基于鉆孔灌注樁設(shè)計技術(shù)的深基坑支護結(jié)構(gòu)研究

　　關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁，深基坑支護

 

　　深基坑工程是當(dāng)前很受人關(guān)注的巖土工程熱點，也是技術(shù)復(fù)雜、綜合性很強的難點。深基坑工程的費用在整個工程成本中占有很大的比例，因此，如何選擇合適的支護型式以及合理的設(shè)計參數(shù)是深基坑工程的關(guān)鍵。鉆孔灌注樁施工具有無噪聲、無振動、無擠土的優(yōu)點,對周圍環(huán)境影響小。其作為基坑的圍護結(jié)構(gòu)剛度大、抗彎能力強、變形相對較小,支護的穩(wěn)定性好。

 

　　1.1　工程概況

　　該站位于大興中路和小壩東路相交的十字路口下,是地鐵二號線和三號線的換乘站,兩線車站成“丁”形換乘方案。三號線主體工程和二號線同期施工。二號線車站主體結(jié)構(gòu)基坑長度209.6m,標(biāo)準(zhǔn)段寬21.5m,基坑深度17.11m,呈東西走向。三號線部分主體結(jié)構(gòu)基坑長度145.65m(含換乘節(jié)點),標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度21.7m,深23.16m,呈南北走向。

　　1.2　圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工

　　綜合考慮以上情況,本站的基坑支護設(shè)計方案采用鉆孔灌注樁加樁間高壓旋噴樁。鉆孔灌注樁作為結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件,二號線鉆孔灌注樁直徑1000mm,樁間距為1300mm,樁長21m三號線鉆孔灌注樁直徑采用1200mm,樁間距為1600mm,樁長30m。二號、三號線排樁布置大樣圖分別見圖1,圖2。鉆孔樁應(yīng)采用隔樁施工,在相鄰樁混凝土達到70%的設(shè)計強度后,方可成孔施工。采用FRD22D型旋挖鉆機進行施工,主要的施工流程如下:

　　1)抄平放線,定樁位。樁位以線路中心為準(zhǔn),允許誤差為:縱向±100mm,橫向±50mm。2)埋設(shè)護筒。護筒埋深為2m。3)成孔。鉆孔過程中必須保證孔徑、孔壁穩(wěn)定和沉淤等指標(biāo)滿足設(shè)計要求,垂直度允許偏差為1%。4)第一次清孔。測得孔深及淤泥深度,并進行清孔。5)下鋼筋籠。清孔完畢后,立即下吊鋼筋籠。鋼筋籠要露出樁頂標(biāo)高750mm,制作允許偏差:主筋間距±10mm,箍筋間距±20mm,鋼筋籠直徑±10mm,鋼筋籠長度±50mm。6)第二次清孔。清孔后須保證沉渣厚度不大于100mm,泥漿比重必須在1.1g/cm3~1.3g/cm3間,粘度在18s~20s之間,含砂率為4%~8%。7)灌注水下混凝土。灌注混凝土必須連續(xù)施工,注漿導(dǎo)管應(yīng)埋入混凝土面2m~3m,嚴(yán)禁導(dǎo)管提出混凝土面。由于樁頂混凝土與泥漿混雜,質(zhì)量受到影響,混凝土實際灌注量應(yīng)比設(shè)計樁頂標(biāo)高高出500mm。8)鉆機移位。

 

　　樁間設(shè)計采用雙重管旋噴樁樁間止水,由于噴射直徑和質(zhì)量受土質(zhì)組成復(fù)雜程度、漿液稠度、噴漿壓力的大小及注漿管提升速度等影響,在充分考慮各種不利因素和機械設(shè)備可能的條件下,設(shè)計噴射直徑為600mm。旋噴樁的施工過程大致如下:1)樁架定位及保證垂直度。旋噴機樁架到達指定樁位,對中。施工時樁位偏差應(yīng)小于5cm,樁的垂直度偏差不超過1%。2)噴水?dāng)嚢柘鲁�。待旋噴機的冷卻水循環(huán)正常后,啟動旋噴機電動機,使旋噴機沿導(dǎo)向架噴水切土下沉,邊噴水、邊旋轉(zhuǎn),噴水壓力為10MPa,旋轉(zhuǎn)速度為15r/min。3)制備水泥漿。按設(shè)計要求,拌制配合比為水泥∶水=1∶1的水泥漿,水泥采用425號普通硅酸鹽水泥,并在壓漿前將水泥漿除渣后注入集料斗中。4)旋噴漿液提升。鉆桿下沉到設(shè)計深度后,開啟灰漿泵將水泥漿壓入地基土中,并且邊噴漿、邊旋轉(zhuǎn),同時嚴(yán)格按照設(shè)計確定的提升速度提升噴頭,設(shè)計高壓噴漿壓力為28MPa,旋轉(zhuǎn)速度為15r/min,提升速度為15cm/min。5)移位。待噴嘴提升至設(shè)計加固深度的頂面標(biāo)高后,樁架移至下一個樁位施工。

 

　　2．1　圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　2．1．1　圍護結(jié)構(gòu)選擇

　　根據(jù)結(jié)構(gòu)的特性、場地情況、周圍環(huán)境、基坑深度、寬度、工期安排、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)狀況，對圍護結(jié)構(gòu)進行比較選擇。對于含水的軟黏土、流砂地層一般采用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)；對于水位不高，或允許大面積降水的黏性土層，可采用人工挖孔或鉆孔灌注樁；對于水位較高，且不允許大面積降水的粘性砂土層，可采用鉆孔樁+旋噴樁的圍護型式；對于自穩(wěn)性較好的軟巖地層或弱風(fēng)化巖層，可以采用噴錨支護或土釘墻技術(shù)。為降低成本，設(shè)計時，可根據(jù)具體工況，選擇一到兩種圍護結(jié)構(gòu)。

