鉆孔結合旋噴隔離樁在緊鄰高壓鐵塔的深基坑工程中的應用

上海外高橋保稅區開發股份有限公司 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，圍護結構采用φ800 mm@1 000 mm鉆孔樁結合φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁止水帷幕。基坑西側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，故需對鐵塔及架空線進行針對性保護（圖1）。

圖1 基坑與高壓鐵塔關系示意

1.2 鐵塔基礎形式及保護要求

高壓鐵塔基礎采用獨立基礎，埋深約1.9 m。由于其對沉降要求較為敏感，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，故設置雙排，并設置成拱形，以利用空間效應進一步減小變形影響（圖2）。

圖2 雙排拱形樹根樁隔離樁平面示意

2 隔離樁有限元數值分析

2.1 分析模型及本構模型

2.1.1 分析模型

計算采用平面有限元分析軟件plaxis，模型計算寬度為充分考慮工程的影響范圍，取基坑實際寬度1/2，深度取至堅硬土層。土體采用HS模型，圍護樁采用梁單元模擬，圍護樁結構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 邊界條件及計算簡化

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

計算時作部分簡化：鐵塔4個基礎采用梁單元模擬，不考慮單個基礎間沉降不均勻的影響；支撐、圍護體與土體的變形一致，且剛度不受變形影響。

2.2 隔離樁隔離效果數值模擬分析

2.2.1 鉆孔樁隔離效果數值模擬分析

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

2.2.2 樹根樁隔離效果數值模擬分析

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

2.3 隔離樁隔離效果對比分析

根據上述計算結果分析，鉆孔樁隔離樁方案采用大剛度的鉆孔樁進行隔離，間距1.5 m布置，開挖至最后的圍護樁變形達到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，剛度上進行了增強，開挖至最后的圍護樁變形達到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種隔離樁方案對減少圍護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要求。從兩者的效果而言，雙排拱形樹根樁對鐵塔的保護性能稍優于鉆孔樁方案，但兩者相差不多，均在1%左右。

根據后續計算分析，當鉆孔樁樁徑逐漸加大到一定程度后，對周邊環境的變形控制影響程度逐漸減弱。

3 鉆孔樁結合旋噴樁控制要點

由于鉆孔樁與旋噴樁在實施效果上相差不大，從經濟方面，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合旋噴樁方案。然而旋噴樁由于有一定的擠土效應，故而在鐵塔旁進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致鐵塔變形，要求旋噴樁在其鄰近鉆孔樁隔離樁施工結束，并達到設計要求強度后方可施工，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，并在鐵塔側設置防擠溝槽。旋噴樁樁機建議采用錨桿鉆機，以防樁機高度對鐵塔造成影響。

4 工程監測效果及分析

根據監測結果，從隔離樁施工至結構回填完成，高壓鐵塔最大沉降量為9.41 mm，其中在旋噴樁施工階段對鐵塔基礎有一定抬升，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定。

隔離樁樁體測斜最大值為8.99 mm，由監測結果可以看出，該鐵塔最大沉降被控制在10 mm以內，與有限元分析結果基本吻合，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]。

根據實踐表明，采用鉆孔結合旋噴隔離樁對控制基坑開挖對周邊環境的影響有一定的作用，但需要嚴格控制旋噴樁的施工速度及節奏。

5 結語

通過鉆孔樁結合旋噴樁作為隔離樁的實施效果，可以得出以下結論[5]：

1）鉆孔結合旋噴隔離樁的實施效果與工程監測數據趨勢一致，驗證了鉆孔樁結合旋噴樁作為隔離樁在鄰近深基坑的淺基礎構筑物保護中的良好作用。

2）當隔離樁剛度達到一定程度后，對周邊環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，間隔可適當加大；采用樹根樁時，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，樁間可采用三重管旋噴樁進行充填，加強隔斷效果。但需采用間隔施工的方法，以控制旋噴壓力對周邊土體的影響。

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、與保護對象間的間距等有關，故需要根據實際情況綜合考慮工程安全性及經濟性。