單排樁支撐體系在軟土地基超大深基坑支護(hù)中的應(yīng)用

蔡曉榮

1. 上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200080

上海地區(qū)是典型的沿海軟土地區(qū)，土壤松軟、水文復(fù)雜，地質(zhì)條件差。水泥土重力式圍護(hù)墻、內(nèi)撐式單排樁、地下連續(xù)墻是這一地區(qū)常用的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。其中，內(nèi)撐式單排樁支護(hù)體系因不侵越紅線、地層適應(yīng)力強(qiáng)、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。但內(nèi)撐式單排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在軟土地基超大深基坑中的應(yīng)用并不常見(jiàn)，并且內(nèi)撐式單排樁支護(hù)體系在施工過(guò)程中的受力、變形情況有待進(jìn)一步研究。

上海市普陀區(qū)真如城市副中心A5地塊超大深基坑工程采用內(nèi)撐式單排樁作為支護(hù)體系。通過(guò)整理分析基坑在施工過(guò)程中測(cè)得的支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑土體和周圍建筑的變形數(shù)據(jù)，研究其變形規(guī)律和影響因素。進(jìn)一步探討內(nèi)撐式單排樁支護(hù)體系在軟土地基超大深基坑施工中的適用性，以為軟土地基超大深基坑設(shè)計(jì)與施工提供參考。

1 工程概況

上海市普陀區(qū)真如城市副中心A5地塊規(guī)劃用地面積60 585 m2，其中地塊2期、3期地下室，2#、3#、4#塔樓及連廊總承包工程，占地面積34 000 m2，建筑面積215 000 m2，其中地下新建面積97 000 m2。

本工程設(shè)3層地下室，基坑開(kāi)挖深度15.877 m，局部開(kāi)挖深度達(dá)18.877 m，開(kāi)挖面積11 589 m2，周長(zhǎng)約475 m?；影踩燃?jí)一級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)二級(jí)。

基坑周圍建筑物密集，有多棟在建的高檔辦公樓和酒店，另有軌交11號(hào)線真如站、在建的軌交14號(hào)線和大量通信、水管等市政重要管線分布（圖1）。

圖1 工程鳥瞰效果圖

1.1 水文及工程地質(zhì)條件

該基坑所在地區(qū)屬濱海平原地貌類型，場(chǎng)地地形較為平坦，絕對(duì)高程為3.11～5.02 m。地下水主要有淺部土層中的潛水、部分地區(qū)淺部粉（砂）性土層中的微承壓水和深部粉性土、砂土層中的承壓水。基坑場(chǎng)地深度范圍內(nèi)的地基土主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成，一般具有成層分布特點(diǎn)。本工程施工影響范圍內(nèi)的土層由上及下依次為：①填土、②粉質(zhì)黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1黏土、⑤2粉砂、⑤3粉質(zhì)黏土、⑥粉質(zhì)黏土、⑦1粉砂、⑦2粉細(xì)砂。

本工程地質(zhì)屬軟土，軟土地基具有孔隙比大、天然含水量高、壓縮性強(qiáng)的特點(diǎn)，所以在基坑支護(hù)類型選擇、參數(shù)的設(shè)定以及應(yīng)急處理措施制訂等方面需更加謹(jǐn)慎。

1.2 基坑支護(hù)方案

該基坑采用單排鉆孔灌注柱圍護(hù)結(jié)構(gòu)，三軸攪拌樁止水，4道鋼筋混凝土支撐體系，局部第5道雙拼型鋼支撐（圖2）。

圖2 基坑支護(hù)平面布置

支護(hù)樁采用混凝土鉆孔灌注樁，樁徑有2種，分別為1 200、1 100 mm?；?xùn)|側(cè)采用φ1 200 mm鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為31 m；南側(cè)、北側(cè)則采用φ1 100 mm鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為31 m。西側(cè)（靠近地鐵）采用厚800 mm地下連續(xù)墻，墻深35 m（圖3）。止水體系采用單排φ850 mm@1 200 mm三軸水泥土攪拌樁（局部雙排），水泥摻量20%，止水帷幕與鉆孔灌注樁凈距200 mm，灌注樁間設(shè)厚100 mm鋼筋混凝土豎向密封板。

圖3 基坑典型剖面示意

基坑集水坑、電梯坑、落低承臺(tái)等區(qū)域采用φ800 mm@600 mm高壓旋噴樁進(jìn)行坑底加固。高壓旋噴樁采用P.O 42.5級(jí)新鮮普通硅酸鹽水泥，水泥摻量30%。

1.3 基坑監(jiān)測(cè)方案

為確?；影踩议_(kāi)挖順利，在基坑施工區(qū)域內(nèi)外布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)基坑及周圍路面和建筑物進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力及變形分析是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析的重點(diǎn)，是其他變形產(chǎn)生的根源。本文針對(duì)監(jiān)測(cè)方案中的支撐軸力以及圍護(hù)樁變形進(jìn)行著重分析，并從第2層土方開(kāi)始開(kāi)挖至第6層土方開(kāi)挖結(jié)束5個(gè)階段展開(kāi)闡述（表1）。

2 基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2.1 支撐軸力監(jiān)測(cè)結(jié)果

對(duì)于支撐軸力的監(jiān)測(cè)，根據(jù)支撐不同方向及支撐點(diǎn)位置的不同，特別選取8個(gè)點(diǎn)位（圖4）進(jìn)行支撐軸力的分析。第1道支撐監(jiān)測(cè)警戒值為6 000 kN，第2道支撐監(jiān)測(cè)警戒值為8 000 kN，第3道支撐監(jiān)測(cè)警戒值為9 500 kN，第4道支撐監(jiān)測(cè)警戒值為8 000 kN。

