深厚軟土地區(qū)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加固
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［摘要］在深厚軟土基坑工程中，常采用雙排樁支護(hù)方式。結(jié)合相關(guān)工程的設(shè)計(jì)與加固處理方式，從增加被動(dòng)土壓力、減小主動(dòng)土壓力、增設(shè)支點(diǎn)、加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)等角度出發(fā)，總結(jié)了深厚軟土地區(qū)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的加固處理措施，為今后雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與加固提供參考。
［關(guān)鍵詞］深厚軟土；雙排樁；加固措施；設(shè)計(jì)
前言
在沿河或沿海地區(qū)的水利、建筑工程，如水閘、海堤加固、河道整治等項(xiàng)目，通常會(huì)遇到深厚的淤泥或淤泥質(zhì)土地層。而這類軟土地層具有高含水率、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性大、承載能力低、高流變性等特點(diǎn)，對(duì)主體結(jié)構(gòu)的基坑開(kāi)挖與支護(hù)提出較大的挑戰(zhàn)。另外，受場(chǎng)地范圍、基坑內(nèi)無(wú)法設(shè)置對(duì)撐等因素的限制，在該類地質(zhì)條件下通常選取雙排樁支護(hù)方式。因此，為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理并采用針對(duì)性的措施以保證基坑安全具有重要意義。本文根據(jù)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并結(jié)合實(shí)際工程案例，總結(jié)和探討了深厚軟土地區(qū)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的加固處理措施。
1增加被動(dòng)土壓力
根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）［1］第4.12.5條關(guān)于雙排樁抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算公式，隨著被動(dòng)土壓力的增加，基坑的嵌固穩(wěn)定性將逐漸提高。相關(guān)研究結(jié)果也表明，增加被動(dòng)土壓力可提高基坑穩(wěn)定性，減小雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形及內(nèi)力［2］。工程中常采用基坑內(nèi)反壓土臺(tái)、加固基坑內(nèi)被動(dòng)土體等方式增加被動(dòng)土壓力。
1.1基坑內(nèi)反壓土臺(tái)
基坑內(nèi)反壓土臺(tái)加固措施是深基坑搶險(xiǎn)中最常用、最有效的措施之一。反壓土臺(tái)相當(dāng)于減小基坑開(kāi)挖深度，既增加了基坑被動(dòng)土壓力，同時(shí)也提高了基坑穩(wěn)定性。當(dāng)險(xiǎn)情較嚴(yán)重時(shí)，也可在基坑內(nèi)側(cè)回填素混凝土。基坑內(nèi)反壓土臺(tái)也常用于深厚軟土地區(qū)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的加固處理，基坑內(nèi)反壓土臺(tái)示意圖見(jiàn)圖1。
1.2加固基坑內(nèi)被動(dòng)土體
被動(dòng)土體加固方式有水泥攪拌加固、旋噴注漿加固、鋼花管注漿加固等，不管采用何種加固方式，需綜合考慮施工條件、場(chǎng)地地質(zhì)情況、周邊環(huán)境、基坑開(kāi)挖深度等因素。目前加固材料主要以水泥漿為主，通過(guò)水泥漿改善土體彈性模量、黏聚力、內(nèi)摩擦角等力學(xué)指標(biāo)，提高基坑被動(dòng)土壓力。實(shí)踐證明，被動(dòng)土體加固可顯著提高深厚軟土基坑中雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如中山某項(xiàng)目基坑位于深厚淤泥地層，基坑采用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，該基坑開(kāi)挖至坑底時(shí)最大位移為17.56mm，變形未超設(shè)計(jì)控制值。開(kāi)挖至坑底后的第二天，由于基坑內(nèi)出土車道出現(xiàn)滑坡，導(dǎo)致基坑內(nèi)工程樁出現(xiàn)不同程度偏移，引起基坑內(nèi)淤泥土層擾動(dòng)?；觾?nèi)被動(dòng)土受到擾動(dòng)導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度指標(biāo)急劇降低，出現(xiàn)滑坡第二天，監(jiān)測(cè)位移變化最大點(diǎn)一天增量為36.19mm，遠(yuǎn)超每天變形發(fā)展速率不超過(guò)3mm的設(shè)計(jì)要求。出現(xiàn)險(xiǎn)情后立即在基坑內(nèi)進(jìn)行反壓土回填，隨后基坑變形趨于穩(wěn)定。后期再對(duì)靠近基坑邊的淤泥采用旋噴樁加固（見(jiàn)圖2），加固后開(kāi)挖反壓土臺(tái)，基坑變形仍保持穩(wěn)定，該加固措施有效控制了基坑的變形，防止了支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，險(xiǎn)情得到控制。
2減小主動(dòng)土壓力
根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）［1］第4.12.5條關(guān)于雙排樁抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算公式，基坑外側(cè)主動(dòng)土壓力位于分母，隨著主動(dòng)土壓力的減小，基坑的嵌固穩(wěn)定性相應(yīng)提高。因此減少主動(dòng)區(qū)土壓力同樣能提高基坑穩(wěn)定性。常用的減少主動(dòng)土壓力方式有卸載坑頂土方、加固基坑外側(cè)主動(dòng)土體等。
