)格控制旋噴樁的施工速度及節(jié)奏。

5 結(jié)語

通過鉆孔樁結(jié)合旋噴樁作為隔離樁的實(shí)施效果，可以得出以下結(jié)論[5]：

1）鉆孔結(jié)合旋噴隔離樁的實(shí)施效果與工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨勢(shì)一致，驗(yàn)證了鉆孔樁結(jié)合旋噴樁作為隔離樁在鄰近深基坑的淺基礎(chǔ)構(gòu)筑物保護(hù)中的良好作用。

2）當(dāng)隔離樁剛度達(dá)到一定程度后，對(duì)周邊環(huán)境的變形控制影響程度逐漸減弱。故而采用鉆孔樁作為隔離樁時(shí)，間隔可適當(dāng)加大；采用樹根樁時(shí)，由于剛度較小可采用雙排緊密排列的形式。

3）采用鉆孔樁作為隔離樁時(shí)，樁間可采用三重管旋噴樁進(jìn)行充填，加強(qiáng)隔斷效果。但需采用間隔施工的方法，以控制旋噴壓力對(duì)周邊土體的影響。

4）由于隔離樁的隔離效果與隔離樁的形式、剛度、間距、樁長、樁底嵌固效果、與保護(hù)對(duì)象間的間距等有關(guān)，故需要根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮工程安全性及經(jīng)濟(jì)性。