吊腳樁在市政隧道明挖基坑支護中的應用

吳 二 林

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

基坑支護結構中較為常見的支護類型有：鋼板樁、地下連續(xù)墻、排樁及SMW工法樁等，基坑支護方案應綜合考慮基坑規(guī)模、地質(zhì)條件、當?shù)毓こ探?jīng)驗等因素。在土巖組合的二元結構特殊地層，由于基坑開挖深度比基巖面深，支護結構不必嵌入基坑底部，既節(jié)約成本又降低施工風險，吊腳樁在該類型的基坑支護中的應用就非常普遍了。本文以廈門市某市政隧道明挖基坑為背景，介紹了吊腳樁在基坑支護中的設計與應用，并介紹了相關施工技術要求。

1 工程概況

廈門市某市政隧道工程為雙向六車道一級公路，設計速度采用80 km/h，汽車荷載采用公路—Ⅰ級，本基坑為該市政隧道工程明挖段，長度301.5 m，基坑開挖深度14.5 m～22.5 m。

根據(jù)基坑規(guī)模、周邊環(huán)境、地質(zhì)條件，主要采用直徑800 mm灌注樁作為基坑圍護樁，并采用錨索作為基坑的支承結構構件。工程沿線巖面埋深起伏較大，對于部分基坑開挖范圍地質(zhì)為半土半巖的區(qū)段，上部土層采用非落底的圍護樁(“吊腳樁”)，下部巖層采用直徑168 mm鋼管樁和錨噴支護。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

工程場區(qū)自西向東為海滄岸屬剝蝕殘丘地帶—廈門西港海域—廈門本島剝蝕殘丘地帶。海滄岸剝蝕殘丘，坡形陡峭。廈門西港海底地形為緩坡，由西往東逐漸降低，地面高程-0.5 m～-20.6 m，西側發(fā)育潮間帶，東側為航道和港池。廈門本島一側工程場區(qū)處于剝蝕殘丘地帶，地勢較平坦。

2.2 地層巖性

據(jù)地勘報告，工程場區(qū)屬剝蝕殘丘地帶，主要地層描述如下：

⑤1全風化花崗巖：灰黃或灰白色，除石英以外其他礦物風化為粉末或粘粒，巖體已呈砂土狀。

⑤2強風化花崗巖：褐黃，灰白色等，許多礦物風化成粉末或粘粒，巖石受風化影響嚴重，結構構造基本破壞，巖體呈砂礫狀。

⑤3中風化花崗巖：灰白色，中細?；◢徑Y構，塊狀構造，高傾角裂隙較發(fā)育，沿裂隙兩側巖石礦物風化較嚴重，表面粗糙，巖質(zhì)大多較硬，裂隙附近軟～較軟。

⑤4微風化花崗巖：灰白色，發(fā)育傾角45°,75°及近垂直裂隙，裂隙面多未被浸染。巖芯20 cm～60 cm柱狀為主，巖質(zhì)堅硬。

2.3 水文地質(zhì)條件

場區(qū)內(nèi)上層滯水主要賦存于表層填土中，水量有限。松散巖類孔隙水主要賦存于第四紀粉土、砂類土、粉質(zhì)粘土中，主要接受上層滯水下滲補給，水量一般?；鶐r孔隙裂隙水主要賦存于基巖節(jié)理、裂隙中，補給來源主要為大氣降水松散巖類孔隙水和大氣降水。

2.4 巖土體物理力學參數(shù)

據(jù)地勘報告，巖土體物理力學參數(shù)見表1。

表1 基坑各巖土層物理力學參數(shù)表

3 基坑支護結構設計

3.1 主要技術標準

1)綜合考慮基坑規(guī)模、基坑周邊環(huán)境、場地地質(zhì)條件以及破壞后果嚴重性，基坑安全等級為一級，基坑環(huán)境保護等級為一級。

2)地面最大沉降量sv≤0.15%H，圍護結構最大水平位移sh≤min(0.15%H，30 mm)。結構重要性系數(shù)取1.1。

3)地面超載:地面荷載按20 kPa計算，基坑周邊2 m范圍內(nèi)不可堆載。

3.2 基坑支護具體布置方案

本基坑支護結構設計以土層最深的斷面作為研究對象,見圖1，該斷面具體布置方案如下：

1)灌注樁采用水下C35混凝土，逐層開挖基坑，逐層架設錨桿(索)，每次開挖面在錨桿(索)中心線下0.4 m。采用直徑D=800 mm灌注樁作為基坑圍護樁，樁間距為1.0 m，冠梁尺寸為1.0 m×1.0 m；對于雜填土及粉質(zhì)粘土層，樁間止水采用φ600@1 000 mm高壓旋噴樁止水，對于強風化花崗巖，樁間采用單排φ48袖閥管@1 000 mm進行注漿止水；豎向共設置四道錨索，其間距從上至下分別為1.5 m,2.5 m,3.5 m和3.5 m，水平間距均為2.0 m，入射角度均為20°，錨固體直徑均為150 mm，錨索均采用3φs15.2鋼束線。

2)灌注樁嵌入微風化基巖以下2 m，巖臺寬度為1.1 m，臨近鎖腳腰梁平臺處2 m范圍內(nèi)巖石應采取靜態(tài)爆破或機械鑿除，確保鎖腳平臺寬度及巖體完整。

