預制H型混凝土板樁在軟土地區深大基坑中的應用★

魏 祥

(上海申元巖土工程有限公司,上海 200011)

上海軟土地區地下2層基坑通常采用板式支護體系,其中,圍護結構一般可以選用SMW工法(型鋼水泥土攪拌墻)[1-4]、鉆孔灌注樁排樁結合外排止水帷幕[5-8]等。其中,SMW工法因型鋼可回收,經濟性好,但其相比大直徑鉆孔灌注樁排樁剛度偏低,因此不適用于周邊環境復雜的深基坑;灌注樁排樁+止水帷幕(通常采用雙軸或三軸攪拌樁)因其工藝成熟、控制變形效果可靠,因而應用廣泛,但其現場施工效率較低,且在施工過程中會產生大量泥漿,環境污染嚴重。為此,近年來相繼推出了綠色高效的五軸水泥土攪拌樁[9-12]、預制拼裝式鋼筋混凝土板樁等新型圍護結構[13-14]。

本文以天安豪園二期C區項目為例,介紹五軸攪拌樁內插預制H型混凝土板樁在上海軟土地區地下二層基坑中的應用,結合監測數據對其變形控制效果進行分析。

1 工程概況

1.1 基坑概況

天安豪園二期C區項目位于上海市閔行區七寶鎮,北至蒲匯塘,東鄰上海交通投資(集團)有限公司,南鄰上海市公用事業學校漕寶校區。項目建設用地面積36 903 m2,總建筑面積125 492 m2,其中地上建筑面積79 753 m2,地下建筑面積45 739 m2。項目由11幢高層住宅樓及若干一層商業、物業管理用房等組成,設置一層—二層地下車庫。基坑總開挖面積3.01萬m2,圍護外周長961 m,其中,北區地下二層區域基坑開挖面積1.86萬m2,圍護外周長615 m,普遍挖深8.85 m～9.45 m,局部落深1.4 m～3 m,基坑安全等級二級;南區地下一層區域基坑開挖面積1.15萬m2,圍護外周長346 m,普遍挖深5.2 m～5.8 m,基坑安全等級三級。

1.2 基坑周邊環境情況

基坑北側開挖邊線距離用地紅線8.1 m,紅線外14 m 為蒲匯塘河道藍線,河道寬27 m;河道藍線與用地紅線間污水總管(DN600)距離基坑開挖邊線17.6 m。基坑東側開挖邊線距離用地紅線3.5 m～11.2 m,紅線外為上海交通投資(集團)有限公司兩棟一層建筑,距離基坑開挖邊線9.7 m～11 m。基坑南側開挖邊線距離用地紅線9.6 m,紅線外為上海市公用事業學校漕寶校區。基坑西側為天安豪園二期B區后建場地(空地)。基坑環境保護等級定為三級。

1.3 場地工程地質條件

擬建場區屬于上海地區“濱海平原”地貌類型。場地整體平整,自地表至65 m深度范圍內所揭露的土層主要由軟弱黏性土、粉土及砂土組成,土層設計參數詳見表1。場地北部有②3層分布,南部②3層缺失。

場地局部分布有老舊建筑基礎,南部建筑垃圾堆積高度1.0 m～6.0 m,中部、南部區域分布有暗浜。

勘探期間實測場地淺部土層中的潛水穩定水位埋深0.4 m～2.05 m,平均穩定水位埋深0.82 m。本場地第⑦層為承壓含水層,按照上海市最不利承壓水頭埋深3 m計算,本工程基坑無突涌風險。

2 基坑支護設計

2.1 支護結構選型

本項目基坑開挖面積較大,宜合理安排施工順序,分塊施工。根據建設單位開發進度要求,本基坑先施工南區地下一層區域,待南區地下室完成后再施工北區地下二層區域。

表1 土層設計參數表

綜合考慮基坑開挖面積、深度、周邊環境保護要求,結合場地工程地質條件,南區地下一層基坑外圍采用放坡+重力壩圍護,北區地下二層基坑外圍采用φ950@600 mm五軸水泥土攪拌樁內插預制H型混凝土板樁(850B型,截面高度850 mm)+兩道鋼筋混凝土水平支撐的支護形式。其中,北區普遍區域挖深8.85 m～9.45 m,H型板樁采用插二跳一(平均間距0.9 m),板樁長度19 m～20 m,攪拌樁有效長度20 m;局部落深區域挖深10.25 m～11.15 m,H型板樁采用密插(間距0.6 m),板樁長度23 m。根據H型板樁嵌入深度,五軸水泥土攪拌樁有效長度采用20 m～23 m,水泥摻量20%。北區地下二層基坑典型支護剖面詳見圖1,基坑首道支撐平面布置詳見圖2。

