增設后排樁約束樁頂位移超限的支護工程實例分析

盛 斌

（中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

在當前的建筑工程中，基坑支護是一個至關重要的環(huán)節(jié)，其目的在于確保地下結構的施工安全以及周圍環(huán)境的穩(wěn)定。樁板墻支護作為一種常見的支護形式，在實踐中得到了廣泛應用。然而，由于地下水位的上升、施工質量的缺陷等因素，基坑頂部水平變形過大的問題時有發(fā)生，這不僅影響了施工的順利進行，還可能對周邊環(huán)境造成潛在的威脅。

為了解決這一問題，業(yè)界已經提出了一系列的處理方法，如支擋、注漿、降水、卸載等。這些方法各有優(yōu)缺點，適用于不同的工況。對于特定項目來說，選擇合適的方法至關重要。文章將通過一個具體的工程實例，探討在原排樁后增設新排樁，形成雙排樁的支護形式對減小基坑頂部水平變形的效果。這種雙排樁支護形式在實踐中的應用及關鍵技術也將是我們重點討論的內容。

這個研究不僅旨在為類似工程提供實踐指導，同時也期望能推動相關理論的發(fā)展，為今后的基坑支護工程提供更為科學和有效的解決方案[1]。

1 工程實例

1.1 項目概況

某學校操場西側擬建一棟文體綜合樓，擬建的文體綜合樓呈“L”型，地上2層，局部3層，地下局部1層，框剪結構。擬建物基礎采用樁基礎形式，基坑開挖后基坑支護總長度為320 m，基坑開挖最大深度為12.4～12.5 m，擬建文體綜合樓東側，坡頂為學校既有操場，坡腳為擬建文體綜合樓入口處道路，該處文體綜合樓基坑開挖后將形成10.45 m 高的垂直邊坡。在基坑邊進行開挖與支護過程中，采用樁板墻作為支護措施。從基坑開挖至結束，基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)始終保持基本穩(wěn)定。然而，某日樁頂水平位移突然加劇，經巡查發(fā)現(xiàn)，坡頂操場一處水管破裂導致大量水源涌入，從而引發(fā)坡體變形超出允許范圍。建設單位及時組織各參建單位研討基坑處理方案，經過深入分析與研究，最終制定出加固方案并成功實施，取得了顯著效果。

1.2 工程地質條件

1.2.1 地層巖性

根據(jù)本項目場地勘察報告揭示的地質情況，操場基本上全位于填方區(qū)（最大填方厚度為14.5 m，即原沖溝溝心位置），場地地層結構相對簡單，自上而下分別為填土、黃土、砂質泥巖及泥巖，但填方厚度及風化層厚度隨地形不同存在差異。原場地為分層碾壓后的場地，自上而下依次為素填土、黃土、砂質泥巖及泥巖，詳述如下：

①素填土層（Q4ml）：以黃褐色粉土、泥巖和砂質泥巖碎塊為主，含少量粉質黏土，表層夾雜有碎石土，其中粉土呈稍濕-濕，稍密-中密，以稍密為主。埋深為0.00～14.50 m，厚度1.30～14.50 m。該素填土層底部與下伏黃土和強風化泥巖或砂質泥巖接觸。該層在場地均有分布，厚度較大，呈中壓縮性，密實度較差，土質不均一。

②黃土（Q3eol）：黃褐色，稍濕-濕，稍密，土質均勻，孔隙發(fā)育，以粉粒為主，局部粉砂含量較高，含白色鈣質網狀菌絲，表層可見少量植物根系。埋深為0.00～7.10 m，厚度1.30～3.60 m。該層在場地分布不連續(xù)，厚度較小，呈中壓縮性，密實度較差。

③強風化泥巖和砂質泥巖互層（P1sh）：強風化狀，紫紅色或灰綠色，泥質結構，厚層狀構造，極軟巖，破碎狀，遇水易軟化，巖體基本質量等級為V級，地層強度低，變形量低，風化裂隙發(fā)育，該層在場地內連續(xù)分布，每個鉆孔均有揭露，厚度0.10～7.40 m。

④強風化砂質泥巖（P1sh）：強風化狀，紫紅色、灰白色或灰綠色，泥質結構，層狀構造，局部和泥巖互層，為極軟巖，破碎，遇水易軟化，巖體基本質量等級為V級，地層強度低，變形量低，風化裂隙發(fā)育，該層在場地內不連續(xù)分布。

