復(fù)雜環(huán)境雙排樁結(jié)合錨桿支護(hù)出現(xiàn)問題及處理措施

丁武保， 孫 磊， 劉學(xué)友， 崔文泰

(1.青島地質(zhì)工程勘察院，山東 青島 266100； 2.青島地礦巖土工程有限公司，山東 青島 266071)

近年來，隨著城市建設(shè)飛速發(fā)展，高層建筑和地下工程大量興建，基坑開挖深度日漸加深，周邊環(huán)境日趨復(fù)雜，給基坑工程帶來嚴(yán)峻考驗，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)日益增多。雙排樁因具有很多優(yōu)點，能克服政策和場地條件等限制，應(yīng)用越來越廣泛。

1 雙排樁支護(hù)體系受力變形特點

雙排樁支護(hù)體系由前后2排支護(hù)樁、樁頂冠梁及其間設(shè)置的剛架梁組成，是一種側(cè)向剛度較大的自立式圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系，具有施工簡單、克服設(shè)置錨桿困難、與土石方開挖交叉作業(yè)影響小、工期短、控制基坑側(cè)向變形強(qiáng)等優(yōu)勢。主要受力變形特點如下[1-6]：

(1)充分利用樁土共同作用的土拱效應(yīng)，前后排樁均分擔(dān)主動土壓力，其中前排樁主要起負(fù)擔(dān)土壓力的作用，后排樁兼起支護(hù)、拉錨的雙重作用。

(3)連梁剛度很大，相對的壓縮變形很小，導(dǎo)致前后排樁樁頂位移、樁身彎矩分布均基本一致，但彎矩在樁身上下分布有差異，總體趨勢：上部分和下部分彎矩方向相反，反彎點在基坑底面附近。雙排樁通過前后排樁間的樁頂連梁形成門式剛架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定性和整體剛度。前后排樁的排距是影響其內(nèi)力與變形性狀的重要因素，排距過小受力不合理，排距過大剛架效果減弱，合理范圍為2～5倍支護(hù)樁樁徑。

(4)剛性連梁與前后排樁組成一個超靜定結(jié)構(gòu)，整體剛度大，在復(fù)雜多變外荷載作用下能自動調(diào)整結(jié)構(gòu)本身內(nèi)力。增強(qiáng)樁梁的連接能調(diào)整雙排樁的變形和內(nèi)力特征，減小結(jié)構(gòu)位移，調(diào)整正負(fù)彎矩值。由于前后排樁以及樁間土體的共同作用，在變形中會產(chǎn)生抵抗力矩，具有明顯的抵抗變形能力，從而有利改善樁身內(nèi)力及變形。

2 工程概況及周邊環(huán)境

工程場地位于青島市區(qū)某商圈中心地段，地下3層，以風(fēng)化巖為地基持力層，基坑深度約13.4 m，周長約400 m。該基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，地下室輪廓線東側(cè)距紅線2.8～6.4 m，紅線外為市政預(yù)留綠化帶；南側(cè)距紅線5.0～7.4 m，南側(cè)東段距現(xiàn)有酒店7.0～8.9 m(7～8層，無地下室，框架結(jié)構(gòu)，長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁基礎(chǔ)，樁端入強(qiáng)風(fēng)化巖約0.5 m)；西側(cè)距紅線7.0～14.0 m，紅線外為現(xiàn)有居民樓(5～6層，無地下室，磚混結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ))；北側(cè)距紅線約5 m，紅線外為城市主干道?；又苓呌绊懛秶鷥?nèi)地下埋藏多條管線，放坡空間較有限。

3 地層分布及特性

據(jù)《巖土工程勘察報告》和《青島市區(qū)第四系層序》，主要地層分布如下：

①層雜填土，雜色，稍濕，松散-稍密，成分以回填磚塊、砂礫、碎石等建筑垃圾為主，局部混粘性土、粉土等，分布廣泛，層厚1.2～6.4 m，平均3.43 m；

⑤層粗砂，黃褐色，濕-飽和，松散-稍密，分選性和磨圓度較差，礦物成分以長石、石英為主，分布較廣泛，層厚0.5～6.0 m，平均3.27 m；

⑦層粉質(zhì)粘土，黃褐色，可塑，含砂礫，稍有光澤，干強(qiáng)度與韌性中等，無搖震反應(yīng)，分布較廣泛，層厚1.1～5.0 m，平均2.22 m；