2.1卸載坑頂土方
卸載坑頂土方同樣為深基坑搶險(xiǎn)過(guò)程中最常用最有效的措施之一，見(jiàn)圖3，坑頂卸載相當(dāng)于減少基坑開(kāi)挖深度，從而達(dá)到減小主動(dòng)土壓力，提高基坑穩(wěn)定性的目的。但坑頂卸載對(duì)基坑周邊環(huán)境有一定要求，只有當(dāng)基坑頂部比較空曠，無(wú)重要建（構(gòu)）筑物、管線等情況才能實(shí)施，且在實(shí)施過(guò)程中一般需先對(duì)基坑內(nèi)部進(jìn)行反壓土臺(tái)，以確保施工機(jī)械在坑頂施工的安全。
2.2加固基坑外側(cè)主動(dòng)土體
在深厚軟土雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一般很少會(huì)考慮基坑外側(cè)主動(dòng)區(qū)加固，當(dāng)基坑支護(hù)出現(xiàn)險(xiǎn)情后，最開(kāi)始的處理方案一般為基坑內(nèi)進(jìn)行反壓回填，但反壓土臺(tái)只能作為臨時(shí)搶險(xiǎn)措施，后期需要挖除。見(jiàn)圖4，待完成反壓土臺(tái)回填且基坑變形趨于穩(wěn)定后，可對(duì)主動(dòng)土體進(jìn)行加固，主動(dòng)土加固后再開(kāi)挖反壓土臺(tái)。主動(dòng)土加固范圍可根據(jù)軟土厚度、基坑開(kāi)挖深度、周邊環(huán)境等確定。常用的主動(dòng)土體加固方法與被動(dòng)區(qū)加固方法一致，通過(guò)土體加固，改善土體力學(xué)指標(biāo)，減少基坑主動(dòng)土壓力，有效限制基坑變形，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果也表明，位于深厚軟土區(qū)域的雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，在一定深度范圍內(nèi)加固主動(dòng)土可以減少雙排樁的位移和彎矩［2］。
3增設(shè)支點(diǎn)
雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)通過(guò)前后排樁協(xié)同工作，利用自身的剛度抵抗側(cè)向土體壓力，目前常用的支護(hù)方式為懸臂雙排樁。在實(shí)踐中，為了滿足不同條件下的支護(hù)要求，越來(lái)越多的組合式雙排樁出現(xiàn)，也有部分設(shè)計(jì)人員將雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合內(nèi)支撐［3］及錨索［4］進(jìn)行應(yīng)用，當(dāng)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合支撐或錨索時(shí)，在控制基坑側(cè)向變形方面優(yōu)于懸臂雙排樁。在建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-2012）［1］中規(guī)定，擋土構(gòu)件的嵌固深度對(duì)多支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)不應(yīng)小于0.2H（H為基坑開(kāi)挖深度），對(duì)單支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)不應(yīng)小于0.3H，對(duì)懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)不應(yīng)小于0.8H?？梢?jiàn)，增加支點(diǎn)對(duì)限制基坑變形、提高基坑穩(wěn)定起到重要作用。在深厚軟土雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)中，常采用的增設(shè)支點(diǎn)的方式有增設(shè)錨索、增設(shè)支撐等。
3.1增設(shè)錨索
增設(shè)錨索可以提高支護(hù)結(jié)構(gòu)抗力，增加基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但在深厚軟土中因土層的黏結(jié)強(qiáng)度較低，普通錨索很難提供較大的錨固力，從而達(dá)不到設(shè)計(jì)所需的錨索抗拔力，進(jìn)而達(dá)不到加固效果。在深厚軟土中雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)常用的處理方案是增設(shè)擴(kuò)大頭錨索（如旋噴錨索），通過(guò)高壓旋噴擴(kuò)大錨固體直徑，從而達(dá)到設(shè)計(jì)所需拉力。如武漢某基坑同樣位于深厚軟土地區(qū)，采用雙排樁支護(hù)方式，當(dāng)開(kāi)挖到基坑底時(shí)，累計(jì)變形為10mm~15mm，但在主體結(jié)構(gòu)施工期間，基坑的變形隨時(shí)間逐漸增加，路面出現(xiàn)5mm~20mm裂縫，基坑頂累計(jì)變形超過(guò)50mm，日均變化速率已達(dá)5mm~10mm。在基坑監(jiān)測(cè)出現(xiàn)報(bào)警后，增設(shè)旋噴擴(kuò)大頭錨索，進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及信息化施工，錨索張拉后基坑變形趨于穩(wěn)定，有效阻止了雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步變形，見(jiàn)圖5。
3.2增設(shè)支撐
增設(shè)支撐與增設(shè)錨索的原理相同，也可提高雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗力，深厚軟土中增設(shè)支撐可不受軟土黏結(jié)強(qiáng)度較低的限制。因此，在深厚軟土雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞處理措施中，增設(shè)支撐較增設(shè)錨索更可靠。常用的支撐形式有斜撐、拋撐等，還可以采用局部逆作法，采用主體結(jié)構(gòu)樓板作為支點(diǎn)。但支撐的設(shè)置會(huì)影響后期土方的開(kāi)挖及主體結(jié)構(gòu)施工，還需考慮拆撐對(duì)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響等，因此，增設(shè)支撐時(shí)需綜合考慮多方面原因選擇合理的支撐布置形式。實(shí)踐中應(yīng)用較多的為拋撐方式，因?yàn)閽亾蔚挠绊懛秶^小，一般不需要增加立柱，見(jiàn)圖6。
