土巖雙元邊坡雙排樁復(fù)合支護結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與研究

張昌太 張啟軍 趙春亭 劉永鑫

（1.青島業(yè)高建設(shè)工程有限公司；2.西北綜合勘察設(shè)計研究院青島分院）

在深開挖邊坡施工過程中，經(jīng)常遇到上部土層、下部基巖，開挖深度范圍內(nèi)為土巖雙元的地層條件，設(shè)計的邊坡支護灌注樁端往往要深入堅硬巖石內(nèi)保證嵌固深度。在臨近周邊建筑物的情況下，錨桿長度受限，往往采用雙排灌注樁支護形式［1］。

目前，進入堅硬巖石的支護灌注樁成孔工藝通常有如下幾種。①沖擊錘成孔工藝:采用卷揚吊重錘，在樁孔內(nèi)上下沖擊，將硬巖破碎，孔內(nèi)注入泥漿循環(huán)出渣成孔。②大型旋挖鉆機成孔工藝:大型旋挖鉆機截齒鉆具或牙輪鉆具將孔內(nèi)巖體破碎或取巖芯成孔。③大直徑潛孔錘成孔工藝:采用大型樁機配以大直徑潛孔錘，通過大型空壓機供風(fēng)，將孔內(nèi)硬巖沖擊成粉末，吹出孔內(nèi)成孔。前2種工藝效率較低，沖擊錘成孔泥漿污染嚴重，振動影響范圍大；大型旋挖破碎硬巖噪音很大；大直徑潛孔錘粉塵量很大，噪音也非常大；同時，3種工藝的成本均較高。

經(jīng)過多個項目的探索，支護灌注樁上部土層和軟巖部分，采用常規(guī)工藝成孔，下部入硬巖后，設(shè)置多根小直徑微型鋼管樁向堅硬基巖內(nèi)鉆孔灌注接長，來保證支護結(jié)構(gòu)的嵌固深度。考慮到土巖雙元邊坡，其雙排灌注樁為吊腳樁［2］，后排樁設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力錨索錨拉，優(yōu)化雙排樁支護結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，更好地控制邊坡變形。下部硬巖部分采用錯臺后微型樁結(jié)合錨桿進行支護［3］。

現(xiàn)以某一項目為例，介紹其應(yīng)用與監(jiān)測情況。

1 工程概況

該項目位于青島市某核心地段，擬開挖邊坡周長為1 520 m，邊坡深度為12.6~36.5 m。擬開挖場區(qū)西側(cè)臨近城市支路，道路邊線與地下室相距18.6 m，以外有一座酒店樓房、一個磚房、一個小區(qū)及其他構(gòu)筑物。擬開挖場區(qū)南側(cè)與某酒店相隔一條車行道，酒店有兩層地下室。擬開挖場區(qū)東側(cè)臨近一條主要城市道路，局部臨近某商務(wù)酒店。場區(qū)北部暫不開挖。臨近的道路均埋設(shè)有各類管線，周邊環(huán)境條件比較復(fù)雜。

1.1 工程地質(zhì)條件

場區(qū)第四系主要由人工填土層、粉質(zhì)黏土層、含黏性土粗砂、花崗巖強風(fēng)化帶、花崗巖中風(fēng)化帶、花崗巖微風(fēng)化帶組成。其中基巖節(jié)理及裂隙較發(fā)育，多為高角度節(jié)理。

1.2 水文地質(zhì)條件

擬開挖場區(qū)地下水主要為巖石裂隙水，第四系孔隙潛水主要含水層為粗砂土層，地質(zhì)鉆孔觀測的地下水穩(wěn)定水位埋深為1.10~10.0 m。

2 雙排樁復(fù)合支護型式

場區(qū)西南側(cè)開挖深度為26.3~29.1 m，劃分為支護3-a單元和3-b單元，在場區(qū)內(nèi)的位置詳見圖1。該單元臨近某星級酒店地下室，不能施工長錨桿，采用了上部雙排灌注樁，后排樁設(shè)豎向預(yù)應(yīng)力錨索，下部為微型鋼管樁+預(yù)應(yīng)力錨桿的復(fù)合支護型式，以3-a單元為例，其復(fù)合支護型式剖面圖見圖2。