表1 監(jiān)測(cè)工況

圖4 支撐軸力監(jiān)測(cè)代表點(diǎn)

基坑工程開(kāi)挖過(guò)程中，根據(jù)第1～4道混凝土支撐軸力監(jiān)測(cè)結(jié)果（圖5）可知，第3道支撐軸力較其他3道支撐的受力情況都較大，且每道支撐受力都會(huì)隨著每層土方開(kāi)挖過(guò)程呈不同程度的增大。每道支撐都在基坑開(kāi)挖結(jié)束之后，及大底板鋼筋基本綁扎完成之后，受力趨于平穩(wěn)狀態(tài)。第1道支撐軸力受力較大方向?yàn)榫匦位拥亩踢叿较?；?道支撐軸力受力較大方向介于短邊受力向長(zhǎng)邊受力的轉(zhuǎn)換階段；第3、第4道支撐軸力受力較大方向?yàn)榫匦位拥拈L(zhǎng)邊方向。其比較吻合基坑開(kāi)挖過(guò)程中的時(shí)空效應(yīng)理論。

2.2 圍護(hù)樁變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

本節(jié)主要針對(duì)單排樁側(cè)向變形監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。由于基坑北側(cè)為鉆孔灌注樁中隔墻，不具有代表性，西側(cè)為地下連續(xù)墻，南側(cè)為銅川路、東側(cè)為禮尚路，施工車輛及社會(huì)車輛主要從這2條路經(jīng)過(guò)，所以主要取5個(gè)代表點(diǎn)進(jìn)行變形分析（圖6）。

根據(jù)圍護(hù)樁側(cè)移變形（圖7）可知，圍護(hù)樁側(cè)向位移隨著基坑土體的開(kāi)挖逐漸增加，圍護(hù)樁CX13側(cè)向位移最大值出現(xiàn)在第4層土開(kāi)挖完成后，圍護(hù)樁CX14、CX16、CX18、CX20側(cè)向位移最大值均出現(xiàn)在第6層土開(kāi)挖完成之后。

本次基坑圍護(hù)選用單排樁加內(nèi)支撐作為支護(hù)體系，其圍護(hù)樁的側(cè)向位移在第6層土開(kāi)挖完成之后還沒(méi)達(dá)到70 mm，主要原因是由于單排樁圍護(hù)墻首次在軟土地基挖深達(dá)到18 m的深基坑中應(yīng)用，無(wú)論是設(shè)計(jì)單位還是施工單位，對(duì)基坑的加固措施都相當(dāng)投入，在原有加固措施上，施工單位施工時(shí)還在基坑內(nèi)側(cè)增加高壓旋噴樁坑底加固，但是相對(duì)于采用地下連續(xù)墻作為圍護(hù)，其經(jīng)濟(jì)性要高很多。

圖5 支撐軸力監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖6 圍護(hù)樁基坑監(jiān)測(cè)代表點(diǎn)

圖7 單排樁各測(cè)點(diǎn)在各個(gè)工況下的側(cè)移

2.3 立柱沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果

本節(jié)主要針對(duì)立柱豎向變形監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。由于基坑呈矩形范圍較廣，在基坑范圍內(nèi)各個(gè)區(qū)域選取立柱監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行變形分析，所以主要取13個(gè)代表點(diǎn)進(jìn)行變形分析（圖8）。

從立柱沉降結(jié)果（圖9）可以得出，在基坑開(kāi)挖過(guò)程當(dāng)中隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，立柱的累積沉降不斷增大。在基坑第6層土方開(kāi)挖結(jié)束之后，立柱沉降趨于平穩(wěn)。從圖中可以明顯看出立柱LZ51的豎向變形最大達(dá)到了82.6 mm，其次為立柱LZ54的豎向變形。這2個(gè)立柱位于基坑中部位置，說(shuō)明了坑底隆起在基坑的中部位置較為嚴(yán)重。立柱LZ65的豎向變形較其他立柱變形幅度較小，其位置位于基坑的邊側(cè)。

圖8 立柱沉降監(jiān)測(cè)代表點(diǎn)

圖9 立柱沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

單排樁＋混凝土內(nèi)支撐＋止水帷幕＋高壓旋噴樁加固的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式在軟土地基超深基坑開(kāi)挖工程中是可行的，且經(jīng)濟(jì)性要高于地下連續(xù)墻＋內(nèi)支撐支護(hù)體系。采用單排樁＋混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)，可降低支護(hù)樁造價(jià)，便于基坑開(kāi)挖。

基坑變形監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算模型和實(shí)際工作工況相吻合，工程實(shí)踐驗(yàn)證了設(shè)計(jì)理論的正確性和可靠性。根據(jù)立柱沉降分析可得出，在相同的工況下，基坑邊側(cè)的豎向位移小于基坑中部位置的變形位移，印證了基本變形的空間效應(yīng)。

由于鋼筋混凝土支撐承受圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，施工中應(yīng)保證混凝土支撐連續(xù)澆筑，注重各支撐梁與桁架斜梁的結(jié)合質(zhì)量。

上海真如副中心單排樁＋混凝土內(nèi)支撐＋止水帷幕＋高壓旋噴樁加固的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的成功應(yīng)用，確保了基坑周圍建筑物、道路和地下管線的安全，取得了一定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，為今后在軟土地基進(jìn)行深基坑工程施工積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。