坑外攪拌樁加固對基坑變形的影響分析摘 要：在軟土基坑施工過程中，由于地鐵盾構(gòu)進(jìn)出洞以及為了保護(hù)基坑周圍建筑物等原因，常常會進(jìn)行坑外加固。坑外加固會提高土體強(qiáng)度，也會對基坑變形產(chǎn)生影響。本文結(jié)合上海地鐵某車站端頭井加固的工程實(shí)例，分析了坑外攪拌樁加固對基坑變形造成的不利影響，并在此基礎(chǔ)上提出了一些減少坑外加固影響的控制措施，希望對以后的類似工程提供借鑒。關(guān)鍵詞：攪拌樁加固；擠土效應(yīng)；基坑位移；施工工藝0 引 言 攪拌樁加固以其布置靈活、加固效果顯著的優(yōu)點(diǎn)，在軟土地區(qū)地下工程中得到了廣泛應(yīng)用[1]。但是其負(fù)面影響卻一直未引起關(guān)注，盾構(gòu)進(jìn)出洞區(qū)域采用攪拌樁加固，在施工過程中會產(chǎn)生側(cè)向擠土效應(yīng)，對基坑地下墻圍護(hù)位移變形有顯著影響。尤其當(dāng)攪拌樁加固與基坑同時施工時，由于施工工藝順序、施工周期等不合理因素造成的影響則更為明顯，甚至?xí)＜盎影踩Ｒ虼耍瑓f(xié)調(diào)好盾構(gòu)進(jìn)出洞或基坑內(nèi)部攪拌樁加固施工的工序及流程非常重要，應(yīng)充分考慮攪拌樁加固施工對車站地下墻圍護(hù)位移變形的影響，必要時采取更為安全合理的加固施工工藝。 本文結(jié)合實(shí)際工程，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，著重分析了合理安排施工工藝的重要性。1 工程概況 上海某地鐵車站，呈南北走向，為淺埋地下二層雙柱島式車站。主體結(jié)構(gòu)外包尺寸為468.2 m×19.20m，站臺中心處底板埋深為14.52 m。車站兩頭設(shè)有兩個端頭井（即為盾構(gòu)工作井），北端頭井外包尺寸為14.9 m×30.36 m，底板埋深為16.989 m；南端頭井外包尺寸為14.9 m×24 m，底板埋深為16.058 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚的地下連續(xù)墻，支撐體系采用Φ609鋼管支撐，標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)置四道，端頭井設(shè)置五道。本車站基坑變形控制保護(hù)等級為二級[2]，車站基坑地下連續(xù)墻最大水平位移≤3%H（H為基坑深度）。車站基坑工程各土層的分布情況見表1。
在地鐵車站盾構(gòu)進(jìn)出洞附近，為了保證盾構(gòu)安全進(jìn)出洞，往往需要對盾構(gòu)進(jìn)出洞附近土體進(jìn)行加固，常用的方法是攪拌樁加固。車站南北端頭井墻外側(cè)為盾構(gòu)進(jìn)出洞加固區(qū)域，均為攪拌樁加固，平面位置如圖1所示，盾構(gòu)進(jìn)出洞加固區(qū)寬6 m，加固深度范圍為盾構(gòu)洞圈上下左右各3 m范圍。2 車站端頭井實(shí)際施工情況 本站對測斜、地面沉降、支撐軸力等進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測控制，并利用遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、傳輸和分析，結(jié)合工況指導(dǎo)施工，確保施工區(qū)鄰近已有建筑物、地下管線的安全和圍護(hù)體系自身的穩(wěn)定，為設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)。本文針對盾構(gòu)出入洞加固區(qū)的變形進(jìn)行分析。 車站南端頭井由于施工工期緊迫，攪拌樁加固在10 月 20 日開始施工，于 11 月 5 日結(jié)束，而基坑開挖于 10 月 28 日開始施工，11 月 18 日開挖施工結(jié)束澆筑砼墊層。這樣使端頭井在開挖階段，坑外正在進(jìn)行盾構(gòu)進(jìn)出洞攪拌樁加固，開挖施工與攪拌樁加固有長達(dá)一周的施工重疊期。端頭井地下墻測點(diǎn)布置圖如圖1 所示。3 實(shí)測數(shù)據(jù)分析 由圖2中可以看出，該點(diǎn)變形較大，到墊層澆筑完成后，該測點(diǎn)累計(jì)變形已達(dá)101.90 mm，嚴(yán)重危及基坑安全。