近海土巖結合地區樁錨支護體系的應用

吉兆騰 劉國沖

(1.中國建筑東北設計研究院有限公司，遼寧沈陽 110003;2.遼寧省巖土與地下空間工程技術研究中心，遼寧沈陽 110003)

0 引言

近年來，隨著地下工程建設的迅猛發展，基坑工程的深度及施工難度不斷增加，在復雜地層中的應用也越來越多，對支護結構的可靠性及安全性提出了更高的要求［1］。

朱志華、劉濤等［2］對青島地區土巖結合地質條件下深基坑支護方式進行總結，得出土層樁錨與巖層噴錨相結合的主要支護形式。許婷華［3］對青島沿海地區深基坑支護施工進行廣泛調查和研究，確定了青島地區深基坑支護的主要形式為錨噴支護和樁錨支護。

在近海含水量較大的土巖結合地區，預應力錨索在土層中施工存在塌孔、錨固效果差等問題［4］，而地質鉆桿在巖層中難以成孔，因此需針對不同地層采用不同的錨桿(索)支護。以大連市某近海深基坑支護工程為例，介紹了近海土巖結合地區樁錨支護體系的應用，通過位移等監測數據，對樁錨支護體系在復雜地層中的應用效果進行了討論。

1 工程概況

大連市某深基坑工程位于大連市中山區，東側臨近港通街，南臨疏港路，其余兩側臨近空地。項目臨近大連港，距離海邊最近距離約400 m。基坑占地面積約11 210 m2，基坑頂標高絕對標高約為3.50 m，基坑底標高絕對標高約為－8.75 m，基坑深12.25 m。基坑工程安全等級為一級，結構重要性系數取1.1。

1.1 工程地質條件

根據本工程巖土工程勘察報告，支護結構范圍內場地地層自上而下為:①雜填土。黃褐色，以粘性土為主，局部含少量建筑垃圾、生活垃圾及回填碎石，硬雜質含量約占30%，干燥～飽和，松散狀態;②粉質粘土。黃褐色，韌性中等，干強度中等，局部含石英角礫，粒徑2 mm～20 mm，含量約占20%，夾薄層細砂，可塑～軟塑狀態，濕～飽和;③卵石。黃褐色，成分為石英，粒徑20 mm～200 mm，含量約占50%，余為粘性土、角礫充填，中密狀態，飽和;④全風化板巖。黃褐色，原巖變余泥質結構，板狀構造，巖體風化節理裂隙發育，巖芯呈土狀。該層風化不均勻，局部夾薄層強風化板巖。屬極軟巖，巖體極破碎，巖體基本質量等級Ⅴ級;⑤強風化板巖。黃褐色，變余泥質結構，板狀構造，巖體風化節理裂隙發育，巖芯呈碎片狀、片狀。該層風化不均勻，局部夾薄層中風化板巖。屬軟巖，巖體破碎，巖體基本質量等級Ⅴ級;⑥中風化板巖。灰褐色，變余泥質結構，板狀構造，巖體較完整，巖芯呈塊狀、餅狀、短柱狀、柱狀，夾石英巖脈，裂隙面呈黃褐色，屬較軟巖，巖體較完整，局部較破碎，巖體基本質量等級Ⅳ級。各土層物理力學參數詳見表1。

表1 各土層物理力學參數

1.2 水文地質條件

勘察期間，場地內所有鉆孔均見有地下水，地下水類型為潛水及基巖裂隙水，主要賦存于雜填土層及基巖中。勘察期間地下水位穩定埋深3.30 m～3.70 m，地下水位標高－0.17 m～0.31 m。

1.3 基坑周圍環境

基坑北側臨近既有建筑，既有建筑距離基坑紅線約為5.0 m，距地下室外墻約為8.0 m，且基坑北側含有多條地下管線，管線侵入用地紅線，距離地下室外墻約為2.0 m，該段地層主要為強風化巖層，且臨近海邊。該段周邊環境復雜，在基坑設計時，需考慮對既有建筑物以及地下管線的影響。基坑東側臨近主干道路，此側也為主要出土行車道路，道路下部近基坑側含有地下高壓管線。基坑南側臨近既有高架橋，高架橋距建筑紅線約為10.0 m，距離地下室外墻約為15.0 m，該高架橋為城市主干道。基坑西側外為現狀空地，無任何既有建筑物，施工規劃為材料堆放及加工場地，該段地質條件較為復雜，在基坑支護范圍內含有填土、粉質粘土、卵石、強風化板巖，大部分范圍為填土及粉質粘土，且地下水位較高，需對基坑的水平位移和地下水嚴格進行控制，并實時進行基坑監測，確保在施工過程中基坑的安全穩定。

2 基坑支護及地下水控制方案

2.1 基坑支護方案

該基坑周邊情況復雜，管線密布，如何根據地質條件、周邊環境情況、開挖深度、基礎距離基坑邊距離等條件合理選取支護類型，又能保證基坑安全、經濟且便于施工，就顯得尤為重要。在基坑支護方案選型中主要考慮以下問題:

1)本項目場地狹小，用地緊張，周邊環境復雜。基坑周圍存在既有建筑，管線較多，且距離基坑邊線較近，對支護結構變形控制要求較高，尤其是水平位移需嚴格控制。

2)基坑較深，地層變化起伏較大，北側、東側、南側地表以下約2 m地層為強風化板巖，地質情況良好。西側地質情況復雜，基坑深度為12.25 m，地表以下0 m～3.0 m為雜填土，3.0 m～9.0 m 為粉質粘土，9.0 m～12.25 m 為強風化板巖。基坑支護深度內存在土巖共存現象。

3)錨(桿)索在土層、巖層中分別采用不同設備施工。錨桿通過旋轉式鉆機，將錨桿壓入穩定土層中，而錨索采用潛孔錘等沖擊設備可在巖層中進行施工。由于二者之間施工工藝的差別，導致錨桿在巖層中難以成孔，只能錨固于穩定土層中。而由于地下水的存在，錨索在粉質粘土層成孔過程中對土體產生擾動，使得孔中粉質粘土呈流塑狀態，存在施工過程中易塌孔、注漿養護后錨固力不足等問題。

為了有效控制基坑變形，減小基坑開挖對周圍環境的影響。經分析討論認為，對于基坑強風化巖層較淺位置，考慮使用支護樁與預應力錨索結合的支護形式。對于基坑強風化巖層較深，支護范圍內存在土巖交接位置，考慮采用支護樁、預應力錨索、地質鉆桿結合的支護形式，在上部土層中施作地質鉆桿，地質鉆桿全長錨固于土層中。對于下部地質鉆桿難以施工的巖層，采用預應力錨索，將錨固段錨固于穩定巖層中，達到安全經濟的效果。

綜合以上分析，對于支護范圍內土巖結合位置采用支護樁、預應力錨索、地質鉆桿結合的支護形式。支護樁樁徑800 mm，樁間距1.5 m，支護樁嵌固深度2.5 m。支護樁上部設置兩道地質鉆桿，鉆桿水平間距同樁間距，鉆桿錨固于土層之中，注漿采用二次高壓注漿。支護樁下部設置兩道預應力錨索，錨索水平間距同樁間距，錨索錨固段錨固于穩定強風化巖層中。典型剖面圖如圖1所示。

圖1 土巖結合位置支護斷面圖

對土巖結合位置進行開挖工況下的內力分析，內力包絡圖及計算模型如圖2，圖3所示。

2.2 地下水控制方案

基坑范圍內東側及南側北側大部分為強風化板巖，西側及北側南側局部含有卵石層。對于基坑范圍內含有卵石層范圍，采用葷素咬合樁形成止水帷幕，以隔絕地下水。基坑排水方式采用坑內明排，坑內設置排水盲溝和集水坑抽排地下水及帷幕滲漏水。

圖2 計算模型（單位：m）

圖3 內力包絡圖

3 基坑監測結果

本工程基坑西南側臨近既有城市主干路，且地質條件復雜，為監測的重點區域［5］。因此在基坑開挖前在基坑冠梁間隔20 m設置樁頂水平位移監測點，用來觀測基坑開挖過程中樁頂水平位移變化情況。圖4為基坑開挖過程中，部分監測點樁頂水平位移監測曲線，其中S1，S4分別為基坑北側、東側巖質基坑段位移最大的兩個監測點，S23，S24為基坑西側、西南側土巖結合段基坑位移最大的兩個監測點。

圖4 樁頂水平位移監測曲線

通過基坑開挖全周期近200 d持續監測可以看出:

1)巖質段基坑總體水平位移小于土巖結合段樁頂水平位移。巖質段監測點S1，S4位置樁頂水平位移分別為－16.02 mm，－20.61 mm。土—巖結合段監測點 S23，S24 位置樁頂水平位移分別為－27.62 mm，－28.89 mm，其中“－”號表示樁頂水平位移方向為由基坑外側向基坑內側移動。監測結果均滿足規范GB 50497—2009建筑基坑工程監測技術規范，證明該支護方案在該工程中的應用是可行的。

2)在巖質段基坑位移監測點中，臨近市政道路位置監測點S4較遠離市政道路的監測點S1樁頂水平位移大。

3)在開挖初期，土巖結合段樁頂水平位移變化速率較巖質段樁頂水平位移大。

4 結語

經過分析，得到如下結論及建議:

1)以大連某深基坑為實例，對基坑開挖過程中樁頂水平位移進行監測，結果表明護樁、預應力錨索及地質鉆桿的聯合支護體系在控制基坑變形方面效果明顯，滿足設計要求。

2)支護樁、預應力錨索及地質鉆桿的聯合支護體系能夠保證基坑的安全穩定，并且可減少對周圍環境的影響，節省對地下空間的占用。證明這種支護形式是安全可靠的。

3)通過監測結果證實，支護樁、預應力錨索及地質鉆桿的聯合支護體系在該地區應用效果良好，可為該地區類似基坑支護項目提供參考借鑒。