⑨層礫砂，黃褐色，飽和，稍密-中密，分選性和磨圓度差，礦物成分以長石、石英為主，局部夾礫石，分布廣泛，層厚2.1～9.0 m，平均4.81 m；

EM斷路器外殼導(dǎo)體大多為規(guī)則立方體，多選導(dǎo)熱性良好的鋁為材料，為便于計算，假設(shè)整個立方體壁面的穩(wěn)態(tài)熱流量為恒定值，由傅里葉熱傳導(dǎo)基本方程可知，在單位長度上的熱流密度為

各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physical and mechanical property of strata

*：等效值。

4 地下水條件

場地毗鄰河道，地下水豐富，類型以孔隙潛水-微承壓水為主，基巖裂隙水為輔。孔隙潛水-微承壓水主要賦存于⑤、⑨層中，以側(cè)向逕流、大氣降水垂直入滲補(bǔ)給為主，側(cè)向逕流、蒸發(fā)排泄為主。勘察期間(枯水期)實測穩(wěn)定水位埋深4.1～5.0 m，水位標(biāo)高14.06～14.40 m，水位年變化幅度2～3 m，歷史最高水位約17 m。基巖裂隙水主要以層狀、帶狀賦存于基巖強(qiáng)風(fēng)化帶、巖脈旁側(cè)裂隙密集發(fā)育帶中，因裂隙發(fā)育不均勻，其富水性亦不均勻。強(qiáng)風(fēng)化帶中長石多風(fēng)化成粘土礦物，透水性較差，富水性貧；節(jié)理發(fā)育帶裂隙張開性較好，導(dǎo)水性較強(qiáng)，富水性中等。

5 支護(hù)方案及思路

該基坑工程具有如下特點：開挖深度大、周邊環(huán)境復(fù)雜、強(qiáng)透水層厚度大、南側(cè)東段現(xiàn)有酒店對基坑影響大。綜合確定基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級為一級，設(shè)計使用期限1年?；幽蟼?cè)東段邊界距現(xiàn)有酒店太近，且酒店無地下室，采用長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁基礎(chǔ)。若采用單排支護(hù)樁，受酒店樁基礎(chǔ)影響，錨桿難以設(shè)置，支護(hù)樁懸臂高度過大，支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性差。

據(jù)“技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、確保安全、方便施工”的原則，該處設(shè)計采用雙排樁支護(hù)(其它處采用樁錨支護(hù))，其平面布置及支護(hù)剖面如圖1、圖2所示。前、后排樁均用鉆孔灌注樁(?800 mm@1500 mm，C30)，樁端入基底且入中風(fēng)化巖分別為3、1 m，先采用回轉(zhuǎn)成孔工藝施工后排樁，再采用沖擊成孔工藝施工前排樁，以最大限度消減支護(hù)樁施工對現(xiàn)有酒店的不利影響，之間由剛架梁連接。開挖深度5.5 m處僅在單元兩端局部設(shè)置錨桿MG1(傾角25°，垂直基坑側(cè)壁，水平間距1.5 m，成孔直徑130 mm，材料規(guī)格5?s15.2，自由段12 m，錨固段10 m)或斜向拉錨MG1′(傾角15°，偏離現(xiàn)有酒店輪廓線與基坑側(cè)壁呈65°夾角，水平間距1.5 m，成孔直徑130 mm，材料規(guī)格5?s15.2，自由段12 m，錨固段10 m)；開挖深度9.5 m處單元整體設(shè)置大角度錨桿MG2(傾角45°，垂直基坑側(cè)壁，水平間距1.5 m，成孔直徑130 mm，材料規(guī)格5?s15.2，自由段12 m，錨固段6 m)；后排樁中心設(shè)置垂直錨桿MG3(水平間距1.5 m，后排樁完成后在樁中心垂直成孔，成孔直徑110 mm，材料規(guī)格3?s15.2，自由段18 m，錨固段5 m，基坑開挖前鎖定，預(yù)加力500 kN)，保證該處支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定和控制變形；前排樁側(cè)樁間土采用內(nèi)置鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層防護(hù)措施；為減少錨桿應(yīng)力對原有地基及錨桿間相互影響，MG1、MG1′、MG2采用壓力型錨桿。

