复杂环境双排桩结合锚杆支护出现问题及处理措施

丁武保， 孙 磊， 刘学友， 崔文泰

(1.青岛地质工程勘察院，山东 青岛 266100； 2.青岛地矿岩土工程有限公司，山东 青岛 266071)

近年来，随着城市建设飞速发展，高层建筑和地下工程大量兴建，基坑开挖深度日渐加深，周边环境日趋复杂，给基坑工程带来严峻考验，基坑支护结构日益增多。双排桩因具有很多优点，能克服政策和场地条件等限制，应用越来越广泛。

1 双排桩支护体系受力变形特点

双排桩支护体系由前后2排支护桩、桩顶冠梁及其间设置的刚架梁组成，是一种侧向刚度较大的自立式围护结构体系，具有施工简单、克服设置锚杆困难、与土石方开挖交叉作业影响小、工期短、控制基坑侧向变形强等优势。主要受力变形特点如下[1-6]：

(1)充分利用桩土共同作用的土拱效应，前后排桩均分担主动土压力，其中前排桩主要起负担土压力的作用，后排桩兼起支护、拉锚的双重作用。

(3)连梁刚度很大，相对的压缩变形很小，导致前后排桩桩顶位移、桩身弯矩分布均基本一致，但弯矩在桩身上下分布有差异，总体趋势：上部分和下部分弯矩方向相反，反弯点在基坑底面附近。双排桩通过前后排桩间的桩顶连梁形成门式刚架结构，增强支护结构自身稳定性和整体刚度。前后排桩的排距是影响其内力与变形性状的重要因素，排距过小受力不合理，排距过大刚架效果减弱，合理范围为2～5倍支护桩桩径。

(4)刚性连梁与前后排桩组成一个超静定结构，整体刚度大，在复杂多变外荷载作用下能自动调整结构本身内力。增强桩梁的连接能调整双排桩的变形和内力特征，减小结构位移，调整正负弯矩值。由于前后排桩以及桩间土体的共同作用，在变形中会产生抵抗力矩，具有明显的抵抗变形能力，从而有利改善桩身内力及变形。

2 工程概况及周边环境

工程场地位于青岛市区某商圈中心地段，地下3层，以风化岩为地基持力层，基坑深度约13.4 m，周长约400 m。该基坑周边环境复杂，地下室轮廓线东侧距红线2.8～6.4 m，红线外为市政预留绿化带；南侧距红线5.0～7.4 m，南侧东段距现有酒店7.0～8.9 m(7～8层，无地下室，框架结构，长螺旋钻孔压灌混凝土桩基础，桩端入强风化岩约0.5 m)；西侧距红线7.0～14.0 m，红线外为现有居民楼(5～6层，无地下室，砖混结构，条形基础)；北侧距红线约5 m，红线外为城市主干道。基坑周边影响范围内地下埋藏多条管线，放坡空间较有限。

3 地层分布及特性

据《岩土工程勘察报告》和《青岛市区第四系层序》，主要地层分布如下：

①层杂填土，杂色，稍湿，松散-稍密，成分以回填砖块、砂砾、碎石等建筑垃圾为主，局部混粘性土、粉土等，分布广泛，层厚1.2～6.4 m，平均3.43 m；

⑤层粗砂，黄褐色，湿-饱和，松散-稍密，分选性和磨圆度较差，矿物成分以长石、石英为主，分布较广泛，层厚0.5～6.0 m，平均3.27 m；

⑦层粉质粘土，黄褐色，可塑，含砂砾，稍有光泽，干强度与韧性中等，无摇震反应，分布较广泛，层厚1.1～5.0 m，平均2.22 m；

⑨层砾砂，黄褐色，饱和，稍密-中密，分选性和磨圆度差，矿物成分以长石、石英为主，局部夹砾石，分布广泛，层厚2.1～9.0 m，平均4.81 m；

EM断路器外壳导体大多为规则立方体，多选导热性良好的铝为材料，为便于计算，假设整个立方体壁面的稳态热流量为恒定值，由傅里叶热传导基本方程可知，在单位长度上的热流密度为

各岩土层物理力学性质见表1。

表1 地层物理力学参数Table 1 Physical and mechanical property of strata

*：等效值。

4 地下水条件

场地毗邻河道，地下水丰富，类型以孔隙潜水-微承压水为主，基岩裂隙水为辅。孔隙潜水-微承压水主要赋存于⑤、⑨层中，以侧向迳流、大气降水垂直入渗补给为主，侧向迳流、蒸发排泄为主。勘察期间(枯水期)实测稳定水位埋深4.1～5.0 m，水位标高14.06～14.40 m，水位年变化幅度2～3 m，历史最高水位约17 m。基岩裂隙水主要以层状、带状赋存于基岩强风化带、岩脉旁侧裂隙密集发育带中，因裂隙发育不均匀，其富水性亦不均匀。强风化带中长石多风化成粘土矿物，透水性较差，富水性贫；节理发育带裂隙张开性较好，导水性较强，富水性中等。