3-a單元原設(shè)計支護參數(shù)如下。

（1）灌注樁。①雙排支護灌注樁樁徑為1 000 mm，排樁的中心距均為2.5 m，前后排樁的中心距為3.5 m；②樁頂設(shè)置鋼筋混凝土冠梁與連梁，冠梁截面尺寸均為1 100 mm×800 mm，連梁截面尺寸均為800 mm×800 mm。

（2）錨桿。①設(shè)置多層預(yù)應(yīng)力錨索、全粘結(jié)錨桿，矩形排列，鉆孔注漿錨固工藝，灌注42.5級純水泥漿；②預(yù)應(yīng)力錨索端部預(yù)留長度應(yīng)滿足張拉鎖定要求；③后排樁設(shè)置大噸位豎向預(yù)應(yīng)力錨索。

（3）面層。①灌注樁側(cè)標(biāo)高9.5 m以上位置設(shè)置鋼筋網(wǎng)噴射混凝土，采用綁扎雙層鋼筋?8 mm@200 mm×200 mm，面層厚度為200 mm，其余坡面設(shè)置鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層1，采用綁扎鋼筋網(wǎng)6.5 mm@200 mm×200 mm，面層厚度為100 mm；②灌注樁頂標(biāo)高以上坡面設(shè)置縱橫肋梁，其余預(yù)應(yīng)力錨索端部設(shè)置腰梁1、2、6，全粘結(jié)錨桿除MG0外端部均設(shè)置腰梁；③以錨桿為節(jié)點縱橫設(shè)置2根?14 mm加強筋，縱向加強筋延伸至各梁內(nèi)錨固。

（4）微型鋼管樁。樁芯的鋼管直徑為146 mm，壁厚為5 mm，鉆孔直徑為200 mm，樁中心距為1 000 mm，孔內(nèi)用水灰比為1∶2的純水泥漿灌注密實。

（5）防排水。①坡頂設(shè)擋水臺階，坡底設(shè)排水溝與集水井；②坡面設(shè)置泄水孔，采用?50 mmPVC排水管，按2 m×2 m間距設(shè)置，并可以根據(jù)坡面滲水情況 適當(dāng)調(diào)整。錨桿參數(shù)見表1。

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現(xiàn)場采用旋挖寶峨18型樁機成孔，至硬巖時進尺緩慢，對施工樁底標(biāo)高未達到設(shè)計標(biāo)高時，則采用鋼管樁進行接長［4］，前排設(shè)置4根鋼管樁，后排設(shè)置2根鋼管樁，鋼管選用Q235鋼，直徑為146 mm，壁厚為10 mm，鋼管樁錨入灌注樁內(nèi)長度不小于2 m。鋼管樁進入灌注樁內(nèi)的長度控制按以下原則:前排樁實際樁長與設(shè)計樁長相差0.3～1 m嵌固1.5 m，相差1～2 m嵌固2.5 m，相差2～3 m嵌固3.5 m；外排樁實際樁長與設(shè)計樁長相差0.5～1.5 m嵌固1.5 m；相差1.5～2 m嵌固2 m，相差2～2.5 m嵌固2.5 m；相差2.5～3 m嵌固3 m。灌注樁灌注前預(yù)先留置鋼套管，鋼套管選用Q235鋼，直徑為180 mm，壁厚為3.5 mm，長度同灌注樁樁體長度一致，鋼管樁施工完成后，套管內(nèi)采用水灰比為1∶2的純水泥漿灌注密實，水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥。接樁見圖3。

3 微型樁及豎向錨索工藝流程

3.1 微型鋼管樁接樁流程

孔口微型鋼管樁施工方法適用于各種樁型的接長處理，采用潛孔鉆成孔錨固即可，施工工藝流程見圖4。

3.2 微型鋼管樁施工要點

（1）旋挖成孔，地下水較多時，采用泥漿護壁，至硬巖進尺緩慢后停止鉆進，清底同沖擊鉆；干燥地層可直接成孔，至硬巖后停鉆。

（2）在鋼筋籠內(nèi)側(cè)焊接固定預(yù)留孔道的鋼管，鋼管底部采用密目網(wǎng)包裹，避免澆筑混凝土?xí)r進入管內(nèi)。

（3）鋼筋籠安裝后要在孔口對其進行固定，避免澆筑過程中上浮。

（4）混凝土澆筑后2~3 d，可以采用潛孔鉆成孔，潛孔鉆鉆桿鉆具直接放入固定在鋼筋籠的鋼管內(nèi)鉆進即可，鉆頭直徑150~165 mm，比設(shè)計深度一般超深50 cm，到底后使用高壓風(fēng)吹出沉渣。