圖1雙排樁支護(hù)單元平面圖
Fig.1Plan of double-row pile support unit

場地地下水豐富，地層透水性較強(qiáng)，大面積、長時間降水使基坑內(nèi)外形成水位差，土體在動水壓力作用下，細(xì)顆粒產(chǎn)生移動，土體孔隙增大，產(chǎn)生不均勻壓縮變形和沉陷，導(dǎo)致周邊建筑、市政設(shè)施發(fā)生傾斜、裂縫、甚至斷裂、倒塌，故設(shè)計采用止水帷幕(三重管法高壓旋噴帷幕樁，?1200mm@1500mm，與前排支護(hù)樁相咬合施工，樁端入風(fēng)化巖0.5 m，P.O 42.5普通硅酸鹽水泥用量550 kg/m)，截斷基坑內(nèi)外水力聯(lián)系，坑內(nèi)采用降水井或集水坑集水明排，地表處的雨水等水體通過地面排水溝截流排至市政管道，坡面設(shè)置泄水孔排水。

圖2雙排樁支護(hù)單元剖面圖
Fig.2Profile of double-row pile support unit

6 出現(xiàn)問題及處理

6.1 高壓旋噴帷幕樁成孔困難

因場地局部分布厚度較大雜填土層，其成分復(fù)雜，多碎石、塊石、舊基礎(chǔ)等建筑垃圾，造成高壓旋噴帷幕樁難以成孔或成孔后易塌孔。施工過程中選用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)配偏心沖擊鉆頭和20 m3空氣壓縮機(jī)進(jìn)行偏心跟管鉆進(jìn)，成孔直徑130 mm。鉆至設(shè)計深度后，將跟管鉆具收斂并取出，及時下設(shè)?105 mm軟PVC管，提出鉆進(jìn)過程中下設(shè)的護(hù)壁鋼套管，PVC管留在原位，并確保PVC管下入深度超過填土層，起到護(hù)壁作用，然后下入噴射管。由于所用PVC管壁薄且較脆，噴射注漿過程中噴射壓力可輕易將其射穿而不影響注漿效果[7-8]。

6.2 支護(hù)樁偏孔、傾斜

該單元地下結(jié)構(gòu)預(yù)留施工空間非常狹小，支護(hù)樁施工偏差對主體地下結(jié)構(gòu)施工影響相當(dāng)大，防止偏孔、傾斜而縮小施工空間或侵占主體地下結(jié)構(gòu)位置尤為關(guān)鍵。前排支護(hù)樁沖擊成孔施工過程中，有4根樁施工至強(qiáng)風(fēng)化與中風(fēng)化過渡帶時，因基巖風(fēng)化節(jié)理裂隙發(fā)育不均，樁孔范圍內(nèi)巖層軟硬不一，造成鉆頭著地時，一側(cè)進(jìn)程多于另一側(cè)，鉆進(jìn)一段深度后出現(xiàn)偏孔、傾斜現(xiàn)象，樁身垂直度超過了規(guī)范允許值0.5%。為此，施工過程中采取回填片石校正處理，將?30 cm左右片石(含有部分直徑較小的，確?；靥蠲軐嵍?回填至偏孔位置2 m以上，先以較小沖程反復(fù)沖砸，使孔底形成平臺，然后加大沖程至1.5 m左右，直至沖擊時不再發(fā)生偏孔為止，其中3根樁反復(fù)2～3次解決了問題。另外1根樁樁底出現(xiàn)半邊石，采取回填片石校正易造成卡鉆現(xiàn)象，處理效果不好。后改用C35混凝土回填，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度70%以上時，再進(jìn)行鉆進(jìn)，達(dá)到糾偏、糾斜處理效果[9-10]。