在攪拌樁加固開始施工后，基坑開挖之前，地下墻位移已經(jīng)有較為明顯的變化，CX23測點(diǎn)位移最大值已經(jīng)高達(dá)34.39 mm，占總變形量的33.7%。由于此時基坑還未開挖，所以基坑變形是由于攪拌樁加固引起的。 可見，水泥與土攪拌成樁過程中存在側(cè)向擠土效應(yīng)，即攪拌樁加固施工時有擠土效應(yīng)，對基坑變形有很明顯的影響。 從基坑開始開挖到攪拌樁施工結(jié)束，地下墻變形量為52.77 mm，已占總變形量的51.8%，這一階段地下墻位移驟然變化，日均變化量非常大，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常的基坑位移速率。這是由于攪拌樁加固和基坑開挖同時施工長達(dá)一個星期。一方面攪拌樁加固有側(cè)向擠土效應(yīng)，會導(dǎo)致基坑向坑內(nèi)變形；另一方面基坑開挖卸載，被動區(qū)土壓力減弱，從而釋放了攪拌樁的側(cè)向擠壓力，兩者共同作用致使基坑變形迅速，造成對基坑變形的不利影響。可見，如果施工工序安排不合理，坑外攪拌樁加固施工和基坑開挖同時進(jìn)行會對基坑變形造成極為不利的影響，甚至?xí)＜盎影踩?攪拌樁施工結(jié)束后，基坑位移變化速率有所緩和，基坑變形趨于正常，從攪拌樁加固結(jié)束到基坑墊層澆筑完成，地下墻變形只有14.74 mm，僅占總變形量的14.5%。這是由于該階段攪拌樁施工已結(jié)束，攪拌樁經(jīng)過初凝，由此產(chǎn)生的膨脹擠土效應(yīng)減弱，對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移影響逐漸消失，該階段基坑變形基本全部由基坑開挖引起。可見，攪拌樁加固結(jié)束后對基坑變形的影響就很小。 由此可得，南端頭井的總位移主要是由攪拌樁加固和基坑開挖兩方面導(dǎo)致。在盾構(gòu)進(jìn)出洞攪拌樁加固施工時，由于水泥與土攪拌成樁過程中側(cè)向擠土效應(yīng)比較明顯，因此對車站基坑變形影響就很顯著。 圖3給出了CX24、CX23測點(diǎn)變形情況的對比。南端頭井測點(diǎn)CX23的位移由基坑開挖和攪拌樁加固引起，而測點(diǎn)CX24的位移主要是由車站基坑開挖引起。從圖中可以看出，CX24測點(diǎn)的總變形量為32.76 mm，占CX23測點(diǎn)總變形量的32.1%。北端頭井墻外側(cè)也為盾構(gòu)進(jìn)出洞攪拌樁加固，只是北端頭井在基坑開挖之前，攪拌樁加固施工已經(jīng)完成了20 d了。可見攪拌樁加固施工完成并達(dá)到養(yǎng)護(hù)期限后再進(jìn)行基坑開挖，可以減少對基坑變形的影響。 由此可見，攪拌樁加固對基坑變形的影響很大，特別是在同時施工的情況下其影響尤為明顯。南端頭井地下墻位移過于偏大，不僅危及基坑安全，而且對今后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工帶來了困難。因此，考慮到攪拌樁加固時的擠土效應(yīng)，會對基坑的變形產(chǎn)生影響，所以盾構(gòu)進(jìn)出洞加固最好安排在圍護(hù)結(jié)構(gòu)完成后（達(dá)到混凝土養(yǎng)護(hù)要求），端頭井開挖前完成。4 采取的控制措施 由于坑外攪拌樁加固會對基坑變形產(chǎn)生影響，為了盡可能地減小坑外攪拌樁加固對基坑變形的影響，可以采取如下措施： (1) 合理安排施工順序，應(yīng)將盾構(gòu)進(jìn)出洞加固時間安排在車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)完成并達(dá)到混凝土養(yǎng)護(hù)要求后，而且要在端頭井開挖前進(jìn)行，從而可以避免盾構(gòu)進(jìn)出洞攪拌樁加固對基坑變形造成過大的影響。嚴(yán)禁攪拌樁加固施工與基坑開挖同時進(jìn)行。 (2) 合理規(guī)劃攪拌樁的施工流程和次序，選擇合理的位置允許釋放攪拌樁產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力，使應(yīng)力有所釋放，減少對基坑變形的影響。 (3) 如果因?yàn)楣て诨蚱渌┕ひ螅仨氝M(jìn)行不合理施工交叉時，應(yīng)考慮用其他對周邊環(huán)境影響較小的加固施工方法，例如采用取土置換的SMW工法進(jìn)行。5 結(jié) 論 (1) 南北端頭井?dāng)嚢铇都庸淌┕び绊懕容^發(fā)現(xiàn)，由于施工工序安排不合理，南端頭井地下墻位移過于偏大，不僅危及基坑安全，而且對今后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工帶來了困難。基坑外側(cè)攪拌樁加固施工時，基坑開挖卸載，釋放了攪拌樁的側(cè)向擠壓應(yīng)力，導(dǎo)致地下墻位移變形驟然加大。即使不進(jìn)行基坑開挖，攪拌樁的側(cè)向擠壓力對地下墻的影響也很大，因此應(yīng)提高重視。 (2) 攪拌樁加固對基坑變形的影響跟施工工序和工期有很大關(guān)系。如果施工工期安排不當(dāng)就會對基坑變形產(chǎn)生不良影響。 (3) 攪拌樁加固施工時，為了減小攪拌樁施工對基坑變形的影響，應(yīng)將盾構(gòu)進(jìn)出洞加固時間安排在圍護(hù)結(jié)構(gòu)完成并達(dá)到砼養(yǎng)護(hù)要求后，而且要在端頭井開挖前進(jìn)行。嚴(yán)禁攪拌樁加固施工與基坑開挖同時進(jìn)行。5 結(jié) 論 (1) 南北端頭井?dāng)嚢铇都庸淌┕び绊懕容^發(fā)現(xiàn)，由于施工工序安排不合理，南端頭井地下墻位移過于偏大，不僅危及基坑安全，而且對今后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工帶來了困難。基坑外側(cè)攪拌樁加固施工時，基坑開挖卸載，釋放了攪拌樁的側(cè)向擠壓應(yīng)力，導(dǎo)致地下墻位移變形驟然加大。即使不進(jìn)行基坑開挖，攪拌樁的側(cè)向擠壓力對地下墻的影響也很大，因此應(yīng)提高重視。 (2) 攪拌樁加固對基坑變形的影響跟施工工序和工期有很大關(guān)系。如果施工工期安排不當(dāng)就會對基坑變形產(chǎn)生不良影響。 (3) 攪拌樁加固施工時，為了減小攪拌樁施工對基坑變形的影響，應(yīng)將盾構(gòu)進(jìn)出洞加固時間安排在圍護(hù)結(jié)構(gòu)完成并達(dá)到砼養(yǎng)護(hù)要求后，而且要在端頭井開挖前進(jìn)行。嚴(yán)禁攪拌樁加固施工與基坑開挖同時進(jìn)行。參考文獻(xiàn)：[1] 朱林海. 被動區(qū)壓力注漿在深基坑中的應(yīng)用研究[D]. 上海:同濟(jì)大學(xué), 2000: 5–6. (ZHU Lin-hai. The application research of press- controlling grouting in pit projects[D]. Shanghai: Tongji University, 2000: 5–6.)[2] 劉建航, 侯學(xué)淵. 基坑工程手冊[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 199: 15–16. (LIU Jian-hang, HOU Xue-yuan. Excavation engineering handbook[M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 1999:15–16.)
在地鐵車站盾構(gòu)進(jìn)出洞附近，為了保證盾構(gòu)安全進(jìn)出洞，往往需要對盾構(gòu)進(jìn)出洞附近土體進(jìn)行加固，常用的方法是攪拌樁加固。車站南北端頭井墻外側(cè)為盾構(gòu)進(jìn)出洞加固區(qū)域，均為攪拌樁加固，平面位置如圖1所示，盾構(gòu)進(jìn)出洞加固區(qū)寬6 m，加固深度范圍為盾構(gòu)洞圈上下左右各3 m范圍。2 車站端頭井實(shí)際施工情況 本站對測斜、地面沉降、支撐軸力等進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測控制，并利用遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、傳輸和分析，結(jié)合工況指導(dǎo)施工，確保施工區(qū)鄰近已有建筑物、地下管線的安全和圍護(hù)體系自身的穩(wěn)定，為設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)。