地下一層與地下二層高差區域采用φ850@600 mm五軸攪拌樁內插H型板樁(650B型,截面高度650 mm)+一道混凝土水平支撐。普遍區域H型板樁采用插一跳一(平均間距1.2 m),板樁長度11.5 m,攪拌樁有效長度13 m;局部落深區域H型板樁采用插二跳一(平均間距0.9 m),板樁及攪拌樁的有效長度均為15 m。

2.2 圍護設計參數

本項目基坑圍護結構主要采用預制H型混凝土板樁形式,為方便對本項目基坑圍護設計的理解以及對今后類似項目的設計使用,現將預制H型混凝土板樁的材料、截面設計參數與傳統的圍護形式(鉆孔灌注樁排樁、SMW工法型鋼)相互對照,列入表2—表4。

表2 圍護結構材料、截面設計參數表

表3 H板樁(650B)抗彎剛度表

表4 H板樁(850B)抗彎剛度

2.3 圍護計算結果

采用同濟啟明星深基坑支擋結構設計軟件(規范算法)計算不同土層條件下北區地下二層基坑的圍護結構側向變形及內力(每延米彎矩、剪力)。圖3和圖4分別為北區地下二層基坑普遍挖深區域有②3層分布區和無②3層分布區的計算結果,其中圍護結構最大側向變形18.2 mm～23.7 mm(0.19%H～0.25%H,H為基坑普遍挖深)。

3 基坑圍護施工

3.1 圍護施工要點

五軸攪拌樁內插預制H型混凝土板樁工法,首先在五軸攪拌機械施工過程中注入固化劑后,利用鉆桿驅動攪拌頁片,將土體和固化劑在原位進行充分拌合,使水泥加固土發生物理化學反應,從而增加土體強度。預制H型板樁在攪拌樁施工結束后30 min內插入,水泥土硬結后,形成一道具有一定強度和剛度、連續完整的墻體。強制攪拌式五軸攪拌樁既可作為止水帷幕,也便于預制H型構件的植入。強制攪拌式五軸攪拌樁與預制H型構件共同形成既能止水又能承受側向荷載的新型擋土結構。

3.2 基坑施工節點

北區地下二層基坑自2021年7月18日開始第二層土方開挖,至2022年6月13日完成地下室結構施工。其中,各主要工況的實施時間詳見表5。

4 基坑監測分析

北區地下二層基坑西、北、東三側在不同工況下的圍護結構側向位移監測結果詳見圖5。第二層土方開挖期間,圍護最大側移7.88 mm～16.17 mm,日增量0.17 mm～0.36 mm;基坑開挖到底時,圍護最大側移21.11 mm～28.91 mm,第二道支撐施工及第三層土方開挖期間日增量約0.23 mm;底板施工完成時,圍護最大側移27.45 mm～32.95 mm(0.29%H～0.35%H),底板施工期間日增量0.2 mm～0.32 mm;地下結構施工完成時,圍護最大側移29.39 mm～42.36 mm(0.31%H～0.45%H),底板施工完成后日增量0.01 mm～0.045 mm。底板施工前,尤其各層土方開挖期間,圍護側移增量顯著(平均日增量0.25 mm);底板施工完成后,圍護側移趨于穩定(平均日增量小于0.05 mm)。由于北區基坑規模較大,施工時間較長(底板完成后繼續施工7個月),地下室施工完成時,圍護累計監測最大側移大于軟件計算結果;各邊圍護最大側移發生在坑底附近,與計算結果一致。基坑施工期間,圍護結構頂部最大位移38 mm,南區地下一層結構最大位移3.6 mm,周邊管線最大沉降24.3 mm,支護結構及周邊環境均處于安全穩定狀態。

表5 基坑主要工況實施時間

5 結論

綜合考慮上海天安豪園C區項目基坑開挖面積、深度、周邊環境保護要求,結合場地工程地質條件,北區地下二層基坑外圍采用五軸水泥土攪拌樁內插預制H型混凝土板樁+兩道鋼筋混凝土水平支撐的支護形式。將預制H型板樁的材料、截面設計參數與傳統的圍護形式相互對照,并闡述H型板樁的施工要點,為今后類似項目的設計提供參考。采用規范算法預測北區基坑的圍護結構側向變形及內力,并與現場監測數據進行對比分析,結果表明,底板施工前,尤其各層土方開挖期間,圍護側移增量顯著;底板施工完成后,圍護側移趨于穩定。基坑施工期間,支護結構及周邊環境均處于安全穩定狀態,從而驗證H型板樁圍護的有效性。