巖石地區(qū)基坑排樁支護(hù)新型式設(shè)計(jì)

張群仲

（中鐵工程設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100038）

巖石地區(qū)基坑排樁支護(hù)新型式設(shè)計(jì)

張群仲

（中鐵工程設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100038）

以某地鐵車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，開創(chuàng)性地設(shè)計(jì)出“無(wú)嵌固式‘吊腳樁’”這一全新的基坑支護(hù)型式，并對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中關(guān)鍵控制點(diǎn)等技術(shù)成果做出全面匯總?；映晒κ┳?，可為類似工程提供借鑒；同時(shí)，基于此次成功施做經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此種基坑支護(hù)新型式進(jìn)行探討、研究，提出基坑設(shè)計(jì)理論新觀點(diǎn)。

基坑排樁支護(hù)；“吊腳樁”；圍巖

1 工程概況

1.1 車站簡(jiǎn)介

該地鐵車站為地下雙層，10m站臺(tái)，島式車站，主體建筑面積為6 431m2。主體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)172.8m，標(biāo)準(zhǔn)段寬18.5m，高13.1m，覆土深3.1～5.1m。周圍鄰近住宅區(qū)、酒店式公寓和城市主干道。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

1.2.1 工程地質(zhì)條件

本場(chǎng)地揭露的地層主要有以下幾種。

第四系全新統(tǒng)人工堆積層（Q4m）l：①素填土，厚1.10～5.50m。第四系上更新統(tǒng)坡洪積層（Q3dl+p）l：⑤1粉質(zhì)黏土，層厚2.00m，⑤3含碎石粉質(zhì)黏土，層厚2.20～3.40m。第四系中更新統(tǒng)殘積層（Q2e）l：⑥2紅黏土，層厚2.00～11.50m。震旦系南關(guān)嶺組石灰?guī)r（Zwhn）：分布普遍，按風(fēng)化程度可分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化及溶洞4個(gè)亞層：?全風(fēng)化石灰?guī)r，層厚2.50～13.50m，? 2強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r，層厚0.50～4.50m，? 3中風(fēng)化石灰?guī)r，? 1溶洞。

1.2.2 水文地質(zhì)條件

本場(chǎng)地地下水按賦存條件主要為孔隙水及基巖裂隙水[1]。地下水的類型主要為潛水。場(chǎng)區(qū)地層中的孔隙水與裂隙水局部具連通性。穩(wěn)定水位埋深1.40～3.90m。

1.2.3 巖土物理力學(xué)指標(biāo)(見(jiàn)表1)

表1 各層巖土物理力學(xué)指標(biāo)

2 車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案選型[3，4]

綜合車站主體情況、周圍建（構(gòu)）筑物和道路情況、地質(zhì)條件等,確定采用明挖基坑排樁支護(hù)型式，坑外降水，主要支護(hù)參數(shù)為：

采用φ1000mm＠1400mm灌注樁，三道鋼支撐對(duì)撐，鋼支撐采用φ609mm鋼管，壁厚t=14mm，橫撐水平間距為4.0m。第一道鋼支撐設(shè)于冠梁上，其余鋼支撐通過(guò)水平鋼圍檁支撐在灌注樁上。圍護(hù)樁緊貼結(jié)構(gòu)施做，組成復(fù)合式結(jié)構(gòu)。如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)段剖面圖

2.2 基于現(xiàn)行理論的計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范及理論，結(jié)合本基坑參數(shù)，采用理正深基坑計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果包括強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定，均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3 基坑支護(hù)新型式 --無(wú)嵌固式“吊腳樁”設(shè)計(jì)

3.1 施工中遇到的問(wèn)題按照施工圖紙，施工單位展開圍護(hù)樁施工。由于該地區(qū)多為巖石地層，圍護(hù)樁施工一般采用人工挖孔法，遇較硬巖石時(shí)多用爆破方式開挖。隨著圍護(hù)樁的開挖，現(xiàn)場(chǎng)施工發(fā)現(xiàn)地下巖石很“硬”，很難繼續(xù)向下開挖，每次僅能爆破10cm以內(nèi)。此時(shí)圍護(hù)樁尚未挖到基坑底，離嵌入坑底2.5m的要求相差更多，形成了“吊腳”。這種樁的比例大約占總數(shù)的一半，如果仍按原要求施工，施工時(shí)間將大大延長(zhǎng)，投資

增加；尤其在雨季施工，會(huì)增加施工風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 問(wèn)題的解決方案研究

為了解決問(wèn)題，我們進(jìn)行了大量的研究計(jì)算，包括與地質(zhì)勘察部門就巖石的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了深入研究和探討。

3.2.1 傳統(tǒng)做法的“吊腳樁”