本文針對盾構(gòu)出入洞加固區(qū)的變形進(jìn)行分析。 車站南端頭井由于施工工期緊迫，攪拌樁加固在10 月 20 日開始施工，于 11 月 5 日結(jié)束，而基坑開挖于 10 月 28 日開始施工，11 月 18 日開挖施工結(jié)束澆筑砼墊層。這樣使端頭井在開挖階段，坑外正在進(jìn)行盾構(gòu)進(jìn)出洞攪拌樁加固，開挖施工與攪拌樁加固有長達(dá)一周的施工重疊期。端頭井地下墻測點(diǎn)布置圖如圖1 所示。3 實(shí)測數(shù)據(jù)分析 由圖2中可以看出，該點(diǎn)變形較大，到墊層澆筑完成后，該測點(diǎn)累計(jì)變形已達(dá)101.90 mm，嚴(yán)重危及基坑安全。在攪拌樁加固開始施工后，基坑開挖之前，地下墻位移已經(jīng)有較為明顯的變化，CX23測點(diǎn)位移最大值已經(jīng)高達(dá)34.39 mm，占總變形量的33.7%。由于此時基坑還未開挖，所以基坑變形是由于攪拌樁加固引起的。 可見，水泥與土攪拌成樁過程中存在側(cè)向擠土效應(yīng)，即攪拌樁加固施工時有擠土效應(yīng)，對基坑變形有很明顯的影響。 從基坑開始開挖到攪拌樁施工結(jié)束，地下墻變形量為52.77 mm，已占總變形量的51.8%，這一階段地下墻位移驟然變化，日均變化量非常大，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常的基坑位移速率。這是由于攪拌樁加固和基坑開挖同時施工長達(dá)一個星期。一方面攪拌樁加固有側(cè)向擠土效應(yīng)，會導(dǎo)致基坑向坑內(nèi)變形；另一方面基坑開挖卸載，被動區(qū)土壓力減弱，從而釋放了攪拌樁的側(cè)向擠壓力，兩者共同作用致使基坑變形迅速，造成對基坑變形的不利影響。可見，如果施工工序安排不合理，坑外攪拌樁加固施工和基坑開挖同時進(jìn)行會對基坑變形造成極為不利的影響，甚至?xí)＜盎影踩?攪拌樁施工結(jié)束后，基坑位移變化速率有所緩和，基坑變形趨于正常，從攪拌樁加固結(jié)束到基坑墊層澆筑完成，地下墻變形只有14.74 mm，僅占總變形量的14.5%。這是由于該階段攪拌樁施工已結(jié)束，攪拌樁經(jīng)過初凝，由此產(chǎn)生的膨脹擠土效應(yīng)減弱，對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移影響逐漸消失，該階段基坑變形基本全部由基坑開挖引起。可見，攪拌樁加固結(jié)束后對基坑變形的影響就很小。 由此可得，南端頭井的總位移主要是由攪拌樁加固和基坑開挖兩方面導(dǎo)致。在盾構(gòu)進(jìn)出洞攪拌樁加固施工時，由于水泥與土攪拌成樁過程中側(cè)向擠土效應(yīng)比較明顯，因此對車站基坑變形影響就很顯著。 圖3給出了CX24、CX23測點(diǎn)變形情況的對比。南端頭井測點(diǎn)CX23的位移由基坑開挖和攪拌樁加固引起，而測點(diǎn)CX24的位移主要是由車站基坑開挖引起。從圖中可以看出，CX24測點(diǎn)的總變形量為32.76 mm，占CX23測點(diǎn)總變形量的32.1%。北端頭井墻外側(cè)也為盾構(gòu)進(jìn)出洞攪拌樁加固，只是北端頭井在基坑開挖之前，攪拌樁加固施工已經(jīng)完成了20 d了。可見攪拌樁加固施工完成并達(dá)到養(yǎng)護(hù)期限后再進(jìn)行基坑開挖，可以減少對基坑變形的影響。 由此可見，攪拌樁加固對基坑變形的影響很大，特別是在同時施工的情況下其影響尤為明顯。南端頭井地下墻位移過于偏大，不僅危及基坑安全，而且對今后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工帶來了困難。因此，考慮到攪拌樁加固時的擠土效應(yīng)，會對基坑的變形產(chǎn)生影響，所以盾構(gòu)進(jìn)出洞加固最好安排在圍護(hù)結(jié)構(gòu)完成后（達(dá)到混凝土養(yǎng)護(hù)要求），端頭井開挖前完成。