分析深基坑支护中桩撑结构的应用

2018-05-22张天斌

西部探矿工程 2018年5期

张天斌

（广东省地质灾害应急抢险技术中心,广东广州510425）

1 概述

珠海市位于我国珠江三角洲海陆交互堆积平原，是我国重要的沿海开放城市。就珠海市工程地质条件而言，属于珠江入海口冲积平原，上层一般是沉积土或淤泥质土，地质较为软弱，当进行深基坑施工时，为了保证工程的安全性和质量，需要进行支护工作，而实际采取的就是桩撑支护结构。

工程概况。拟建工程位于珠海市香洲区人民西路以北安富街以东，交通便利。本项目工程为酒店工程，层数14层，高度为74.40m，建筑面积约为5100m2，室内地坪标高相当于绝对标高+13.00m，形状为矩形，拟采用框架结构，地下室为4层，面积约为3400m2，基坑安全等级为一级。本项目工程重要性等级为二级，场地复杂程度等级为二级，地基复杂程度等级为二级，岩土工程勘察等级为乙级。按照国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008），拟建场地抗震设防类别为丙类。

2 场地岩土工程条件

2.1 地形地貌

拟建项目场地位于珠海市香洲区人民西路以北安富街以东，交通便利。其原始地貌为冲洪积地貌。勘察时场地地势较平坦，测得各钻孔孔口标高介于12.21～13.64m之间。

2.2 地层岩性

根据钻探结果，场地内埋藏的地层主要有人工填土层、第四系冲洪积层及第四系残积层，下伏基岩为燕山期花岗岩。场地内发育的地层按自上而下的顺序依次描述如下。

2.2.1 人工填土

人工填土为褐黄、褐色，主要成分为粘性土夹约20%～25%的石英颗粒，不均匀夹碎石、碎砖、砼块等组成，粒径一般3～15cm，偶见植物根茎及生活垃圾，其中ZK4和ZK7含回填块石、砼块，该层系新近堆积而成，尚未完成自重固结，结构呈湿、松散状态。各钻孔均遇到该层，层厚5.20～10.80m。

2.2.2 第四系冲洪积层

粉质粘土：褐黄、褐红色，主要成分为粘粒和粉粒，局部不均匀含10%～20%石英颗粒，摇震无反应，光泽反应稍有光泽，干强度及韧性较高，呈饱和、可塑状态。钻孔 ZK16、ZK18、ZK19遇到该层，层厚 1.10～1.30m。

2.2.3 第四系残积

砾质粘性土：褐黄、褐红色，系由花岗岩原地风化而成，原岩结构可辨，主要成分为粘性土，混约少量石英质砂，摇震无反应，光泽反应稍有光泽，干强度中等，韧性较低，呈饱和、硬塑状态，局部可塑状态。所有钻孔均遇到该层，层厚3.90～13.80m。

2.2.4 燕山期花岗岩

黄褐、褐色，主要组成矿物为石英、长石及黑云母，细粒结构，块状构造。本次勘察揭露的花岗岩根据风化程度不同可分为全风化、强风化和中风化三带。

2.2.4.1 全风化花岗岩

属极软岩，褐黄、灰白色，除少量石英外，绝大部分矿物已风化土状，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类，可见残余结构，手捏有砂感，岩芯呈土柱状，遇水易软化，手捏易碎，合金钻具易钻进。各钻孔均遇到有此层，厚度0.30～15.00m。

2.2.4.2 强风化花岗岩

属极软岩，褐黄、灰白、肉红色，大部分矿物已显著风化，节理裂隙极发育，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类，岩芯呈土柱状及土夹碎块状，合金钻具易钻进。除ZK12外，其他钻孔均揭露该层，揭露厚度3.20～18.50m，层厚不详。

2.2.4.3 中风化花岗岩

属较硬岩，灰白、深灰色，主要矿物成分为石英、长石及黑云母，中细粒结构，块状构造，部分矿物风化明显，节理裂隙稍发育，岩体完整程度为较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ类，岩芯呈短柱状，金刚石钻具可钻进。钻孔ZK1、ZK4、ZK6、ZK10～ZK12、ZK15、ZK17、ZK20号揭露该层，揭露厚度1.20～4.30m，层厚不详。