⑤中風化泥巖和砂質泥巖互層（P1sh）：中風化狀，紫紅色或灰綠色，泥質結構，厚層狀構造，極軟巖，較破碎-破碎，遇水易軟化，巖體基本質量等級為V級，地層強度低，變形量微，風化裂隙發(fā)育一般，該層在場地內不連續(xù)分布，厚度2.50～11.50 m，該層未揭穿。

1.2.2 水文條件

（1）地表水。操場場地整平及建成后，無自然形成的沖溝，大部分降雨形成的地表水均沿排水溝道排出場地。部分降雨匯集于操場沉降低洼區(qū)域，根據(jù)操場所處場地原始地貌沖溝界限，原沖溝區(qū)的匯水面積約0.000 5 km2。

（2）地下水。場地區(qū)域屬貧水水文地質單元區(qū)。場地及鄰區(qū)均無地表徑流。根據(jù)勘察報告，地下水穩(wěn)定水位6.5～12.5 m，穩(wěn)定水位高程1 153.8～1 167.1 m。同時通過工程物探（高密度電法）顯示，在原沖溝地表與回填土接觸帶，土體含水量較大，局部土體含水率接近飽和狀態(tài)。對原沖溝地表土體及回填土下部土體產生影響，地基基礎受該部分地下水影響較大。場地地下水屬松散巖類孔隙潛水和碎屑巖類裂隙水。

1.3 原支護設計方案

1.3.1 設計安全等級

該工程治理安全等級為一級。由于擬建建筑結構、通風及采光等方面的要求，邊坡（基坑）支護與建筑物外墻需要脫離，此次設計按永久性邊坡支護進行設計，故按《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB 50330—2013）相關規(guī)定，考慮一般、地震和暴雨3種工況，并要求邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)分別不小于1.35、1.15及1.15[2]。

1.3.2 設計原則

該項目基坑支護設計本著以下原則進行：

基坑工程設計一般遵循“縱向分段、豎向分層、嚴禁超挖、動態(tài)設計、信息化施工”的原則；按照設計基坑底標高及各邊現(xiàn)狀地面標高綜合確定基坑開挖深度10.45～12.50 m，坑頂?shù)孛娉d按20 kPa計算；根據(jù)開挖深度及周邊具體情況不同，分段、分型式進行基坑支護設計。

1.3.3 設計參數(shù)

根據(jù)項目勘察報告，支護設計深度范圍內采取的相關巖土參數(shù)指標見表1。

表1 主要巖土層力學參數(shù)

1.3.4 支護設計

采用鋼筋混凝土灌注樁+預應力錨索方式進行支護。鋼筋混凝土灌注樁樁徑為1.20 m，樁間距為2.00 m，樁長為18.00 m。灌注樁頂設置0.50 m 高1.40 m 寬通長冠梁，冠梁以下設置2 道預應力錨索，錨索長分別為22.00 m 和19.00 m。樁前設置200 mm 厚C30 混凝土擋土板，基坑支護結構如圖1所示。

圖1 基坑支護結構詳圖

1.4 施工后基坑變形情況

支護樁施工完成后，采用邊開挖邊施工錨索與掛板，基坑支護工程施工過程中，基坑無變形，施工完成后1個月發(fā)現(xiàn)部分坑頂突然出現(xiàn)累計水平位移增大的情況，最大值接近20 mm（允許值30 mm）?，F(xiàn)場查找原因發(fā)現(xiàn)操場下一根水管破裂漏水，積水從坡體底部滲出。

2 基坑支護加固方案

2.1 對原支護結構進行復核

為了避免基坑頂部在浸水或超載等其他情況下，水平變形仍能滿足規(guī)范要求，建設單位決定對基坑支護進行加固措施。首先，選用GEO5 巖土工程軟件2022版深基坑結構支護分析系列軟件，對原結構進行（基坑）邊坡支護計算復核。計算結果顯示，原結構的變形情況符合規(guī)范要求。然而，在浸水條件下，情況會有所變化。土的抗剪強度指標大幅下降，造成部分錨索失效，這將導致水平變形接近規(guī)范允許值（30 mm）。當所有錨索全部失效時，水平變形的最大值將達到63 mm，遠超過規(guī)范允許值。這一情況如圖2所示。

圖2 全部錨索失效工況下支護結構計算結果

由此可見，基坑支護的加固措施至關重要。一旦錨索失效，可能會引發(fā)嚴重的安全隱患。因此，對于基坑支護的設計和施工，必須充分考慮錨索的性能和穩(wěn)定性。同時，建設單位應根據(jù)實際情況，對基坑支護進行定期檢查和維護，確保其安全可靠。

