上软下硬地层基坑支护型式－吊脚桩支护结构分析

李宁宁，董亚男，孙建成

(1.北京城建设计研究总院有限责任公司青岛分院，山东青岛 266000;2.青岛城市建筑设计院有限公司，山东青岛 266000)

目前，我国已步入了地铁的高速发展期，全国各大城市相继步入地铁时代，在建地铁城市中，青岛有着较为独特的环境条件和地质条件，青岛位于丘陵地区，市内道路普遍较窄，第四系土层下覆强、中微风化花岗岩，花岗岩埋深起伏较大，当基坑竖向穿越岩土复合地层时，明挖基坑较适合采用吊脚桩支护型式。虽然当地对于此种支护型式已大量采用，但针对其主要设计参数对支护体系的研究还较少，本文通过分析比较，系统总结各设计参数对支护体系的影响，为今后的施工和设计提供一定的指导。

1 工程概况

人民会堂车站位于太平路与大学路交叉口北侧，车站北侧紧邻青岛市人民会堂，西侧临近市艺术研究所，车站周边场地较空旷，施工对交通及管线影响较小，具备明挖条件，采用明挖法施工。车站所处区域上覆5～15 m土层，下覆中、微风化花岗岩，局部含有煌斑岩，具体地层参数详见表1。由于车站竖向及横向均穿越两种差异较大的地层，基坑支护型式采用“吊脚桩支护结构+岩石锚喷支护”与“深桩支护结构”两种型式，本文仅针对吊脚桩支护型式进行分析。

表1 地层参数表

2 支护结构方案

围护桩采用φ800@1 500钻孔灌注桩，竖向设两道钢支撑加预应力锚索，一桩一锚，锚孔直径150 mm，围护桩桩底全部嵌入中风化岩层一定深度。下层岩坡采用钢管桩加锚喷支护直立开挖。坑外设旋喷桩止水帷幕，桩径1 200 mm，单独成排，咬合300～400 mm，旋喷桩入强风化岩不小于500 mm。支护结构横剖面图见图1。

3 支护结构分析

3.1 计算方法

采用的计算方法是上下边坡分开计算，边坡分界面取中风化岩面顶。

上层边坡采用圆弧滑动法进行计算分析，边坡高度为预留平台以上高度;下层岩坡采用直线滑动法进行计算分析，岩坡高度为预留平台以下高度，上层边坡位于下层岩坡破裂角以内的全部荷载作为超载作用于下层岩坡。

3.2 桩嵌岩深度对支护体系的影响

分别对桩底入中风化岩0.1 m、0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3 m 进行分析。本次分析取当地常用平台宽度1.2 m。嵌岩深度对支护体系的影响见图2～图4。桩体最大位移发生位置：嵌岩0.1 m发生于桩脚，其余均发生于第二道钢支撑下1 m位置。钢支撑位置见图1。

图1 支护结构横剖面图

从以上结果可看出，为满足基坑稳定的最小嵌岩深度是0.5 m，且随着嵌岩深度的增加桩体位移和地面沉降都有一定程度的减小，但减小不明显;围护桩内力变化也很小，分析其主要原因是中风化岩石可提供的嵌固力较大，较小的嵌固深度即可满足工程要求。但结合现场施工情况看，岩石爆破对桩脚范围内岩体的完整性造成一定破坏，所以建议桩嵌岩深度取1～1.5 m。

3.3 锁脚锚索预加力对支护体系的影响

锁脚锚索能有效锁住桩脚，对整个围护桩的稳定起着非常关键的作用，本文分别采用预加力为50 kN、100 kN、150 kN、200 kN、250 kN，300 kN进行分析，得出桩体位移、地面沉降及桩内力等与锁脚锚索预加力的关系，详见图5～图6。桩嵌岩深度取1 m。桩体最大位移均发生于第二道钢支撑下1 m位置。

从以上结果可看出，锚索预加力对桩体位移、地面沉降和围护桩内力影响很小，主要是因为桩脚嵌入非常坚硬的中风化花岗岩，预留了一定的平台宽度后，有效保护了桩脚周围岩石的完整性，且相对于坚硬的岩石，锚索属于柔性支护，锚索的预加力并不能对桩位移及内力带来明显影响。

4 计算与实测结果对比分析

4.1 现场实测情况

本工程围护桩嵌岩深度取1.5 m，现场实测桩体位移见图7。

图8 现场实测桩体位移

4.2 计算值与实测结果对比

目前人民会堂车站一期工程已封顶，车站施工期间，对基坑周边地面沉降、地表裂缝、围护桩变形，钢支撑(锚索)内力等进行了实时监测，施工期间一切监测数据均在控制范围内。从图8可以看出，现场实测桩体位移最大值及发生位置与计算结果较吻合;计算地面沉降最大值为19 mm，现场实测沉降最大值为15.14 mm，现场实测值与计算值较吻合，故目前这种上下边坡分开计算的方法能够满足工程需要。

5 结论与建议

青岛地区普遍为上软下硬、岩土复合地层，虽岩石的强度和稳定性均优于土层，但对岩土交接面的处理仍是目前设计工作的一大难点，若处理不好，必然会危及基坑自身及周边环境的安全。吊脚桩支护结构能充分利用独特的花岗岩的自稳能力，利用围护桩体系刚度大的优点，有效控制地面沉降和桩身位移，保证基坑及周边建筑物的安全，同时有效控制工程造价，降低施工难度。

通过以上研究，主要得出以下几点结论：

(1)吊脚桩支护结构目前采用的上下边坡分开计算的方法，能够满足工程要求，计算模型较为合理。

(2)桩的嵌岩深度及预留平台的完整性是控制桩体位移的关键因素，根据理论计算结果，桩入岩0.5 m即可满足工程需要，但是爆破工艺势必造成桩脚一定范围内岩体的破碎，综合考虑诸多不可控因素及结合目前现场施工情况看，建议桩嵌岩深度取1～1.5 m。

(3)虽然计算结果表明锁脚锚索预加力对围护桩桩脚变形影响不大，但就现场施工情况看，由于下层岩体爆破造成桩脚一定范围内岩体的破碎，锚索端部锚入坚硬的岩石，可有效锁住桩脚，因此施加一定的预应力对于控制围护体系整体稳定可起到较好的作用，因此建议锁脚锚索应施加一定的预应力，具体大小可根据工程需要确定。

(4)针对现场岩石起伏较大情况，建议施工现场重视信息化施工，及时反馈，以便能灵活地调整设计桩体长度。

(5)监测数据回归分析十分重要，好的分析可以为设计、施工提供良好的信息，及时有效的调整设计，完善施工，避免不良事故的发生。

［1］GB 50330－2002.建筑边坡工程技术规范［S］.

［2］JGJ120－99.建筑基坑支护技术规程［S］.

［3］GB 50157－2003.地铁设计规范［S］.

［4］刘红军，李东，孙涛，等.二元结构岩土基坑“吊脚桩”支护设计数值分析［J］.土木建筑与环境工程，2009，31(5)：43－48.