灌注桩与微型钢管桩组合支护型式在基坑支护工程中的应用

2018-01-23易介民

中国科技纵横 2017年24期

摘要：混凝土灌注桩在基坑支护工程中已得到广泛应用，效果显著；微型钢管桩作为一种新型的支护型式，近年来与土钉墙结合形成复合土钉墙在基坑支护工程中应用也越来越多。但将混凝土灌注桩与微型钢管桩组合应用在基坑支护工程中实例还较少。本文结合工程实例，介绍了混凝土灌注桩与微型钢管桩组合支护型式在基坑支护工程中的应用，为复杂条件下的基坑支护型式选型提供了一种新的可选择的支护型式。

關键词：基坑加深；混凝土灌注桩；钢管桩；复合体系；基坑支护

中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）24-0000-00

在基坑支护工程中，排桩的桩型主要采用混凝土灌注桩，灌注桩与锚杆、内支撑结合，形成“桩锚”或“桩撑”支护体系，在基坑支护工程中应用广泛。微型钢管桩因直径较小，抗弯能力差，在基坑支护中一般与土钉墙结合使用，形成复合土钉墙支护结构，微型钢管桩作为超前支护结构改变了土体变形特征，与单一土钉墙相比，可以更好的控制土体变形，起到超前支护的作用。在基坑距离既有建筑物较近，常规钢筋混凝土灌注桩无法实施的情况下，微型钢管桩是一种理想的替代结构。近年来，因建设方在原基坑支护结构施工完成后改变建筑方案，局部或全部增加地下室层数或增加地下室高度，造成已施工支护灌注桩处于“吊脚”或嵌固深度不能满足基坑安全性要求，需对原基坑支护结构进行加固。

广州生物岛AH0915064地块项目基坑支护工程原设置两层地下室，后因建设方改变建筑方案，局部需增加一层地下室，已施工支护灌注桩嵌固深度不能满足加深后的基坑安全性要求，后尝试性在此工程中采用“微型钢管桩+预应力锚索”进行基坑加固，竖向挡土结构采用灌注桩与微型钢管桩组合支护型式，保证了基坑的安全和结构的正常施工。此工程钢管桩与灌注桩组合支护结构的设计、施工方法，可对以后类似的工程提供借鉴和参考。

1 工程概况

1.1 项目简介

广州生物岛AH0915064地块项目基坑支护工程位于广州市生物岛，场地北侧为官洲地铁站B出口，支护边距离地铁出入口结构边距离约13.20～17.26m，地铁四号线呈北西～南东方向在场地东北侧通过，基坑支护边离隧道结构边线最近水平距离为65.5m，场地北侧为螺旋路，支护边距离道路边距离约14.70m，西南侧为官洲公路下沉隧道，支护边与隧道结构边线距离最近为12.77～18.60m。本项目原设计为两层地下室，单层地下室面积约15600m2，基坑设计开挖深度8.65m，基坑支护采用“φ1000灌注桩+一道钢筋混凝土内支撑（局部一道预应力锚索）”支护方案，基坑围护桩、内支撑和锚索支护结构已施工完成，因东南侧场地内民宅未能按时拆迁，建设方调整建筑方案，东南侧场地不做地下室，单层地下室面积缩小为10560m2，并将场地大部分调整为3层地下室来满足地下停车位要求，调整后地下室基坑支护周长约310米，基坑设计开挖深度为13.30米，场地增加一层地下室后，基坑开挖深度增加4.65m，造成已施工支护灌注桩嵌固长度仅剩0.35～1.85米，原基坑支护结构不能满足加深后基坑安全性要求，必须对原基坑支护结构进行加固处理。

1.2 工程地质情况

（1）杂填土层：以粉质粘土为主，含少量碎石块和生活垃圾，结构较为松散，层厚2.0～5.9 m。

（2）粉质粘土层：坡积而成，以粉粘粒为主，含少量石英颗粒，稍湿，呈可塑状态，层厚1.6～4.9m。（3）粉质粘土层：冲积而成，以粉粘粒为主，含少量中细砂，稍湿，呈可塑状态，层厚0.9～6.5m。（4）淤泥、淤泥质土层：冲积而成，饱和，流塑状态，层厚0.8～5.9m。（5）细砂层：冲积而成，含少量粘粒，饱和，松散状态，层厚0.7～2.9m。（6）砂质粘性土层：为花岗岩残积土，呈可塑～硬塑状，层厚1.8～8.4m。（7）下伏基岩为混合花岗岩，按分化程度分为全风化、强风化、中风化及微风化层。

1.3 水文地质条件

场地内粉质粘土、淤泥等均为弱透水层，砂层为强透水层，基岩岩性为混合花岗岩，强～中风化岩层裂隙较发育，裂隙中赋存一定的地下水，水量的补给与裂隙连通性有关。地下水的埋深介于0.4～1.8m之间。

1.4 工程难点分析

本工程周边环境复杂，北侧为市政道路，东北侧为地铁隧道及地铁出入口结构物，东南侧为民房，西南侧为公路下沉隧道及高压电缆沟，复杂的基坑周边环境对支护结构位移控制要求严格。

本项目原设计为两层地下室结构，在基坑支护灌注桩及第一道支撑或锚索施工完成后改变建筑方案，在场地大部分区域增加一层地下室，基坑最终开挖深度增加4.65米，因原支护灌注桩大多嵌固深度为5.0～6.5米，按照加深后的基坑开挖深度支护灌注桩嵌固深度仅为0.35～1.85m，在边桩承台位置，因承台加深开挖，支护灌注桩局部处于“吊脚”状态。