5 支护方案及思路

该基坑工程具有如下特点：开挖深度大、周边环境复杂、强透水层厚度大、南侧东段现有酒店对基坑影响大。综合确定基坑支护结构安全等级为一级，设计使用期限1年。基坑南侧东段边界距现有酒店太近，且酒店无地下室，采用长螺旋钻孔压灌混凝土桩基础。若采用单排支护桩，受酒店桩基础影响，锚杆难以设置，支护桩悬臂高度过大，支护结构整体稳定性差。

据“技术可行、经济合理、确保安全、方便施工”的原则，该处设计采用双排桩支护(其它处采用桩锚支护)，其平面布置及支护剖面如图1、图2所示。前、后排桩均用钻孔灌注桩(Ø800 mm@1500 mm，C30)，桩端入基底且入中风化岩分别为3、1 m，先采用回转成孔工艺施工后排桩，再采用冲击成孔工艺施工前排桩，以最大限度消减支护桩施工对现有酒店的不利影响，之间由刚架梁连接。开挖深度5.5 m处仅在单元两端局部设置锚杆MG1(倾角25°，垂直基坑侧壁，水平间距1.5 m，成孔直径130 mm，材料规格5Øs15.2，自由段12 m，锚固段10 m)或斜向拉锚MG1′(倾角15°，偏离现有酒店轮廓线与基坑侧壁呈65°夹角，水平间距1.5 m，成孔直径130 mm，材料规格5Øs15.2，自由段12 m，锚固段10 m)；开挖深度9.5 m处单元整体设置大角度锚杆MG2(倾角45°，垂直基坑侧壁，水平间距1.5 m，成孔直径130 mm，材料规格5Øs15.2，自由段12 m，锚固段6 m)；后排桩中心设置垂直锚杆MG3(水平间距1.5 m，后排桩完成后在桩中心垂直成孔，成孔直径110 mm，材料规格3Øs15.2，自由段18 m，锚固段5 m，基坑开挖前锁定，预加力500 kN)，保证该处支护结构整体稳定和控制变形；前排桩侧桩间土采用内置钢筋网喷射混凝土面层防护措施；为减少锚杆应力对原有地基及锚杆间相互影响，MG1、MG1′、MG2采用压力型锚杆。

图1双排桩支护单元平面图
Fig.1Plan of double-row pile support unit

场地地下水丰富，地层透水性较强，大面积、长时间降水使基坑内外形成水位差，土体在动水压力作用下，细颗粒产生移动，土体孔隙增大，产生不均匀压缩变形和沉陷，导致周边建筑、市政设施发生倾斜、裂缝、甚至断裂、倒塌，故设计采用止水帷幕(三重管法高压旋喷帷幕桩，Ø1200mm@1500mm，与前排支护桩相咬合施工，桩端入风化岩0.5 m，P.O 42.5普通硅酸盐水泥用量550 kg/m)，截断基坑内外水力联系，坑内采用降水井或集水坑集水明排，地表处的雨水等水体通过地面排水沟截流排至市政管道，坡面设置泄水孔排水。

图2双排桩支护单元剖面图
Fig.2Profile of double-row pile support unit

6 出现问题及处理

6.1 高压旋喷帷幕桩成孔困难

因场地局部分布厚度较大杂填土层，其成分复杂，多碎石、块石、旧基础等建筑垃圾，造成高压旋喷帷幕桩难以成孔或成孔后易塌孔。施工过程中选用XY-2型地质钻机配偏心冲击钻头和20 m3空气压缩机进行偏心跟管钻进，成孔直径130 mm。钻至设计深度后，将跟管钻具收敛并取出，及时下设Ø105 mm软PVC管，提出钻进过程中下设的护壁钢套管，PVC管留在原位，并确保PVC管下入深度超过填土层，起到护壁作用，然后下入喷射管。由于所用PVC管壁薄且较脆，喷射注浆过程中喷射压力可轻易将其射穿而不影响注浆效果[7-8]。