2.2 增設排樁方案

根據(jù)現(xiàn)場施工情況及工期要求，采用在原排樁后增設一排新排樁，形成雙排樁的支護形式[3]。新增樁樁徑1.20 m，樁長18.00 m，與前排樁中心距6 m；樁間距8.00 m，樁頂設置0.50 m 高1.40 m 寬通長冠梁，新舊冠梁之間采用橫梁進行連接，使新舊排樁形成整體，提高了抵抗彎矩的能力，減小基坑頂部水平變形值，支護結構如圖3所示。

圖3 雙排樁支護結構詳圖

2.3 加固后計算

根據(jù)加固后的支護結構及相關參數(shù)，采用GEO5巖土工程軟件2022版深基坑結構支護分析系列軟件對基坑內力、變形等進行計算，均滿足規(guī)范要求，典型模型如圖4 所示[4]，潛在破裂面基本位于填土中，支護樁上的錨索均穿過填土進入強風化泥巖和中風化泥巖層中進行錨固。軟件分析可以看到樁的水平變形由加固前最大的63 mm減小至加固后的22.60 mm，計算結果如圖5所示，最大的水平變形位置也由樁頂轉移到樁的中間位置，樁頂處理論變形量由原來的63 mm 降至20.10 mm，滿足了規(guī)范對于支護樁最大水平位移量的要求。作用到支護樁上的土側壓力也回到了正常的范圍之內，最大土壓力為53.09 kPa。

圖4 雙排樁支護結構模型

圖5 最不利工況下支護結構計算結果

3 加固后坑變形監(jiān)測情況

3.1 測點布置

結合監(jiān)測范圍地形情況，選擇通視效果好的點建立基準網[5]，工程監(jiān)測范圍內的基準網已經布設完成，已在相應位置布設觀測樁，地表變形監(jiān)測點34個，后視點4個，基準點3個（1個工作基點），累計監(jiān)測點41個進行邊坡的監(jiān)測。在邊坡后緣（基坑側邊中部及有代表性的部位）增設深孔位移監(jiān)測點，計劃共布置深孔位移監(jiān)測點4 個，目前已累積埋設測斜管90.50 m，累計成孔4個，如圖6所示。

圖6 監(jiān)測點布置圖

3.2 監(jiān)測成果

水平變形最大的監(jiān)測點位于懸臂端中部，監(jiān)測日期自2023年6月16日始，截至2023年8月17日，累積水平位移為0.38 mm，累積垂直位移為0.50 mm。通過現(xiàn)場巡查，結合監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可以看出，累計水平位移較小，累計沉降較小，且均未達到預警值，挑選變形最大的幾個監(jiān)測點數(shù)據(jù)繪制累積變形圖，如圖7所示。

圖7 監(jiān)測點累計變形值

4 基坑支護效果評價

項目基坑支護為永久工程，加固后的雙排樁對水平變形的控制較好，由原基坑支護結構水平變形理論最大值63 mm 降至22.6 mm，滿足了規(guī)范要求及建設單位的使用要求。從現(xiàn)場監(jiān)測的情況看，施工后60 d，水平變形的最大值由原來的樁頂監(jiān)測點轉移至懸臂端中部的監(jiān)測點，整個支護結構變形量均勻，且水平累計變形值較小，僅為0.38 mm，遠小于理論計算值，支護效果較好。

5 結語

基坑支護工程設計與施工是技術復雜、綜合性強的系統(tǒng)工程，目前在理論、試驗、施工等諸多方面都不完善，有待研究，特別是新工藝、新技術的應用?；又ёo的施工質量關系到基坑支護的安全及基坑的使用功能，因此，必須要采用安全、可靠、經濟的支護措施，根據(jù)此項目實例提出幾點注意事項供同類項目參考：

（1）根據(jù)特定的工程要求和使用條件綜合考慮，應選用安全、可靠、經濟、合理的基坑支護措施，項目原支護結構在不利條件下變形過大，采用增加后排樁形成的雙排樁，可以很好地控制了樁頂水平變形超限的問題。

（2）加強基坑支護監(jiān)測，對變形發(fā)展趨勢做出預測，判斷坡體的穩(wěn)定狀態(tài)，從而保證施工安全，以及長期動態(tài)監(jiān)測可評價和預測處治后的邊坡長期穩(wěn)定性，保障建筑物的安全運營。

（3）基坑支護工程出現(xiàn)問題需要補強加固時，應針對變形原因選用合理的加固措施，并進行反復論證，確保加固措施能達到設計要求。