（7）注漿采用水灰比為1∶2的純水泥漿，水泥標(biāo)號采用42.5級，孔內(nèi)注漿后可吊放鋼管配以振動機械直接下入孔內(nèi)即可。

3.3 豎向錨索施工要點

豎向錨索施工有2種辦法:①采用地質(zhì)鉆機取芯鉆孔至設(shè)計深度；②澆筑樁混凝土前，在鋼筋籠內(nèi)預(yù)先焊接鋼管作為鉆孔通道，鉆孔后，下鋼絞線束，注漿錨固，強度達到張拉條件后進行張拉鎖定。

4 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.1 監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測點布置

根據(jù)本邊坡支護結(jié)構(gòu)形式、施工方法、地質(zhì)條件、環(huán)境條件的特點，依據(jù)邊坡工程設(shè)計圖紙及監(jiān)測規(guī)范要求，設(shè)置以下邊坡監(jiān)測內(nèi)容:①坡頂水平位移觀測；②坡頂沉降觀測；③深層水平位移觀測；④預(yù)應(yīng)力錨索軸力觀測；⑤周邊地表及建筑物沉降觀測；⑥地表裂縫觀測。監(jiān)測點布置見圖5。

4.2 坡頂水平位移數(shù)據(jù)分析

各監(jiān)測點最大水平位移為17.6~37.7 mm，位移最大值與基坑深度的比值約為1.4‰，見表2。

4.3 坡頂豎向位移數(shù)據(jù)分析

各監(jiān)測點最大豎向位移為4.1~15.5 mm，位移最大值與基坑深度的比值約為0.6‰，見表3。

4.4 預(yù)應(yīng)力錨索軸力數(shù)據(jù)分析

各測量點最大變化值為134.87~177.87 kN，變化值較大，主要是因為錨索初次張拉時，超張拉荷載不夠，鎖定時損失量較大，沒有鎖定到設(shè)計荷載，后又加大超張拉鎖定荷載，重新進行了張拉鎖定，后續(xù)錨索軸力觀測情況趨于穩(wěn)定，見表4。

4.5 樁身鋼筋內(nèi)力數(shù)據(jù)分析

樁身內(nèi)力的變化主要出現(xiàn)在基坑開挖初期和中期，其中有樁身內(nèi)力出現(xiàn)突變情況，最大為7 kN左右，但總體變化不大，未達到報警值，邊坡開挖后期及使用過程中，樁身鋼筋內(nèi)力的觀測值趨于平緩，見圖6。

4.6 臨近建（構(gòu)）筑物沉降數(shù)據(jù)分析

各沉降監(jiān)測點最大位移為0.8~12.8 mm，VS24號點沉降稍微超了一點，其它各點控制良好。最終變化量見表5。

4.7 變形監(jiān)測總體分析

（1）根據(jù)邊坡變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，坡頂水平位移變形主要出現(xiàn)在邊坡開挖初期和中期，初期預(yù)應(yīng)力施加不足，造成位移變化較大，重新施加到位后效果明顯。在開挖過程后期，墊層施工后至基坑回填曲線趨于平緩，邊坡變形趨于穩(wěn)定。

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（2）坡頂水平位移和豎向位移最終均控制在邊坡深度的1.5‰以內(nèi)，變形控制總體比較理想。

5 結(jié)語

該土巖雙元超深邊坡，采用上部雙排灌注樁、后排樁預(yù)應(yīng)力錨索豎向錨拉、遇硬巖微型樁接長嵌固，下部微型樁結(jié)合錨桿支護，經(jīng)對施工過程及運行期間的變形監(jiān)測表明，該工程是成功的。對于類似的土巖雙元地層條件，臨近地下結(jié)構(gòu)無法打設(shè)長錨桿的情況下，該復(fù)合支護形式具有推廣的應(yīng)用價值。目前，許多巖土工作者也開展了一些土元雙元深基坑支護及吊腳樁支護的一些課題，包括劉紅軍教授團隊研究的加錨雙排樁與吊腳樁基坑支護結(jié)構(gòu)數(shù)值分析[2]，張明義教授團隊研究的基于Plaxis 2D的吊腳樁剛度對支護的影響分析[5]等，但尚未形成成熟理論及指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)，對于其支護機理有待進一步深入研究，通過不斷實踐探索,形成指導(dǎo)性規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。