6.3 錨桿穿透止水帷幕孔口涌水、涌砂

錨桿開孔位置與坑外地下水位之間存在1～5 m水頭差，為砂、水從錨桿孔中涌出提供了動力條件；基坑深度范圍分布厚層砂土，飽和，透水性強(qiáng)，易隨水涌出；錨桿鉆進(jìn)施工對原狀土層造成擾動，加速了砂隨水涌出。該單元MG2錨桿施工鉆穿止水帷幕后，局部發(fā)生涌水、涌砂現(xiàn)象，錨桿難以成孔。若強(qiáng)行施工，大量砂土隨水涌出，勢必會掏空基坑周邊地層，引起地面下陷，嚴(yán)重危及基坑側(cè)壁、周邊建筑安全。施工過程中采取以下多種措施處理：(1)采用雙套管護(hù)壁成孔工藝，先前進(jìn)場的螺旋鉆錨桿鉆機(jī)撤出現(xiàn)場；(2)錨桿注漿后，及時采用止水帶進(jìn)行封堵、修補(bǔ)帷幕；(3)錨桿采用加水玻璃二次高壓注漿快速堵漏，彌補(bǔ)地下水流動對一次注漿造成的缺陷；(4)涌砂嚴(yán)重地段錨桿施工前，采取注漿預(yù)加固處理[11-12]。

6.4 樁間滲水、流砂

受施工樁位偏差、樁身垂直度偏差影響，該單元前排樁與帷幕樁之間在基坑中下部透水性強(qiáng)的砂層處未完全搭接而出現(xiàn)樁間滲水、流砂現(xiàn)象。施工過程中采取“疏導(dǎo)為主、封堵結(jié)合、加強(qiáng)排水”的處理方案，具體處理措施如下：(1)及時進(jìn)行帷幕堵漏，阻止流砂使土體內(nèi)產(chǎn)生空洞；(2)立即回填壓腳，周邊設(shè)置集水井，加強(qiáng)排水；(3)在沿漏水點基坑頂部樁后位置采用雙液注漿，注漿范圍超過漏水點位置上下不小于1 m；(4)對漏水點輕微且未繼續(xù)發(fā)展的漏點，采取樁間引流，即在漏點處插管將水引流到坑內(nèi)集水坑，用快速水泥(或堵漏靈)對漏點進(jìn)行二次修補(bǔ)加強(qiáng)[13]。

6.5 樁間土塌落、樁間護(hù)壁破損

受土石方開挖、施工質(zhì)量等影響，該單元基坑側(cè)壁局部出現(xiàn)了前排樁樁間土塌落、樁間護(hù)壁破損現(xiàn)象。針對各種形成原因，施工過程中采取了以下相應(yīng)處理措施：(1)按設(shè)計圖紙采用效果好的樁間土防護(hù)措施，內(nèi)置鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層，前排樁樁間土植筋固定；(2)開挖后樁間土土質(zhì)穩(wěn)定性較差處，在樁間護(hù)壁面層施工前，先及時噴射混凝土防護(hù)；(3)樁間土塌落并形成空洞時，采用沙袋等填充、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土護(hù)壁，對未充填密實的孔隙采用打入鋼花管注入水泥漿等方式及時修補(bǔ)；(4)因凍脹、漏水等原因使樁間護(hù)壁面層脫落、破損、護(hù)壁后出現(xiàn)空洞時，及時修補(bǔ)加固或返修面層、對空隙處進(jìn)行注漿充填[14]。

6.6 鄰近建筑物基礎(chǔ)下地基受擾動

錨桿穿過鄰近建筑物基礎(chǔ)下方，不合理施工工藝會使建筑地基受到擾動、變形，造成沉降變形裂縫、基礎(chǔ)下沉。施工過程中采取了以下預(yù)防處理措施：(1)錨桿采用壓力型錨桿、套管護(hù)壁施工工藝；(2)優(yōu)化調(diào)整錨桿標(biāo)高、傾角，盡量遠(yuǎn)離建筑物基礎(chǔ)；(3)錨桿跳打施工，成孔后立即插入錨桿桿件和注漿，避免分批注漿[15]。

7 結(jié)語

基坑監(jiān)測資料表明，該基坑工程坡頂和鄰近建筑的變形位移、管線變形遠(yuǎn)小于設(shè)計報警值，均滿足設(shè)計和規(guī)范要求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。

雙排樁支護(hù)體系既解決了復(fù)雜環(huán)境條件無法采用錨桿或只能采用短錨桿的限制，又提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度以達(dá)到滿足基坑變形位移要求。在特定條件下，雙排樁與錨桿共同使用具有獨特的優(yōu)越性。通過工程實例，雙排樁結(jié)合錨桿支護(hù)在深基坑支護(hù)工程取得了較好效果，是一種處理復(fù)雜環(huán)境條件下、側(cè)向變形要求較高基坑的一種有效支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。