1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概述

天津機(jī)場交通中心工程主體為地下單層及雙層多跨框架結(jié)構(gòu)，雙層結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)底板埋深為22.36 m; 單層多跨框架結(jié)構(gòu)底板埋深為12.65 m。結(jié)構(gòu)平剖面圖見圖1、圖2。

為確保施工安全、環(huán)境安全，不影響周邊既有設(shè)施的正常運(yùn)營，并將施工對環(huán)境影響程度降低到最小，影響時間降低到最短，主體結(jié)構(gòu)采用蓋挖逆作法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用剛度大止水效果好的地下連續(xù)墻，中間樁柱采用鋼管混凝土柱下設(shè)置鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁柱一次施工完成，地下二層設(shè)置一道臨時鋼筋混凝土支撐。

1.2 工程及水文地質(zhì)條件

本工程地基土在110 m 深度范圍內(nèi)均為第四紀(jì)松散沉積物，主要由飽和粘性土、粉土、砂土組成，一般具有成層分布的特點(diǎn)。潛水含水層主要為全新統(tǒng)中組海相層⑥層及其以上土層，靜止水位埋深一般0. 50 ～ 4.90 m。工程及水文地質(zhì)具有以下特點(diǎn):

( 1) 淺部填土局部厚度較大，最厚處約5． 3 m。

( 2) ⑥2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層分布不連續(xù)，厚度不均勻，最厚處達(dá)5.2 m。

( 3) 土質(zhì)不均勻，特別是⑥4層，局部砂性大。

( 4) 自上而下分布多層承壓含水層，⑧2為第一層承壓水; ⑨2為第二層承壓水; ( 11)2、( 11)4、( 12)2、( 13)1夾和( 13)2為第三層承壓水; ( 14)2為第四層承壓水。

地質(zhì)勘察資料揭示，本工程場地主要為飽和的粘土、粉土和粉砂，適宜采用鉆孔樁。各土層鉆孔灌注樁樁基設(shè)計(jì)參數(shù)如下:

樁側(cè)土的極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik: 粘土38 ～ 74 kPa，粉( 細(xì)) 砂55 ～ 70 kPa。

樁端土的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk: 粘土550 ～ 780 kPa，粉( 細(xì)) 砂900 ～ 1 150 kPa。

2 豎向支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要解決的關(guān)鍵問題

本工程的豎向支撐系統(tǒng)包括地下連續(xù)墻和中間樁柱，均兼有臨時結(jié)構(gòu)和永久結(jié)構(gòu)的雙重功能。地下連續(xù)墻既是施工期間基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和豎向支撐結(jié)構(gòu)，又是使用期間的抗浮結(jié)構(gòu); 中間樁柱施工期間承受著由層逆作結(jié)構(gòu)板傳遞的豎向載荷，而且在使用階段作為工程永久抗浮結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)永久立柱。永臨結(jié)合的豎向支撐系統(tǒng)不僅簡化了施工程序，也降低工程造價，但由于在整個蓋挖逆作法施工過程中，結(jié)構(gòu)型式和受力狀態(tài)都在不斷變化，其受力遠(yuǎn)比順作法施工的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在軟弱富水地層中的蓋挖逆作法工程施工過程中，豎向支撐結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的沉降量尤其是差異沉降，會對上部結(jié)構(gòu)受力造成不利影響。因此在設(shè)計(jì)施工過程中，確保豎向承載力滿足結(jié)構(gòu)受力需要、將隆起沉降量尤其是差異隆起沉降量控制在結(jié)構(gòu)變形允許的范圍之內(nèi)，是豎向支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要解決的關(guān)鍵問題。

3 改善承載力及控制隆起沉降措施

3.1 鉆孔灌注樁構(gòu)造措施

工程樁的極限承載力主要受樁身強(qiáng)度、樁周土層的物理力學(xué)性質(zhì)以及樁土接觸面的幾何特性三方面影響。隨著工程樁鋼筋混凝土質(zhì)量和強(qiáng)度的不斷提高，樁身強(qiáng)度已不是控制樁基強(qiáng)度的主要因素。提高樁基的極限承載力主要為提高樁周土力學(xué)性質(zhì)和改善樁土接觸面幾何特性，提高樁周土力學(xué)性質(zhì)常用的方法為樁側(cè)和樁端后注漿技術(shù)，改善樁土接觸面幾何特性主要為改變樁體形狀，如擠擴(kuò)支盤和旋挖擴(kuò)孔等方法。本工程所有工程樁均采用樁側(cè)和樁端注漿的方法，在3 號、4 號和5 號工程樁樁身設(shè)置兩個擴(kuò)大頭，工程樁直徑2 200 mm，擴(kuò)頭直徑3 200 mm。

3.2 鉆孔灌注樁承載力實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》( JGJ106—2003) 的有關(guān)規(guī)定，對工程樁進(jìn)行了單樁豎向抗壓靜荷載試驗(yàn)。2 號樁樁單樁豎向抗壓靜荷載試驗(yàn)采用壓重平臺反力裝置，即由壓重平臺提供反力通過試樁鋼梁及6臺500 t 并聯(lián)液壓千斤頂對試樁進(jìn)行豎向抗壓荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)采用靜載荷測試儀，采用壓力傳感器直接測定壓力。4 號樁抗拔試驗(yàn)采用自平衡法進(jìn)行。