4加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)
由于地層條件、基坑開(kāi)挖深度、周邊荷載的變化等原因，在原雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)因外界條件變化產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，加固方式也可以從加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)本身入手。林鵬［5］在汕頭某深厚軟土基坑失穩(wěn)補(bǔ)強(qiáng)中，采用增加一排支護(hù)樁來(lái)加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度，懸臂單排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)為雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，取得了較好的效果。同理，若雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)需要補(bǔ)強(qiáng)時(shí)也可增加一排支護(hù)樁以提高支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度。田忠青等［6］以航道整治工程中采用的新型三排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)為例，研究了三排樁結(jié)構(gòu)的受力變形規(guī)律。三排樁較雙排樁更能提升支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆性能及變形控制能力，可采用增加支護(hù)樁強(qiáng)度的措施來(lái)防止深厚軟土中雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞。
5其它加固措施
在實(shí)際工程應(yīng)用中，對(duì)于深厚軟土地區(qū)的雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)需綜合考慮各種因素，采用動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)及信息化施工，以防止基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)與破壞。其它一些加固方式如下：（1）合理的土方開(kāi)挖方案在深厚軟土雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)中至關(guān)重要，精細(xì)化的土方開(kāi)挖會(huì)大大提高基坑的安全性，深厚軟土中需分層分段均衡開(kāi)挖，建議分段長(zhǎng)度不超過(guò)20m，分層開(kāi)挖高度控制在1.5m以內(nèi)，嚴(yán)格控制開(kāi)挖標(biāo)高，避免超挖。（2）避免因基坑內(nèi)出現(xiàn)較大高差導(dǎo)致坑內(nèi)滑動(dòng)而影響基坑內(nèi)已施工工程樁及擾動(dòng)被動(dòng)土體，必要時(shí)需對(duì)軟土地區(qū)基坑出土口進(jìn)行加固。（3）嚴(yán)格控制基坑頂堆載，基坑超載應(yīng)嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)超載范圍內(nèi)。（4）因軟土具有蠕變特性，變形隨時(shí)間的增加而增加，基坑開(kāi)挖到底后，需盡快封底并進(jìn)行下一步工序，減小基坑的暴露時(shí)間，降低基坑風(fēng)險(xiǎn)。（5）應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)規(guī)范［7］的要求進(jìn)行監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)巡查，動(dòng)態(tài)施工，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)上報(bào)處理，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，立即停止施工啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。（6）加強(qiáng)排水，及時(shí)封閉基坑頂和坑底土體，按設(shè)計(jì)要求施工基坑頂和基坑底排水溝及集水井，確保排水通暢，嚴(yán)禁基坑內(nèi)及基坑頂長(zhǎng)時(shí)間積水。
6結(jié)語(yǔ)
本文闡述了深厚軟土地區(qū)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響因素，并結(jié)合軟土基坑工程案例，總結(jié)了深厚軟土地區(qū)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)加固處理措施。從增加被動(dòng)土壓力、減小主動(dòng)土壓力、增設(shè)支點(diǎn)、加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)等角度出發(fā)并采取針對(duì)性的措施，對(duì)提高雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全具有良好效果。本文研究成果可為深厚軟土地區(qū)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加固提供參考。
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作者：黃文敏 陳玉新 單位：廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司