6.2 支护桩偏孔、倾斜

该单元地下结构预留施工空间非常狭小，支护桩施工偏差对主体地下结构施工影响相当大，防止偏孔、倾斜而缩小施工空间或侵占主体地下结构位置尤为关键。前排支护桩冲击成孔施工过程中，有4根桩施工至强风化与中风化过渡带时，因基岩风化节理裂隙发育不均，桩孔范围内岩层软硬不一，造成钻头着地时，一侧进程多于另一侧，钻进一段深度后出现偏孔、倾斜现象，桩身垂直度超过了规范允许值0.5%。为此，施工过程中采取回填片石校正处理，将Ø30 cm左右片石(含有部分直径较小的，确保回填密实度)回填至偏孔位置2 m以上，先以较小冲程反复冲砸，使孔底形成平台，然后加大冲程至1.5 m左右，直至冲击时不再发生偏孔为止，其中3根桩反复2～3次解决了问题。另外1根桩桩底出现半边石，采取回填片石校正易造成卡钻现象，处理效果不好。后改用C35混凝土回填，待混凝土强度达到设计强度70%以上时，再进行钻进，达到纠偏、纠斜处理效果[9-10]。

6.3 锚杆穿透止水帷幕孔口涌水、涌砂

锚杆开孔位置与坑外地下水位之间存在1～5 m水头差，为砂、水从锚杆孔中涌出提供了动力条件；基坑深度范围分布厚层砂土，饱和，透水性强，易随水涌出；锚杆钻进施工对原状土层造成扰动，加速了砂随水涌出。该单元MG2锚杆施工钻穿止水帷幕后，局部发生涌水、涌砂现象，锚杆难以成孔。若强行施工，大量砂土随水涌出，势必会掏空基坑周边地层，引起地面下陷，严重危及基坑侧壁、周边建筑安全。施工过程中采取以下多种措施处理：(1)采用双套管护壁成孔工艺，先前进场的螺旋钻锚杆钻机撤出现场；(2)锚杆注浆后，及时采用止水带进行封堵、修补帷幕；(3)锚杆采用加水玻璃二次高压注浆快速堵漏，弥补地下水流动对一次注浆造成的缺陷；(4)涌砂严重地段锚杆施工前，采取注浆预加固处理[11-12]。

6.4 桩间渗水、流砂

受施工桩位偏差、桩身垂直度偏差影响，该单元前排桩与帷幕桩之间在基坑中下部透水性强的砂层处未完全搭接而出现桩间渗水、流砂现象。施工过程中采取“疏导为主、封堵结合、加强排水”的处理方案，具体处理措施如下：(1)及时进行帷幕堵漏，阻止流砂使土体内产生空洞；(2)立即回填压脚，周边设置集水井，加强排水；(3)在沿漏水点基坑顶部桩后位置采用双液注浆，注浆范围超过漏水点位置上下不小于1 m；(4)对漏水点轻微且未继续发展的漏点，采取桩间引流，即在漏点处插管将水引流到坑内集水坑，用快速水泥(或堵漏灵)对漏点进行二次修补加强[13]。

6.5 桩间土塌落、桩间护壁破损

受土石方开挖、施工质量等影响，该单元基坑侧壁局部出现了前排桩桩间土塌落、桩间护壁破损现象。针对各种形成原因，施工过程中采取了以下相应处理措施：(1)按设计图纸采用效果好的桩间土防护措施，内置钢筋网喷射混凝土面层，前排桩桩间土植筋固定；(2)开挖后桩间土土质稳定性较差处，在桩间护壁面层施工前，先及时喷射混凝土防护；(3)桩间土塌落并形成空洞时，采用沙袋等填充、钢筋网喷射混凝土护壁，对未充填密实的孔隙采用打入钢花管注入水泥浆等方式及时修补；(4)因冻胀、漏水等原因使桩间护壁面层脱落、破损、护壁后出现空洞时，及时修补加固或返修面层、对空隙处进行注浆充填[14]。

6.6 邻近建筑物基础下地基受扰动

锚杆穿过邻近建筑物基础下方，不合理施工工艺会使建筑地基受到扰动、变形，造成沉降变形裂缝、基础下沉。施工过程中采取了以下预防处理措施：(1)锚杆采用压力型锚杆、套管护壁施工工艺；(2)优化调整锚杆标高、倾角，尽量远离建筑物基础；(3)锚杆跳打施工，成孔后立即插入锚杆杆件和注浆，避免分批注浆[15]。

7 结语

基坑监测资料表明，该基坑工程坡顶和邻近建筑的变形位移、管线变形远小于设计报警值，均满足设计和规范要求，取得了良好的经济、社会和环境效益。

双排桩支护体系既解决了复杂环境条件无法采用锚杆或只能采用短锚杆的限制，又提高了支护结构侧向刚度以达到满足基坑变形位移要求。在特定条件下，双排桩与锚杆共同使用具有独特的优越性。通过工程实例，双排桩结合锚杆支护在深基坑支护工程取得了较好效果，是一种处理复杂环境条件下、侧向变形要求较高基坑的一种有效支护结构形式。