为确保因增加地下室层数造成基坑开挖深度加深后支护结构及周边环境的安全，必须对原基坑支护结构进行加固处理。

2 基坑加固方案设计

2.1 原两层地下室基坑支护设计方案及实施情况

原两层地下室基坑设计开挖深度8.65米，基坑东北侧、北侧中段、西南侧采用“φ1000@1200灌注桩+一道钢筋混凝土内支撑”支护方案，其余位置采用“φ1000@1200灌注桩+一道预应力锚索”支护方案，典型支护剖面如图1所示，各区段支护桩嵌固长度为5.00米～6.50米。支护灌注桩已全部按支护设计方案施工完成，土方已开挖至冠梁底标高，第一道支撑梁、预应力锚索和冠梁已施工完成。

2.2 新增一层地下室后基坑支护加固方案选型分析

在支护灌注桩、第一道钢筋混凝土内支撑及预应力锚索施工完成后，建设方改变建筑方案，在场地大部分区域增加一层地下室，地下室外边线不变，东北侧因靠近地铁线及地铁出入口结构物，负三层地下室外边线往内退缩约15.1米。因原支护灌注桩嵌固长度为5.0～6.5米，基坑开挖深度加深4.65米后，按照新的基坑开挖深度支护灌注桩嵌固深度仅为0.35～1.85m，为确保支护体系安全，必须新增竖向挡土结构以增加嵌固长度。考虑到各种桩机施工工作面要求及灌注桩施工偏位扩孔等不利因素影响，原基坑支护桩边到地下室外边仅保留了1.0米施工空间，若增加混凝土灌注桩，则要侵占结构主体位置。endprint

基于这种现场条件限制，因灌注桩桩端基本已进入全～强风化花岗岩中，桩端下部岩层侧向岩土压力较小，设计考虑采用钢管桩作为竖向挡土结构的支护方式，也就是灌注桩+钢管桩这种新型复合支护体系。基本思路是：将土方从冠梁底回填至冠梁面标高位置，在冠梁面标高距离支护桩内边约0.2米位置处施工一排微型钢管桩，钢管桩实桩顶设置在原基坑设计坑底标高位置处，在桩顶设置一道压顶梁通过植筋与已施工支护灌注桩联接，同时在桩身设置4道预应力锚索控制位移及桩身弯矩，典型加固支护剖面如图2所示。

2.3 复合支护结构计算

计算采用理正深基坑7.0软件，计算时分两步计算，第一步按照灌注桩深度验算支护桩配筋、锚索及支撑轴力，第二步按照钢管桩嵌固深度验算整体稳定及抗倾覆，验算结果表明基坑整体稳定及抗倾覆安全系数满足规范要求，基坑位移在规范准许范围内，已施工支护桩、预应力锚索及内支撑均能满足计算结果相应要求。我们对桩顶水平位移进行分析，与监测数据比较来验证设计。

由图3可见，桩顶冠梁最大水平位移为22mm，桩身最大深层水平位移为26.8mm。

2.4 复合支护体系构造原理

因灌注桩与钢管桩间有厚度约0.2米左右间隙，为使灌注桩与钢管桩协同作用，必须确保灌注桩与钢管桩间有效联接，本项目中灌注桩与钢管桩间土体为硬塑或以上砂质粘性土层，部分为全～强风化岩层，因花岗岩残积土遇水极易软化，岩土体稳定性较差，在开挖后基本遇水脫落，因此本项目中钢管桩与灌注桩间通过喷射混凝土填充，同时，锚索腰梁与灌注桩间植筋连接，桩缝见混凝土填充密实，使锚索施加预应力有效传递到支护灌注桩上，使支护灌注桩与钢管桩形成协同作用。

3 监测效果

3.1 支护结构位移观测点布置

根据基坑支护周长和支护结构形式，依据监测规范要求，本项目加深基坑设计区域共布置12组水平位移监测点，每组测点在灌注桩压顶冠梁及钢管桩压顶梁上各布置一个，同时布置6个深层位移检测点，进行深层水平位移监测，测点深度同钢管桩深度。

3.2 观测结果与计算结果对比分析

（1）桩顶最大水平位移监测值为20mm，与计算值22mm接近。（2）桩身最大深层水平位移监测值为32.5mm，与计算值26.8mm接近。（3）通过监测结果与计算值对比，桩顶水平位移及深层水平位移基本吻合。

4 结语

（1）采用理正7.0软件计算的支护体系变形基本能与现场实测吻合，计算模型选取可以指导工程实践；（2）采用钢管桩与混凝土灌注桩结合的支护模型对于本工程是成功的，可以作为一种新型支护模型在以后工程中使用；（3）钢管桩与混凝土灌注桩组合使用成功的关键是支护桩与钢管桩间有效联接，形成协同作用。

参考文献

[1]中国建筑科学研究院.建筑基坑支护技术规程[S].中国建筑工业出版社，2012

[2]胡如周.钢管桩加锚杆在深基坑围护中的应用[J].城市勘测，2003，（1）：18-21.

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[4]纪维刚.钢管桩加预应力锚索在深基坑支护中的应用[J].青岛理工大学学报，2011，（6）：124-128.