2.2.4.4 中风化花岗岩球状风化体

褐黄、青灰、灰白色，节理裂隙较发育，岩质较坚硬，岩芯多呈柱状及短柱状，金刚石钻具可钻进。

2.2.4.5 石英岩脉

白色，乳白色，粒状变晶结构，块状构造，主要矿物成分为石英，岩芯多呈3～8cm块状，金刚石钻具难钻进。

3 基坑设计

3.1 基础选型分析

据勘察结果，结合珠海地区建筑经验，拟建建（构）筑物较适宜采用桩基础，桩型以选用预应力砼管桩或钻冲孔灌注桩为宜，若采用砼预应力管桩，可选择全风化花岗岩或其以下地层作为桩端持力层，桩端应进入持力层一定深度，在满足设计桩长的同时，宜以贯入度或终压值作为沉桩控制的标准；若采用钻冲孔灌注桩，宜以中风化花岗岩作为桩端持力层。

3.2 基坑开挖及支护

拟建珠海市亚通有限公司朗悦酒店工程设有4层地下室，地下室基底标高为地下-2.7m，埋深约为15.7m，基坑安全等级为一级，基坑的开挖地层主要为人工填土、粉质粘土及砾质粘性土，其中人工填土为松散地层，稳定性较差，因此基坑开挖时必须对坑壁采取有效的支护及止水措施，以保证基坑开挖能够安全顺利进行。结合珠海地区类似工程支护经验，基坑支护可采用桩撑支护结构加桩间止水方式进行支护。根据场地的水文地质条件，基坑开挖时在基坑内设置集水井与明沟，通过水泵向基坑外排水，基坑采用高压旋喷桩止水。图1为基坑支护平面图。

图1 基坑支护平面图

应说明：基坑开挖与支护是一项综合性极强的岩土工程工作，它往往牵涉到工程造价、施工难易程度及工期等多方面因素，因此需进行专项的岩土工程设计与施工方案评审，确保工程安全顺利进行。

3.3 支护施工

3.3.1 支护位置

基坑形状为长方形（东北—西南走向），适合选用四角撑加中间对撑的支护结构。这种支护结构能防止深基坑由于土质软弱导致基坑变形、桩身弯矩大、基底起伏等状况；东北形成的三角形空位可出土，由于设置了2道支撑且在珠海市区，出土比较困难。桩撑结构相对于桩锚支撑方案，此种支撑方式造价贵、工期长，但能较好地控制周边建筑物的沉降，较好地维护了周围建筑、道路及地下管线的安全性并不会对红线外场地产生污染。

3.3.2 支护轴力分析

应用规范法及有限元法，平面计算及竖向断面计算等多种方法综合分析，得出支护最佳受力方式；对比实际检测及计算结果得到；四个角位梁轴力相对支撑较小，主要原因是基坑阴角位置土体相互作用导致的，即使部分轴力较大也是因为基坑部分形状不规范造成的。据实际检测结果和计算结果对照得到，实际加测结果与支撑梁轴力计算结果相似。桩身弯矩则与实际检测差别较大，有限元法计算得到的数值较小，规范法计算得到的结果比较保守，而实际检测结果更小；这种计算结果符合实际应用中桩撑结构的受力特点，即是桩弱撑强的特点，护壁桩有着传递土压力的作用；同时在支撑中，立柱也时重要组成部分；立柱不只是受支撑梁的重量影响，也受到在基坑开挖过程中机械的误触和土体开挖时产生不平衡力的影响，再设计立柱时应采用2.0以上的安全系数。应尽量采用规范法计算结果进行施工，以免因为应用较小计算结果产生安全隐患。

3.3.3 桩撑支护的优点

因城市建设的不断进行，既有建筑越来越密集，可运用的施工建设空间越来越小。灌注桩内支撑结构结构稳定，且占用的场地空间较小不会超过用地红线，能够较好地保护施工场地周边的建筑。在现代城市建设中基坑开挖支护过程中有很好的指导意义。