隔离桩在临河深基坑工程中的应用研究

□文/刘妮

隔离桩在临河深基坑工程中的应用研究

□文/刘妮

随着天津轨道交通建设的发展，出现了大量临近河流的深基坑工程。如何保护临河深基坑工程开挖过程中的安全以及减小基坑开挖对河流防汛墙等结构的扰动，成为了一项重要的课题，而隔离桩作为一种有效的保护措施，其应用日渐增多。文章以天津地铁某临河车站基坑工程为研究对象，采用数值模拟的方法，对增加钻孔灌注桩隔离前后基坑及防汛墙的变形进行对比分析，证明了采用钻孔灌注桩隔离能有效的增加临河基坑开挖过程中的安全性。

钻孔灌注桩；基坑；隔离桩；数值模拟；临河

1　工程概况

某地铁车站位于两条交通繁忙的路段交叉口，沿南北向布置，总净长233m，标准段净宽19.3m，为地下2层12m宽岛式站台车站，主体采用双柱三跨框架结构，车站标准段基坑深度为17.38m、宽22.5m。车站布置形式见图1。

图1　车站平面

北运河驳岸位于基坑西侧，与基坑水平净距最近处为9.41m，在1倍基坑开挖深度范围内。基坑标准段两侧设置厚度0.8m、深度31m的地下连续墙，采用一道800mm×800mm钢筋混凝土支撑及3道φ609mm钢支撑。车站与驳岸位置见图2。

图2　车站与驳岸断面

考虑到基坑安全并减少基坑开挖施工对西侧北运河防汛墙的保护，拟在车站西侧距离地下墙外5m处设置φ800mm@600mm钻孔隔离桩，桩长为22m。

2　数值模拟计算

随着有限元数值模拟方法的发展，数值模拟技术越来越成熟，计算精度也越来越高，数值模拟方法一般分为有限单元法、有限差分法、边界元法和离散元法等，在实际工程的数值模拟中应用最广泛的是有限单元法。PLAXIS是功能强大的通用岩土有限元计算软件，现在已广泛应用于各种复杂岩土工程项目的有限元分析中，适用性广泛，尤其适合于大型基坑变形和稳定分析。

本文将采用PLAXIS有限元分析软件为平台进行钻孔灌注桩隔离对基坑开挖过程中的受力影响的数值模拟。

2.1计算模型及参数

1）土层参数见表1。

表1　土层参数

基坑宽度23m，开挖深度17.3m，采用厚度为800mm的地下连续墙围护结构，墙长度为31m，墙顶标高为4.38m。计算时考虑地面超载20 kPa。隔离桩为φ800mm@600mm的钻孔灌注桩，桩长为22m。

2）材料参数。根据设计，地下连续墙混凝土强度等级为C30，主体结构混凝土强度等级为C35；柱混凝土强度等级为C50。钢筋：Ⅰ级钢fy=fy＇=270 MPa，Ⅲ级钢fy=fy＇=360 MPa。计算模型中地下连续墙及钻孔灌注桩、混凝土支撑、钢支撑计算参数见表2。

3）模型。根据圣维南原理，取土层边界宽130m、深50m。假定模型的左右边界水平向无变形，竖直方向允许发生变形，下边界任意方向的变形为0，见图3和图4。

图3　无钻孔灌注桩数值模拟模型

图4　设置钻孔灌注桩数值模拟模型

2.2计算分析

计算并对比分析增加钻孔灌注桩前后基坑变形，见图5-图10。

图5　无钻孔灌注桩变形计算结果

图6　设置钻孔灌注桩变形计算结果

图7　地下连续墙水平位移对比

图8　地下连续墙沉降对比

图9　防汛墙水平位移对比

图10　防汛墙沉降对比

经过以上对比分析，在设置钻孔灌注桩后，防汛墙及基坑开挖过程中地下连续墙的水平位移和沉降均大幅度减小。

2.3计算结果

经以上计算分析，可见钻孔灌注桩隔离对变形控制可以起到较好地控制作用，尤其在地铁设计中，基坑变形控制较严格，本车站位于交通繁忙地段，变形控制尤其重要，在防汛墙与地下连续墙之间设置钻孔灌注桩隔离效果良好。

3　结论

经过对基坑开挖过程中有无钻孔灌注桩隔离的数值模拟的对比分析可以看出，增加钻孔灌注桩隔离可以有效地控制基坑和原有建筑物的的变形，对保护基坑起到至关重要的作用，是一种非常有效的设计方案。

[1]吴国三.岩土工程数值模拟方法的发展[J].科技信息，2009，（30）：708-709.

[2]刘熙嫒.基坑开挖过程的试验与数值模拟及土的微观结构研究[D].天津：天津大学，2004．

[3]桩基工程手册编委会.桩基工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1995.

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.03.018

□TU473.1

□C

□1008-3197（2015）03-47-02

□2015-02-13

□刘妮/女，1988年出生，助理工程师，上海市城市建设设计研究院天津分院，从事轨道结构设计工作。