近海土岩结合地区桩锚支护体系的应用

吉兆腾 刘国冲

(1.中国建筑东北设计研究院有限公司，辽宁沈阳 110003;2.辽宁省岩土与地下空间工程技术研究中心，辽宁沈阳 110003)

0 引言

近年来，随着地下工程建设的迅猛发展，基坑工程的深度及施工难度不断增加，在复杂地层中的应用也越来越多，对支护结构的可靠性及安全性提出了更高的要求［1］。

朱志华、刘涛等［2］对青岛地区土岩结合地质条件下深基坑支护方式进行总结，得出土层桩锚与岩层喷锚相结合的主要支护形式。许婷华［3］对青岛沿海地区深基坑支护施工进行广泛调查和研究，确定了青岛地区深基坑支护的主要形式为锚喷支护和桩锚支护。

在近海含水量较大的土岩结合地区，预应力锚索在土层中施工存在塌孔、锚固效果差等问题［4］，而地质钻杆在岩层中难以成孔，因此需针对不同地层采用不同的锚杆(索)支护。以大连市某近海深基坑支护工程为例，介绍了近海土岩结合地区桩锚支护体系的应用，通过位移等监测数据，对桩锚支护体系在复杂地层中的应用效果进行了讨论。

1 工程概况

大连市某深基坑工程位于大连市中山区，东侧临近港通街，南临疏港路，其余两侧临近空地。项目临近大连港，距离海边最近距离约400 m。基坑占地面积约11 210 m2，基坑顶标高绝对标高约为3.50 m，基坑底标高绝对标高约为－8.75 m，基坑深12.25 m。基坑工程安全等级为一级，结构重要性系数取1.1。

1.1 工程地质条件

根据本工程岩土工程勘察报告，支护结构范围内场地地层自上而下为:①杂填土。黄褐色，以粘性土为主，局部含少量建筑垃圾、生活垃圾及回填碎石，硬杂质含量约占30%，干燥～饱和，松散状态;②粉质粘土。黄褐色，韧性中等，干强度中等，局部含石英角砾，粒径2 mm～20 mm，含量约占20%，夹薄层细砂，可塑～软塑状态，湿～饱和;③卵石。黄褐色，成分为石英，粒径20 mm～200 mm，含量约占50%，余为粘性土、角砾充填，中密状态，饱和;④全风化板岩。黄褐色，原岩变余泥质结构，板状构造，岩体风化节理裂隙发育，岩芯呈土状。该层风化不均匀，局部夹薄层强风化板岩。属极软岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级Ⅴ级;⑤强风化板岩。黄褐色，变余泥质结构，板状构造，岩体风化节理裂隙发育，岩芯呈碎片状、片状。该层风化不均匀，局部夹薄层中风化板岩。属软岩，岩体破碎，岩体基本质量等级Ⅴ级;⑥中风化板岩。灰褐色，变余泥质结构，板状构造，岩体较完整，岩芯呈块状、饼状、短柱状、柱状，夹石英岩脉，裂隙面呈黄褐色，属较软岩，岩体较完整，局部较破碎，岩体基本质量等级Ⅳ级。各土层物理力学参数详见表1。

表1 各土层物理力学参数

1.2 水文地质条件

勘察期间，场地内所有钻孔均见有地下水，地下水类型为潜水及基岩裂隙水，主要赋存于杂填土层及基岩中。勘察期间地下水位稳定埋深3.30 m～3.70 m，地下水位标高－0.17 m～0.31 m。

1.3 基坑周围环境

基坑北侧临近既有建筑，既有建筑距离基坑红线约为5.0 m，距地下室外墙约为8.0 m，且基坑北侧含有多条地下管线，管线侵入用地红线，距离地下室外墙约为2.0 m，该段地层主要为强风化岩层，且临近海边。该段周边环境复杂，在基坑设计时，需考虑对既有建筑物以及地下管线的影响。基坑东侧临近主干道路，此侧也为主要出土行车道路，道路下部近基坑侧含有地下高压管线。基坑南侧临近既有高架桥，高架桥距建筑红线约为10.0 m，距离地下室外墙约为15.0 m，该高架桥为城市主干道。基坑西侧外为现状空地，无任何既有建筑物，施工规划为材料堆放及加工场地，该段地质条件较为复杂，在基坑支护范围内含有填土、粉质粘土、卵石、强风化板岩，大部分范围为填土及粉质粘土，且地下水位较高，需对基坑的水平位移和地下水严格进行控制，并实时进行基坑监测，确保在施工过程中基坑的安全稳定。

2 基坑支护及地下水控制方案

2.1 基坑支护方案

该基坑周边情况复杂，管线密布，如何根据地质条件、周边环境情况、开挖深度、基础距离基坑边距离等条件合理选取支护类型，又能保证基坑安全、经济且便于施工，就显得尤为重要。在基坑支护方案选型中主要考虑以下问题:

1)本项目场地狭小，用地紧张，周边环境复杂。基坑周围存在既有建筑，管线较多，且距离基坑边线较近，对支护结构变形控制要求较高，尤其是水平位移需严格控制。

2)基坑较深，地层变化起伏较大，北侧、东侧、南侧地表以下约2 m地层为强风化板岩，地质情况良好。西侧地质情况复杂，基坑深度为12.25 m，地表以下0 m～3.0 m为杂填土，3.0 m～9.0 m 为粉质粘土，9.0 m～12.25 m 为强风化板岩。基坑支护深度内存在土岩共存现象。

3)锚(杆)索在土层、岩层中分别采用不同设备施工。锚杆通过旋转式钻机，将锚杆压入稳定土层中，而锚索采用潜孔锤等冲击设备可在岩层中进行施工。由于二者之间施工工艺的差别，导致锚杆在岩层中难以成孔，只能锚固于稳定土层中。而由于地下水的存在，锚索在粉质粘土层成孔过程中对土体产生扰动，使得孔中粉质粘土呈流塑状态，存在施工过程中易塌孔、注浆养护后锚固力不足等问题。

为了有效控制基坑变形，减小基坑开挖对周围环境的影响。经分析讨论认为，对于基坑强风化岩层较浅位置，考虑使用支护桩与预应力锚索结合的支护形式。对于基坑强风化岩层较深，支护范围内存在土岩交接位置，考虑采用支护桩、预应力锚索、地质钻杆结合的支护形式，在上部土层中施作地质钻杆，地质钻杆全长锚固于土层中。对于下部地质钻杆难以施工的岩层，采用预应力锚索，将锚固段锚固于稳定岩层中，达到安全经济的效果。

综合以上分析，对于支护范围内土岩结合位置采用支护桩、预应力锚索、地质钻杆结合的支护形式。支护桩桩径800 mm，桩间距1.5 m，支护桩嵌固深度2.5 m。支护桩上部设置两道地质钻杆，钻杆水平间距同桩间距，钻杆锚固于土层之中，注浆采用二次高压注浆。支护桩下部设置两道预应力锚索，锚索水平间距同桩间距，锚索锚固段锚固于稳定强风化岩层中。典型剖面图如图1所示。

图1 土岩结合位置支护断面图

对土岩结合位置进行开挖工况下的内力分析，内力包络图及计算模型如图2，图3所示。

2.2 地下水控制方案

基坑范围内东侧及南侧北侧大部分为强风化板岩，西侧及北侧南侧局部含有卵石层。对于基坑范围内含有卵石层范围，采用荤素咬合桩形成止水帷幕，以隔绝地下水。基坑排水方式采用坑内明排，坑内设置排水盲沟和集水坑抽排地下水及帷幕渗漏水。

图2 计算模型（单位：m）

图3 内力包络图

3 基坑监测结果

本工程基坑西南侧临近既有城市主干路，且地质条件复杂，为监测的重点区域［5］。因此在基坑开挖前在基坑冠梁间隔20 m设置桩顶水平位移监测点，用来观测基坑开挖过程中桩顶水平位移变化情况。图4为基坑开挖过程中，部分监测点桩顶水平位移监测曲线，其中S1，S4分别为基坑北侧、东侧岩质基坑段位移最大的两个监测点，S23，S24为基坑西侧、西南侧土岩结合段基坑位移最大的两个监测点。

图4 桩顶水平位移监测曲线

通过基坑开挖全周期近200 d持续监测可以看出:

1)岩质段基坑总体水平位移小于土岩结合段桩顶水平位移。岩质段监测点S1，S4位置桩顶水平位移分别为－16.02 mm，－20.61 mm。土—岩结合段监测点 S23，S24 位置桩顶水平位移分别为－27.62 mm，－28.89 mm，其中“－”号表示桩顶水平位移方向为由基坑外侧向基坑内侧移动。监测结果均满足规范GB 50497—2009建筑基坑工程监测技术规范，证明该支护方案在该工程中的应用是可行的。

2)在岩质段基坑位移监测点中，临近市政道路位置监测点S4较远离市政道路的监测点S1桩顶水平位移大。

3)在开挖初期，土岩结合段桩顶水平位移变化速率较岩质段桩顶水平位移大。

4 结语

经过分析，得到如下结论及建议:

1)以大连某深基坑为实例，对基坑开挖过程中桩顶水平位移进行监测，结果表明护桩、预应力锚索及地质钻杆的联合支护体系在控制基坑变形方面效果明显，满足设计要求。

2)支护桩、预应力锚索及地质钻杆的联合支护体系能够保证基坑的安全稳定，并且可减少对周围环境的影响，节省对地下空间的占用。证明这种支护形式是安全可靠的。

3)通过监测结果证实，支护桩、预应力锚索及地质钻杆的联合支护体系在该地区应用效果良好，可为该地区类似基坑支护项目提供参考借鉴。