深厚軟土地區(qū)雙排樁支護結(jié)構(gòu)設(shè)計加固

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［摘要］在深厚軟土基坑工程中，常采用雙排樁支護方式。結(jié)合相關(guān)工程的設(shè)計與加固處理方式，從增加被動土壓力、減小主動土壓力、增設(shè)支點、加強支護結(jié)構(gòu)等角度出發(fā)，總結(jié)了深厚軟土地區(qū)雙排樁支護結(jié)構(gòu)的加固處理措施，為今后雙排樁支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計與加固提供參考。

［關(guān)鍵詞］深厚軟土；雙排樁；加固措施；設(shè)計

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、河道整治等項目，通常會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、抗剪強度低、壓縮性大、承載能力低、高流變性等特點，對主體結(jié)構(gòu)的基坑開挖與支護提出較大的挑戰(zhàn)。另外，受場地范圍、基坑內(nèi)無法設(shè)置對撐等因素的限制，在該類地質(zhì)條件下通常選取雙排樁支護方式。因此，為了進一步認識雙排樁支護結(jié)構(gòu)的工作機理并采用針對性的措施以保證基坑安全具有重要意義。本文根據(jù)雙排樁支護結(jié)構(gòu)特點并結(jié)合實際工程案例，總結(jié)和探討了深厚軟土地區(qū)雙排樁支護結(jié)構(gòu)的加固處理措施。

1增加被動土壓力

根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）［1］第4.12.5條關(guān)于雙排樁抗傾覆穩(wěn)定驗算公式，隨著被動土壓力的增加，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，增加被動土壓力可提高基坑穩(wěn)定性，減小雙排樁支護結(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、加固基坑內(nèi)被動土體等方式增加被動土壓力。

1.1基坑內(nèi)反壓土臺

基坑內(nèi)反壓土臺加固措施是深基坑搶險中最常用、最有效的措施之一。反壓土臺相當(dāng)于減小基坑開挖深度，既增加了基坑被動土壓力，同時也提高了基坑穩(wěn)定性。當(dāng)險情較嚴(yán)重時，也可在基坑內(nèi)側(cè)回填素混凝土。基坑內(nèi)反壓土臺也常用于深厚軟土地區(qū)雙排樁支護結(jié)構(gòu)的加固處理，基坑內(nèi)反壓土臺示意圖見圖1。

1.2加固基坑內(nèi)被動土體

被動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、場地地質(zhì)情況、周邊環(huán)境、基坑開挖深度等因素。目前加固材料主要以水泥漿為主，通過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)，提高基坑被動土壓力。實踐證明，被動土體加固可顯著提高深厚軟土基坑中雙排樁支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如中山某項目基坑位于深厚淤泥地層，基坑采用雙排樁支護結(jié)構(gòu)，該基坑開挖至坑底時最大位移為17.56mm，變形未超設(shè)計控制值。開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。基坑內(nèi)被動土受到擾動導(dǎo)致抗剪強度指標(biāo)急劇降低，出現(xiàn)滑坡第二天，監(jiān)測位移變化最大點一天增量為36.19mm，遠超每天變形發(fā)展速率不超過3mm的設(shè)計要求。出現(xiàn)險情后立即在基坑內(nèi)進行反壓土回填，隨后基坑變形趨于穩(wěn)定。后期再對靠近基坑邊的淤泥采用旋噴樁加固（見圖2），加固后開挖反壓土臺，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，防止了支護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，險情得到控制。

2減小主動土壓力

根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）［1］第4.12.5條關(guān)于雙排樁抗傾覆穩(wěn)定驗算公式，基坑外側(cè)主動土壓力位于分母，隨著主動土壓力的減小，基坑的嵌固穩(wěn)定性相應(yīng)提高。因此減少主動區(qū)土壓力同樣能提高基坑穩(wěn)定性。常用的減少主動土壓力方式有卸載坑頂土方、加固基坑外側(cè)主動土體等。