基于現(xiàn)行理論，圍護(hù)結(jié)構(gòu)需伸至最危險(xiǎn)滑裂面以下，以提供抗滑力與滑裂面內(nèi)下滑力平衡，從而確定嵌固深度。

巖石地區(qū)基坑上部為土體，下部為巖石，若巖石巖性、整體性足夠好（黏聚力c、內(nèi)摩擦角φ足夠大），則最危險(xiǎn)滑裂面并不通過(guò)基坑底，而是位于土巖分界面處[2]。比如陡峭的懸崖，即使上部承受一定的壓力，巖體自身可以保持穩(wěn)定（巖層上部的土層壓力，見(jiàn)圖2）。

以上觀點(diǎn)雖尚無(wú)成熟理論，卻被廣泛應(yīng)用于巖石地區(qū)基坑支護(hù)中，并得以充分驗(yàn)證，這就是“吊腳樁”支護(hù)型式——基坑四周預(yù)留肥槽：采用分離式結(jié)構(gòu)；圍護(hù)樁采用預(yù)應(yīng)力錨索拉錨；樁底嵌入巖體中，預(yù)留一定寬度巖肩，以保證樁底穩(wěn)定；下部巖體成一定坡度，網(wǎng)噴護(hù)坡，必要時(shí)施做巖石錨桿（見(jiàn)圖3）。

圖2 最危險(xiǎn)滑裂面位置示意圖

圖3 “吊腳樁”支護(hù)型式

3.2.2 與傳統(tǒng)做法“吊腳樁”的比較

本基坑與“吊腳樁”支護(hù)型式的不同之處在于：圍護(hù)樁緊貼結(jié)構(gòu)施做，無(wú)法施做錨索拉錨；樁底處未留巖肩；下部巖體側(cè)壁垂直基坑底，無(wú)坡度。

若下部巖體巖性、整體性足夠好，即使承受上部土體壓力，巖體側(cè)面無(wú)坡度（垂直基坑底面）當(dāng)然可以保持自身穩(wěn)定。若用鋼支撐代替錨索，強(qiáng)度及穩(wěn)定性也可滿足要求。巖肩給予樁底向基坑外側(cè)的約束力完全可由鋼支撐提供。既如此，目前的支護(hù)型式理論上當(dāng)然可以滿足基坑穩(wěn)定性要求，無(wú)巖肩、無(wú)嵌固的“吊腳樁”支護(hù)型式也可以成立。

3.2.3 設(shè)計(jì)措施

基于上述分析，采取工程措施，保證現(xiàn)場(chǎng)圍護(hù)樁的邊界條件與傳統(tǒng)“吊腳樁”一致，充分利用基坑的時(shí)間和空間效應(yīng)[1]，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，減少系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。主要措施如下。

1）圍護(hù)樁需入巖2m，做好內(nèi)支撐，確保設(shè)計(jì)預(yù)加軸力。

2）基坑采用中間拉槽施工，兩側(cè)邊留設(shè)1m巖石臺(tái)背，中間基坑落底后逐步剝離，并逆做錨噴混凝土。

3）務(wù)必遵循先支撐后開挖原則，同時(shí)鋼支撐做好可靠的軟連接，防止墜落。

4）將第三道鋼支撐下移0.7m，以減小樁體懸臂段長(zhǎng)度；

5）第二、第三道鋼支撐進(jìn)行加密處理，水平間距由4m改為3m，鋼支撐由φ609mm、t=14mm調(diào)整為t=16mm。

6）個(gè)別樁的樁底位于第三道鋼支撐以上，第三道撐對(duì)其無(wú)法產(chǎn)生支撐作用，需采取切實(shí)有效措施進(jìn)行處理，如預(yù)應(yīng)力錨索。

7）底板澆筑完成并達(dá)到強(qiáng)度要求后，拆除第三道撐前，在側(cè)墻底部腋角上方合理位置，做換撐施工，間距、壁厚同第三道撐。側(cè)墻隨底板做起至盡量高 的位置，以形成對(duì)樁底的約束，待側(cè)墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后方可架設(shè)換撐（位置盡量靠上），繼而拆除第三道撐，換撐位置側(cè)墻做好相關(guān)預(yù)埋件。

8）樁底附近巖石不得采用爆破開挖，保證樁底巖石不受擾動(dòng)。

9） 樁底下巖體打設(shè)錨桿（φ25mm錨桿，孔徑120mm@2m×2m，L=5m,梅花形布置）并進(jìn)行掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)；

10）基坑開挖及主體結(jié)構(gòu)施做均分段進(jìn)行，每段長(zhǎng)度6～10m，環(huán)向施工縫設(shè)置在1/4～1/3梁跨處。