　　2．1．2　荷載確定

　　圍護結(jié)構(gòu)的荷載一般有地面超壓、水土壓力。

　　1)地面超壓一般按20kpa計，當(dāng)基坑邊沿有建筑物或特殊荷載(如塔吊基礎(chǔ)等)時需按實際荷載計算。

　　2)水土壓力:在施工階段，黏性土層或坑內(nèi)外均進行降水的砂性土層按水土合算，僅坑內(nèi)降水的砂性土層按水土分算；在使用階段，為永久結(jié)構(gòu)的安全，不論砂性土層還是黏性土層，均宜按水土分算考慮。

　　2．1．3　圍護結(jié)構(gòu)計算方法

　　1)彈塑性有限元法:將結(jié)構(gòu)與地層作為一相互作用體，通過理論假定確定地層的本構(gòu)關(guān)系及地層與結(jié)構(gòu)界面的作用模式，按照施工過程逐步模擬地層與結(jié)構(gòu)的作用機理，確定結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形的變化及周圍土層的力學(xué)機理及變位。目前采用的計算模型主要有理想彈塑性模型、黏彈性模型、鄧肯-張非線性模型等。通用的計算程序有ANSYS程序、2D-σ、3D-σ程序及同濟曙光程序等。由于圍巖性質(zhì)極其復(fù)雜，很難用一種單一的模型進行模擬，加之地層應(yīng)力的釋放過程與開挖方式、開挖過程、支撐形式支撐剛度等有著密切的聯(lián)系，使計算過程中的一些參數(shù)難于確定，最后導(dǎo)致計算結(jié)果難于反應(yīng)真實的受力情況。因此這種計算方法一般用于定性分析或同一工況下的施工方式比選。

　　2)桿件有限元法:已知基坑面以上的結(jié)構(gòu)荷載，用彈簧模擬基坑以下地層與結(jié)構(gòu)的相互作用，以梁(板)單元模擬結(jié)構(gòu)，隨施工的不同階段按增量法或總量法對受力結(jié)構(gòu)進行計算。目前多采用SAP84程序、理正深基坑計算程序、同濟啟明星計算程序等。

　　3)理論假定簡化法:如假想支點法、等值梁法、m法等。目前設(shè)計中，以桿件有限元法應(yīng)用較為普遍，計算結(jié)果或計算精度較為接近實際。

　　2．1．4　圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　根據(jù)結(jié)構(gòu)受力結(jié)果，依照相應(yīng)的規(guī)范按結(jié)構(gòu)的重要性強度、剛度、穩(wěn)定性、變位及構(gòu)造要求進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，在滿足上述條件下盡量做到經(jīng)濟合理、便于施工。

　　2．2　支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　2．2．1　支撐結(jié)構(gòu)選擇

　　首先根據(jù)地層條件、地下管線、基坑尺寸、施工要求確定錨拉式或內(nèi)撐式支撐方式。對于內(nèi)撐式結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)材料情況、施加預(yù)應(yīng)力方式來確定支撐結(jié)構(gòu)材料。

　　2．2．2　撐結(jié)構(gòu)計算

　　1)錨桿計算:錨桿承載力主要由拉桿的極限抗拉強度、拉桿與錨固體之間的極限握裹力、錨固體與土體之間的極限抗拔力確定。一般在軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖層和土層中錨桿的極限抗拉強度、錨桿孔壁與砂漿的摩阻力均低于砂漿對鋼拉桿的握裹力，錨桿極限抗拔力受孔壁摩阻力的控制，即取決于沿接觸面外圍軟質(zhì)巖和土層的抗剪強度，故錨桿的極限抗拔力可按下式計算:

　　式中，Tu為土層錨桿的極限抗拔力；F為錨固體周圍表面的總摩阻力；Q為錨固體受壓面的總抗壓力；D1為錨固體直徑；D2為錨固體擴孔部分的直徑；τy為深度y處錨固體與土體單位面積上的抗剪強度(摩阻力)；q為錨固體擴孔部分土體的抗壓強度；A為錨固體擴孔部分土體的抗壓面積；y1-y2、y2-y3分別為錨固體非擴孔部分長度和擴孔部分長度。免費論文參考網(wǎng)。臨時性錨桿抗拔力的設(shè)計值為！Tu除以1.3~1.5，永久性錨桿的設(shè)計值為Tu除以2~2.5。

　　2)內(nèi)支撐計算:根據(jù)偏心受壓構(gòu)件的強度、平面內(nèi)及平面外的穩(wěn)定性進行結(jié)構(gòu)計算，除豎向荷載(支撐自重和支撐頂面的施工活荷載等)產(chǎn)生的偏心彎距外，同時要考慮支撐安裝誤差造成的偏心影響，其偏心距可考慮支撐計算長度的1/1000。

 

　　基坑支護型式需綜合考慮基坑周邊環(huán)境、造價、技術(shù)上的可靠性等措施。一般而言，在滿足基坑穩(wěn)定和周圍環(huán)境對基坑變形要求的前提下，盡量選用造價低的支護結(jié)構(gòu)型式，忌盲目提高基坑變形控制標(biāo)準(zhǔn)，而選擇造價昂貴的支護型式，造成不必要的浪費。

 

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