2.1卸載坑頂土方

卸載坑頂土方同樣為深基坑搶險過程中最常用最有效的措施之一，見圖3，坑頂卸載相當(dāng)于減少基坑開挖深度，從而達到減小主動土壓力，提高基坑穩(wěn)定性的目的。但坑頂卸載對基坑周邊環(huán)境有一定要求，只有當(dāng)基坑頂部比較空曠，無重要建（構(gòu)）筑物、管線等情況才能實施，且在實施過程中一般需先對基坑內(nèi)部進行反壓土臺，以確保施工機械在坑頂施工的安全。

2.2加固基坑外側(cè)主動土體

在深厚軟土雙排樁支護結(jié)構(gòu)設(shè)計時一般很少會考慮基坑外側(cè)主動區(qū)加固，當(dāng)基坑支護出現(xiàn)險情后，最開始的處理方案一般為基坑內(nèi)進行反壓回填，但反壓土臺只能作為臨時搶險措施，后期需要挖除。見圖4，待完成反壓土臺回填且基坑變形趨于穩(wěn)定后，可對主動土體進行加固，主動土加固后再開挖反壓土臺。主動土加固范圍可根據(jù)軟土厚度、基坑開挖深度、周邊環(huán)境等確定。常用的主動土體加固方法與被動區(qū)加固方法一致，通過土體加固，改善土體力學(xué)指標(biāo)，減少基坑主動土壓力，有效限制基坑變形，提高支護結(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)域的雙排樁支護結(jié)構(gòu)，在一定深度范圍內(nèi)加固主動土可以減少雙排樁的位移和彎矩［2］。

3增設(shè)支點

雙排樁支護結(jié)構(gòu)通過前后排樁協(xié)同工作，利用自身的剛度抵抗側(cè)向土體壓力，目前常用的支護方式為懸臂雙排樁。在實踐中，為了滿足不同條件下的支護要求，越來越多的組合式雙排樁出現(xiàn)，也有部分設(shè)計人員將雙排樁支護結(jié)構(gòu)結(jié)合內(nèi)支撐［3］及錨索［4］進行應(yīng)用，當(dāng)雙排樁支護結(jié)構(gòu)結(jié)合支撐或錨索時，在控制基坑側(cè)向變形方面優(yōu)于懸臂雙排樁。在建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程（JGJ120-2012）［1］中規(guī)定，擋土構(gòu)件的嵌固深度對多支點支護結(jié)構(gòu)不應(yīng)小于0.2H（H為基坑開挖深度），對單支點支護結(jié)構(gòu)不應(yīng)小于0.3H，對懸臂式支護結(jié)構(gòu)不應(yīng)小于0.8H。可見，增加支點對限制基坑變形、提高基坑穩(wěn)定起到重要作用。在深厚軟土雙排樁支護結(jié)構(gòu)中，常采用的增設(shè)支點的方式有增設(shè)錨索、增設(shè)支撐等。

3.1增設(shè)錨索

增設(shè)錨索可以提高支護結(jié)構(gòu)抗力，增加基坑支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但在深厚軟土中因土層的黏結(jié)強度較低，普通錨索很難提供較大的錨固力，從而達不到設(shè)計所需的錨索抗拔力，進而達不到加固效果。在深厚軟土中雙排樁支護結(jié)構(gòu)常用的處理方案是增設(shè)擴大頭錨索（如旋噴錨索），通過高壓旋噴擴大錨固體直徑，從而達到設(shè)計所需拉力。如武漢某基坑同樣位于深厚軟土地區(qū)，采用雙排樁支護方式，當(dāng)開挖到基坑底時，累計變形為10mm~15mm，但在主體結(jié)構(gòu)施工期間，基坑的變形隨時間逐漸增加，路面出現(xiàn)5mm~20mm裂縫，基坑頂累計變形超過50mm，日均變化速率已達5mm~10mm。在基坑監(jiān)測出現(xiàn)報警后，增設(shè)旋噴擴大頭錨索，進行動態(tài)設(shè)計及信息化施工，錨索張拉后基坑變形趨于穩(wěn)定，有效阻止了雙排樁支護結(jié)構(gòu)的進一步變形，見圖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)強度較低的限制。因此，在深厚軟土雙排樁支護結(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。但支撐的設(shè)置會影響后期土方的開挖及主體結(jié)構(gòu)施工，還需考慮拆撐對雙排樁支護結(jié)構(gòu)的影響等，因此，增設(shè)支撐時需綜合考慮多方面原因選擇合理的支撐布置形式。實踐中應(yīng)用較多的為拋撐方式，因為拋撐的影響范圍較小，一般不需要增加立柱，見圖6。