為精確測定試樁樁周各土層側(cè)摩阻力和樁尖阻力，在樁鋼筋籠綁扎后固定振弦式傳感器于鋼筋籠上，留出足夠長度的線頭與振弦式傳感器讀數(shù)儀連接，靜載試驗(yàn)時進(jìn)行樁身內(nèi)力測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，樁側(cè)注漿使各土層極限承載力均得到了加大的提高，對于粘性土，側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)為1.38 ～ 1.74，砂性土側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)為1.42 ～ 1.95，并且隨著土層埋深的增加，側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)呈逐漸增大趨勢; 樁端土的極限端阻力增強(qiáng)系數(shù)為2.002。因此，樁側(cè)和樁端注漿對提高樁的極限承載力有明顯的積極作用。

在樁身和樁端設(shè)置的擴(kuò)大頭提供的抗拔力與總抗拔力比值約為40%，而擴(kuò)頭的側(cè)面積與樁身側(cè)面積的比值約為8%，因此擴(kuò)大頭對提高樁的抗拔能力具有明顯效果。

3.3 地下連續(xù)墻構(gòu)造措施

為了控制地下連續(xù)墻的豎向沉降量，以提高地下墻的豎向承載力，在每幅地下墻中設(shè)置二根Φ48 墻趾注漿管，對墻底土體進(jìn)行注漿加固，減少墻體垂直沉降。結(jié)合注漿試驗(yàn)，墻趾注漿采用雙控原則，既每根注漿管最大注漿量不大于2 m3 且終止注漿壓力不小于1 MPa( 3 min) 。

經(jīng)計(jì)算，圍護(hù)結(jié)構(gòu)功能控制地下連續(xù)墻嵌入深度，故未對地下連續(xù)墻豎向承載力進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，根據(jù)類比鉆孔灌注樁樁端注漿試驗(yàn)結(jié)果，可以定性判斷墻趾注漿對地下連續(xù)墻豎向承載力有一定提高。

4 變形沉降分析

本工程施工過程中，對典型斷面的地下連續(xù)墻及中間樁柱進(jìn)行了沉降觀測點(diǎn)布設(shè)，并全程對沉降觀測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，地下連續(xù)墻墻體水平位移曲線圖、地下連續(xù)墻頂隆起沉降曲線圖及中間樁柱頂隆起沉降曲線圖詳見圖4、圖5。監(jiān)測結(jié)果表明:

( 1) 隨著基坑土方開挖卸載，地下連續(xù)墻水平位移趨勢為向基坑內(nèi)側(cè)，最大水平位移為15 mm。

( 2) 施工期間地下連續(xù)墻及中間樁柱隆起沉降量較大，最大達(dá)33 mm，隆起為主要趨勢。

( 3) 土體開挖后地下連續(xù)墻及中間樁柱隆起沉降量增加明顯，隨著各層結(jié)構(gòu)板施工完成，地下連續(xù)墻

及中間樁柱隆起沉降趨于穩(wěn)定。

( 4) 本著平衡對稱開挖原則，地下連續(xù)墻與中間樁柱隆起沉降量差異值較小，相鄰地下連續(xù)墻與中間樁柱差異沉降與距離比值均小于1 /1 000。

5 結(jié)束語

豎向支撐系統(tǒng)是蓋挖逆作法的關(guān)鍵構(gòu)件。目前，該工程主體結(jié)構(gòu)已完成施工，筆者認(rèn)為，在豎向支撐系統(tǒng)的設(shè)置中需要解決以下幾個關(guān)鍵技術(shù)問題:

( 1) 無論現(xiàn)場原位靜力試驗(yàn)和室內(nèi)模型試驗(yàn)都證明，樁側(cè)和樁端注漿及樁底擴(kuò)頭后對樁豎向承載能力的提高是顯著的，應(yīng)優(yōu)先采用擴(kuò)底樁結(jié)合樁側(cè)和樁端注漿的方法，不得已時可增加樁長。軟弱富水地層中的粉土、粉砂等土層承載力較高，但樁的擴(kuò)頭施工時易出現(xiàn)塌孔等問題，應(yīng)采用有針對性的施工機(jī)械和先進(jìn)的施工工藝。

( 2) 豎向支撐系統(tǒng)的承載力關(guān)鍵問題是沉降控制標(biāo)準(zhǔn)問題，取決于地下連續(xù)墻及中間樁在豎向荷載作用下的允許沉降量，尤其是差異沉降量。這個問題不僅涉及地下連續(xù)墻及中間樁在豎向荷載作用下的沉降規(guī)律，而且與地下連續(xù)墻及中間樁在豎向荷載作用下的位移、樁墻之間的位移協(xié)調(diào)以及框架結(jié)構(gòu)抵抗不均勻下沉的能力有關(guān)?，F(xiàn)有各種承載能力的計(jì)算公式，并沒有與受載后樁本身的下沉量聯(lián)系起來，因此問題的最終解決，應(yīng)是在對樁現(xiàn)場原位靜力試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對以上各種因素進(jìn)行綜合優(yōu)化，并在結(jié)構(gòu)模擬計(jì)算過程中考慮差異沉降影響，采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施。

( 3) 應(yīng)優(yōu)先考慮永久柱與臨時柱結(jié)合的方案。一般來說，按這種思路設(shè)計(jì)較為經(jīng)濟(jì)，而且結(jié)構(gòu)的受力和變形狀況也較為明確。

來源：基礎(chǔ)工程咨詢

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