3)基巖面以下巖層采用直徑168 mm鋼管樁和錨噴支護，鋼管樁底部進入基坑底以下1.5 m，噴射混凝土厚度為10 cm，φ22砂漿錨桿，長5.0 m，泄水孔采用打孔塑料管，長度為1 m，與錨桿之間間隔布置，水平間距3 m，孔徑100 mm，均按梅花形布置，內(nèi)填碎石。

3.3 結構計算

采用理正深基坑軟件進行圍護結構受力分析，排樁內(nèi)力采用彈性支點法進行計算，水平抗力系數(shù)按m法確定，經(jīng)計算，基坑最大水平位移為16.83 mm，樁身最大彎矩為435.36 kN·m,錨索信息表見表2。

表2 錨索信息表

從計算結果可知，基坑變形和支護結構(包括灌注樁及錨索)內(nèi)力均滿足工程要求，說明設計方案是合理有效的。

4 主要施工技術要求

4.1 灌注樁

1)灌注樁豎向鋼筋接頭直徑不小于22 mm的鋼筋連接方式宜采用機械連接方式，直徑小于22 mm的宜采用焊接方式。

2)灌注樁超灌高度為80 cm；待其混凝土強度達到70%后，將該超灌部分鑿除，灌注樁的豎向鋼筋錨入樁頂冠梁內(nèi)35d。

3)本基坑圍護樁檢測數(shù)量:檢測數(shù)量不小于總樁數(shù)的30%。其中采用聲波透射法數(shù)量不小于總樁數(shù)的10%；其中采用低應變動測法數(shù)量不少于總樁數(shù)的20%，且不少于5根。

4.2 錨索

1)錨索鋼筋選用1×7高強度低松弛預應力鋼絞線，公稱直徑15.2 mm，其極限強度標準值為1 860 MPa。

2)錨索錨固段采用二次壓力注漿法，錨固體28 d無側限抗壓強度不小于30 MPa。一次注漿采用水泥砂漿，壓力為0.4 MPa～0.6 MPa，水灰比為0.4～0.45，灰砂比為0.5～1。二次注漿采用純水泥漿，壓力為2.5 MPa～3.0 MPa，水灰比為0.45～0.50。

3)在錨固體達到設計強度80%后，方可進行錨索張拉，在正式張拉前先用10%或20%的設計拉力進行張拉；在錨索的張拉過程中，加強對地表變形觀測，防止土體脹起。

4)錨桿鎖定質(zhì)量應通過在錨頭安裝測試元件進行檢測，檢測數(shù)量不宜少于5%，且不得少于5根。

4.3 微型鋼管樁

1)鋼管要求。

a.鋼管焊接時，鋼管間連接端插入長度不小于0.5 m。b.鋼管底部用開孔鋼板封焊。c.管壁梅花形設φ8 mm@30 cm注漿孔，橫截面對向設2孔，底部段孔距適當加密。

2)注漿要求。

a.鋼管周邊巖土體采用水泥漿注漿加固，水灰比宜取0.4～0.45；b.在鋼管內(nèi)注漿采用一次性全孔注漿，壓力為0.2 MPa～0.4 MPa之間；c.注漿時應保持連續(xù)性，灌滿樁孔應在水泥漿初凝前30 min完成，補漿處理應在注漿完成后24 h內(nèi)進行。

4.4 基坑開挖

1)基坑支護灌注樁和樁間止水高壓旋噴樁的施工宜在土方開挖之前完成。在灌注樁、冠梁的強度分別達到設計強度的100%,80%后方可進行基坑開挖。

2)土方應分層、分段開挖，開挖面之間高差不宜過大，分段進行基坑開挖的長度約為20 m，保證開挖過程中土體穩(wěn)定性。澆筑側墻時，樁與主體結構之間的間隙應用水泥砂漿或噴C20混凝土填充密實。

3)土方開挖的整個過程中應實時對整個支護體系的變形、受力情況進行嚴密的監(jiān)測。

4)土方開挖到設計的基底標高后，為避免基坑底土體長時間暴露或泡水，應立即澆筑混凝土墊層。

5)土方開挖過程中及施工期間，在基坑周圍嚴禁超載堆放土方或建筑材料。

5 結語

通過對本明挖基坑支護體系吊腳樁設計與應用的研究分析，主要結論如下：

1)鑒于基坑周邊環(huán)境復雜和基坑開挖深度大的特點，為保證基坑開挖過程的安全，應加強監(jiān)測工作，確保基坑支護體系各項指標滿足要求。

2)吊腳樁在土巖組合的基坑中能較好的控制變形，且施工方便，支護方案簡單經(jīng)濟。

3)吊腳樁樁端嵌入穩(wěn)定基巖面以下2 m，同時，基巖面以下開挖面采用錨噴支護即可滿足要求，本支護方案可為后續(xù)類似基坑支護設計與施工提供參考。

[1] JGJ 120—2012，建筑基坑支護技術規(guī)程[S].

[2] GB 50330—2013，建筑邊坡工程技術規(guī)范[S].

[3] JTG D70—2004，公路隧道設計規(guī)范[S].