11）由于圍護(hù)樁底部無(wú)固端約束，基坑整體穩(wěn)定性無(wú)法判定，需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)（地面、樁體、鋼支撐等），并做好應(yīng)急預(yù)案，一旦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，應(yīng)立刻采取有效措施，并及時(shí)匯報(bào)。

12）根據(jù)以上建議措施，先取8m左右槽段做試驗(yàn)段，并將整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程詳細(xì)、如實(shí)記錄，及時(shí)上報(bào)。以判斷其可行性并完善方案，經(jīng)相關(guān)分析研究后方可進(jìn)行下一段施工。

3.2.4 試驗(yàn)結(jié)果

施工方嚴(yán)格按設(shè)計(jì)方案施工，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，試驗(yàn)段施做成功。

4 該型式的實(shí)施關(guān)鍵點(diǎn)、適用范圍及推廣價(jià)值

4.1 該支護(hù)型式的關(guān)鍵點(diǎn)

1）圍護(hù)樁雖不必嵌入基坑底，但仍需嵌入中風(fēng)化巖一段長(zhǎng)度，一般不小于2m。

2）基坑采用中間拉槽施工，兩側(cè)邊留一定長(zhǎng)度巖石臺(tái)背，中間基坑落底后逐步剝離臺(tái)背。

3）此支護(hù)型式應(yīng)先取試驗(yàn)段試做，期間加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，試做成功后方可繼續(xù)進(jìn)行，關(guān)鍵即是對(duì)巖性的整體評(píng)估。

4.2 該支護(hù)型式的適用范圍

因巖石硬度、風(fēng)化程度、節(jié)理發(fā)育程度等差異較大，巖石的地質(zhì)勘測(cè)一般取塊狀樣本進(jìn)行，往往僅限于抗壓強(qiáng)度，很難對(duì)巖體的整體性質(zhì)做出準(zhǔn)確描述，故何種巖石適用此種支護(hù)型式很難界定。

表2 圍巖基本分級(jí)

參照《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 100030—2005），引入“圍巖”概念。圍巖的基本分級(jí)應(yīng)由巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度兩個(gè)因素確定；巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度，應(yīng)采用定性劃分和定量指標(biāo)兩種方法綜合確定[5]。圍巖等級(jí)綜合了巖石硬度和完整程度，基本分級(jí)見(jiàn)表2。

經(jīng)會(huì)同地質(zhì)及設(shè)計(jì)專家研究，建議Ⅲ級(jí)及以上圍巖等級(jí)可試做該支護(hù)型式。

4.3 推廣價(jià)值

此種支護(hù)型式——無(wú)嵌固式“吊腳樁”，當(dāng)然不僅限于適用，對(duì)采用“圍護(hù)樁”支護(hù)的基坑。同樣，對(duì)采用地下連續(xù)墻支護(hù)的基坑，若圍巖情況滿足要求也可試做。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)針對(duì)巖石地區(qū)基坑支護(hù)計(jì)算的成熟理論，一般參照土體邊坡的計(jì)算理論。本次設(shè)計(jì)研究，創(chuàng)造性地提出了一種新的巖石地區(qū)基坑支護(hù)型式，填補(bǔ)了該項(xiàng)領(lǐng)域的空白，豐富了明挖基坑支護(hù)形式。可為類似地質(zhì)條件下的基坑工程提供借鑒，拓寬現(xiàn)場(chǎng)處理類似問(wèn)題的思路和方法，可極大降低工程造價(jià)，提高施工效率。

【1】楊圣奇.裂隙巖石力學(xué)特性研究及時(shí)間效應(yīng)[M].科學(xué)出版社，2011.

【2】羅強(qiáng)，朱國(guó)平，王德龍，等.巖石錨固新技術(shù)的工程應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，2014.

【3】JGJ 120—2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

【4】GB 50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

【5】TB 10003—2005鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Design of the New Type of Foundation Pit SupportingPileinRockArea

ZHANG Qun-zhong
(China Railway Engineering Design InstituteCo.Ltd.,Beijing 100038，China)

In thispaper,takingadesigningofasubwaystationmainbody retainingstructure asanexample,wecreativelydesigned thisnew foundation pit support type,which"has no built-in type end-suspended pile".It made a comprehensive summary to the technological achievements of the critical control points in the process of design,foundation pit successfully done,it can provide reference for sim ilar projects.Atthesametime,basedon thesuccessfulexperience,thiskindof foundationpitsupportingnew typewerediscussedand researched, putforward thenew theory ideas offoundationpitdesign.

thefoundation pit supportingpile;the“end-suspendedpile”;thesurrounding rock

TU921；TU94+2

B

1007-9467（2016）08-0067-04

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.014

2016-04-05

張群仲（1967～），男，河北大名人，高級(jí)工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與管理研究，（電子信箱）zhangqunzhong@sohu.com。