4 采取的控制措施 由于坑外攪拌樁加固會對基坑變形產(chǎn)生影響，為了盡可能地減小坑外攪拌樁加固對基坑變形的影響，可以采取如下措施： (1) 合理安排施工順序，應(yīng)將盾構(gòu)進(jìn)出洞加固時間安排在車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)完成并達(dá)到混凝土養(yǎng)護(hù)要求后，而且要在端頭井開挖前進(jìn)行，從而可以避免盾構(gòu)進(jìn)出洞攪拌樁加固對基坑變形造成過大的影響。嚴(yán)禁攪拌樁加固施工與基坑開挖同時進(jìn)行。 (2) 合理規(guī)劃攪拌樁的施工流程和次序，選擇合理的位置允許釋放攪拌樁產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力，使應(yīng)力有所釋放，減少對基坑變形的影響。 (3) 如果因?yàn)楣て诨蚱渌┕ひ螅仨氝M(jìn)行不合理施工交叉時，應(yīng)考慮用其他對周邊環(huán)境影響較小的加固施工方法，例如采用取土置換的SMW工法進(jìn)行。5 結(jié) 論 (1) 南北端頭井?dāng)嚢铇都庸淌┕び绊懕容^發(fā)現(xiàn)，由于施工工序安排不合理，南端頭井地下墻位移過于偏大，不僅危及基坑安全，而且對今后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工帶來了困難。基坑外側(cè)攪拌樁加固施工時，基坑開挖卸載，釋放了攪拌樁的側(cè)向擠壓應(yīng)力，導(dǎo)致地下墻位移變形驟然加大。即使不進(jìn)行基坑開挖，攪拌樁的側(cè)向擠壓力對地下墻的影響也很大，因此應(yīng)提高重視。 (2) 攪拌樁加固對基坑變形的影響跟施工工序和工期有很大關(guān)系。如果施工工期安排不當(dāng)就會對基坑變形產(chǎn)生不良影響。 (3) 攪拌樁加固施工時，為了減小攪拌樁施工對基坑變形的影響，應(yīng)將盾構(gòu)進(jìn)出洞加固時間安排在圍護(hù)結(jié)構(gòu)完成并達(dá)到砼養(yǎng)護(hù)要求后，而且要在端頭井開挖前進(jìn)行。嚴(yán)禁攪拌樁加固施工與基坑開挖同時進(jìn)行。5 結(jié) 論 (1) 南北端頭井?dāng)嚢铇都庸淌┕び绊懕容^發(fā)現(xiàn)，由于施工工序安排不合理，南端頭井地下墻位移過于偏大，不僅危及基坑安全，而且對今后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工帶來了困難。基坑外側(cè)攪拌樁加固施工時，基坑開挖卸載，釋放了攪拌樁的側(cè)向擠壓應(yīng)力，導(dǎo)致地下墻位移變形驟然加大。即使不進(jìn)行基坑開挖，攪拌樁的側(cè)向擠壓力對地下墻的影響也很大，因此應(yīng)提高重視。 (2) 攪拌樁加固對基坑變形的影響跟施工工序和工期有很大關(guān)系。如果施工工期安排不當(dāng)就會對基坑變形產(chǎn)生不良影響。 (3) 攪拌樁加固施工時，為了減小攪拌樁施工對基坑變形的影響，應(yīng)將盾構(gòu)進(jìn)出洞加固時間安排在圍護(hù)結(jié)構(gòu)完成并達(dá)到砼養(yǎng)護(hù)要求后，而且要在端頭井開挖前進(jìn)行。嚴(yán)禁攪拌樁加固施工與基坑開挖同時進(jìn)行。參考文獻(xiàn)：[1] 朱林海. 被動區(qū)壓力注漿在深基坑中的應(yīng)用研究[D]. 上海:同濟(jì)大學(xué), 2000: 5–6. (ZHU Lin-hai. The application research of press- controlling grouting in pit projects[D]. Shanghai: Tongji University, 2000: 5–6.)[2] 劉建航, 侯學(xué)淵. 基坑工程手冊[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 199: 15–16. (LIU Jian-hang, HOU Xue-yuan. Excavation engineering handbook[M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 1999:15–16.)