4加強支護結(jié)構(gòu)

由于地層條件、基坑開挖深度、周邊荷載的變化等原因，在原雙排樁支護結(jié)構(gòu)因外界條件變化產(chǎn)生風(fēng)險時，加固方式也可以從加強支護結(jié)構(gòu)本身入手。林鵬［5］在汕頭某深厚軟土基坑失穩(wěn)補強中，采用增加一排支護樁來加強支護結(jié)構(gòu)剛度，懸臂單排樁支護結(jié)構(gòu)加強為雙排樁支護結(jié)構(gòu)，取得了較好的效果。同理，若雙排樁支護結(jié)構(gòu)需要補強時也可增加一排支護樁以提高支護結(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結(jié)構(gòu)的抗傾覆性能及變形控制能力，可采用增加支護樁強度的措施來防止深厚軟土中雙排樁支護結(jié)構(gòu)的破壞。

5其它加固措施

在實際工程應(yīng)用中，對于深厚軟土地區(qū)的雙排樁支護結(jié)構(gòu)需綜合考慮各種因素，采用動態(tài)化設(shè)計及信息化施工，以防止基坑支護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)與破壞。其它一些加固方式如下：（1）合理的土方開挖方案在深厚軟土雙排樁支護結(jié)構(gòu)中至關(guān)重要，精細化的土方開挖會大大提高基坑的安全性，深厚軟土中需分層分段均衡開挖，建議分段長度不超過20m，分層開挖高度控制在1.5m以內(nèi)，嚴(yán)格控制開挖標(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)滑動而影響基坑內(nèi)已施工工程樁及擾動被動土體，必要時需對軟土地區(qū)基坑出土口進行加固。（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)計超載范圍內(nèi)。（4）因軟土具有蠕變特性，變形隨時間的增加而增加，基坑開挖到底后，需盡快封底并進行下一步工序，減小基坑的暴露時間，降低基坑風(fēng)險。（5）應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)基坑監(jiān)測規(guī)范［7］的要求進行監(jiān)測及現(xiàn)場巡查，動態(tài)施工，發(fā)現(xiàn)異常及時上報處理，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)達到報警值時，立即停止施工啟動應(yīng)急預(yù)案。（6）加強排水，及時封閉基坑頂和坑底土體，按設(shè)計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)及基坑頂長時間積水。

6結(jié)語

本文闡述了深厚軟土地區(qū)雙排樁支護結(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)雙排樁支護結(jié)構(gòu)的常見加固處理措施。從增加被動土壓力、減小主動土壓力、增設(shè)支點、加強支護結(jié)構(gòu)等角度出發(fā)并采取針對性的措施，對提高雙排樁支護結(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)雙排樁支護結(jié)構(gòu)設(shè)計與加固提供參考。

參考文獻

［1］JGJ120-2012，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］黃朝煊，袁文喜.地基土預(yù)加固對雙排樁結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移影響分析［J］.人民長江，2020，51（08）：197-202.

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［4］張躍進，曾紀(jì)文.深厚淤泥層基坑開挖動態(tài)監(jiān)測與應(yīng)急處理［J］.巖土工程學(xué)報，2014，28（6）：202-207.

［5］林鵬，TSUI.Y.雙排樁結(jié)構(gòu)在失穩(wěn)基坑中的補強作用［J］.工業(yè)建筑2002，32（5）：82-84.

［6］田忠青，沈保根，劉乃盛，等.高深岸坡工程中三排樁支護結(jié)構(gòu)的有限元計算研究［J］.中國水運：下半月，2016，16（9）：291-295.

［7］GB50497-2019,建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：計劃出版社.

作者：黃文敏 陳玉新 單位：廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司