桩锚支护在济南软土地层中的应用

马玉飞,熊 辉,付艳青

(济南市勘察测绘研究院，山东 济南 250101)

济南市地处鲁中山地与鲁北平原的过渡地带，地形南高北低，南部为低山丘陵及山前冲洪积平原，北侧为黄河冲洪积平原，黄河与山前冲洪积平原之间发育有小清河，总体而言，济南南部山前冲洪积平原地层力学性质较好，而北部黄河、小清河冲积平原上层土体力学性质相对较差。在济南地区各类基坑工程中，桩锚支护、土钉墙支护应用较为广泛，尤其是对于深度8m以下的基坑，土钉墙支护应用普遍[1- 7]，但对于济南北部尤其是小清河流域附近的基坑，屡有土钉墙失效或破坏的案例发生。

本文以小清河附近某基坑工程为例，对比了土钉墙与桩锚支护在该地层条件下的适用性，为类似地层条件下的基坑工程提供一定的参考意义。

1 工程概况及工程地质条件

1.1 工程概况

该工程位于济南市天桥区，顺河高架桥以东，小清河以南，拟建设多栋31～33层住宅，地下2层，开挖深度约6～8m，整个项目分为多个地块分期开发建设。

1.2 地形地貌及水文条件

拟建场地地貌单元属黄河、小清河冲积平原，地形平坦，地面标高约22.0～26.0m，周边环境较开阔，以拆迁后的场地为主。地下车库基础轮廓线距离周边市政道路或重要建建筑均较远。

场地北侧为小清河，是流经济南市区的主要河流，兼有泄洪、排涝、通航、灌溉、排污等综合功能，河道内常年有水，近年来最高水位22.41m，建设场地距离小清河最近约100m。

1.3 岩土层物理力学性质

根据项目岩土工程勘察报告，场地内地下水位第四系孔隙潜水，水位埋深1～5m，历史最高水位接近地表。场地内地层主要为第四纪河流冲积成因的粘性土、粉土，与基坑工程相关的地层自上而下可分为5层，各岩土层相关参数见表1。其中③1粉质黏土、③2黏土、④粉质黏土呈灰褐色或灰黑色，软塑～可塑状态，黏粒含量较高，层厚1～5m，层底深度5～10m，基本位于基坑边坡的中下部，对边坡稳定性不利。代表性工程地质剖面见表1。

表1 岩土层物理力学参数

表1 代表性工程地质剖面

2 支护结构选型设计

2.1 地下水控制措施

综合考虑场地水文地质条件、环境影响及经济比选，采用全封闭式止水帷幕、帷幕内降疏水配合集水明排措施抽排地下水[5]。

沿基坑周边布置单轴搅拌桩止水帷幕，桩径600mm，相邻桩搭接宽度250mm，桩底标高控制在基底以下7～8m；在帷幕内侧沿基坑周边布置降水井，间距约12m，井底标高控制在基底以下6～7m；基坑内部布置疏干井，间距约30m，井底标高控制在基底以下6～7m；为最大程度减少基坑降水对周边环境的影响，在止水帷幕外侧设置回灌井。通过以上措施并结合坑内集水明排保证了坑内施工的必要条件。

2.2 基坑边坡支护方案

2.2.1初步设计方案

在该项目首期开发地块中，综合考虑安全性与经济性因素，主要采用分级放坡土钉墙支护形式，充分利用现有场地尽量放坡，在坡体中部设置宽约1m的平台，设置2～3道钢筋土钉，坡面挂网喷砼。代表性支护剖面如图1所示。

图1 土钉墙支护剖面

现场施工过程中发现，因坡脚处③1粉质黏土或③2黏土、④粉质黏土呈软塑～可塑状态，支护施工完成后，局部范围坡脚处会缓慢蠕滑变形，且变形量逐渐增大，进而导致面层开裂，支护结构失效，影响边坡整体稳定性。出现上述情况后，现场采取坡脚插槽钢并用沙袋反压的方式进行加固，将其对施工及工期的影响降至最低程度。

2.2.2优化后方案

在后期地块的支护设计过程中，为避免再次出现上述情况，综合考虑边坡稳定、施工便利性、工期要求、工程造价等多个影响因素，将支护形式改为上部放坡+下部桩锚形式，上部2～3m的深度内充分利用周边场地进行放坡，下部采用灌注桩+预应力锚索控制边坡变形，保证边坡稳定，避免了坑底附近软弱土层蠕滑变形。支护桩采用Φ600灌注桩，桩间距1.2m，锚索采用高压旋喷锚索施工工艺，锚固体直径500mm，锚索水平间距1.8m(三桩两锚)。方案优化后的代表性支护剖面如图2所示。

图2 优化后代表性支护剖面

采用该支护形式后，后期各地块在基坑开挖过程中均未发生明显的边坡失稳破坏，保证了基坑边坡及周边环境的安全稳定，为基础正常施工提供了必要的工作条件。

3 基坑监测成果

根据相关规范要求，现场采用仪器对坡顶水平位移和沉降、锚索内力、地下水位进行不间断监测，同时配合巡视检查，确保现场能够随时掌握支护结构的工作状态与支护效果[8- 9]。

其中坡顶水平位移与沉降监测点沿基坑坡顶及支护桩顶布置，间距约15～20m，选取其中两个代表性监测点(监测点编号PH49、PH53)，作出其位移、沉降变化曲线，如图3所示。

图3 代表性监测曲线

根据监测曲线可以看出，支护桩桩顶最大水平位移约11.2mm，最大沉降变形约10.2mm，均在预警值范围以内，说明优化后的支护形式能够有效控制边坡变形，保证基坑边坡安全稳定。

截至目前，采用该支护形式的3个地块基坑工程均已竣工回填，期间未发生边坡失稳破坏现象，保证了基础及主体结构的顺利施工。

4 结语

本文以具体项目为例，对土钉墙与桩锚支护形式在较软地层条件下的适用性进行了对比研究，并经工程实践与基坑监测数据进行了验证，主要得到以下结论。

(1)在软土地区，支护选型过程中应慎重考虑土钉墙的适用性，应充分考虑到基坑底部软土变形对支护结构带来的影响。

(2)相较于土钉墙支护形式，软土地区建议优先采用上部放坡+下部桩锚支护形式。

(3)可考虑采用单轴水泥土搅拌桩止水帷幕，相对于目前常用的双轴、三轴搅拌桩，单轴搅拌桩止水帷幕亦可保证止水效果且在工程造价方面更具优势。

(4)单轴水泥土搅拌桩需严格控制施工质量，保证相邻桩的搭接宽度，如无法保证施工质量，则需采用双轴或三轴搅拌桩施工工艺。