土岩结合基坑吊脚桩支护的施工技术

李开伟 陈志军

云南建投基础工程有限责任公司 云南 昆明 650501

土岩结合基坑的下伏基岩强度高、稳定性好，尤其是中风化岩具有很好的边坡自稳能力和竖向承载能力，基坑支护体系若继续沿用上部土层支护方式将不够经济。同时，传统旋挖钻孔灌注桩桩机在岩层成孔过程中会遇到极大困难，引起坍孔及沉渣厚度过大等质量问题。因而，针对此类基坑，寻找一种投资节省、技术易行的方法进行基坑支护显得十分必要。

朱祥山[1]以青岛某超高层建筑基坑开挖支护设计为例，对青岛地区“嵌岩”基坑设计方法进行研究。综合考虑变形控制、经济性及周边环境等因素，建议基坑支护工程采用上部桩锚结构和下部锚喷结构组成的复合土钉墙组合支护模式。同时，根据土层开挖的不同阶段，当基坑开挖至中风化花岗岩界面时，采用高预应力锚拉构件替代原排桩被动区土压力（图1），解决吊脚桩边坡的稳定性问题。实施结果显示，基坑安全可靠，基坑变形可控。

李华杰等[2]对青岛某大厦工程（开挖深度23 m）进行研究，针对土岩结合地质条件、周边复杂的环境及狭小的场地条件，建议深基坑采用上部桩锚、下部喷锚的深基坑围护及放坡开挖技术，并在岩土结合面处的坡面上设置锚板墙来加强支护桩桩脚的嵌固（图2），进而增加吊脚桩的稳定性。实际基坑支护方案取得了预期效果，在基坑回填以前确保了基坑支护使用功能的安全。

图1 青岛某超高层建筑基坑吊脚桩支护

图2 青岛某大厦吊脚桩基坑支护

贾绪富[3]对预应力锚杆肋梁支护技术进行了研究。预应力锚杆肋梁支护结构的定义为“当支护面层由钢筋网喷射混凝土加强为纵横肋梁传递锚杆预应力时，形成的一种类似于双向板肋梁楼盖结构的支护形式”。对于坑底挖至基岩或进入基岩一定深度的基坑，预应力锚杆肋梁支护结构较为适用。因为锚杆有倾角可进入基岩以获得很大的锚固力，并且肋梁支护结构施加预应力，可有效防止因坑底基岩开挖爆破时产生的振动对坑壁的影响。预应力锚杆肋梁支护结合吊脚桩支护在青岛某医院基坑工程中得到了成功的应用。

综合国内土岩结合基坑现状，并结合昆明市滇池度假区保障性住房基坑支护实例，进一步探讨吊脚桩的理论支撑和施工方法具有十分重要的现实意义。

1 工程概况

1.1 工程地质条件

昆明市滇池度假区保障性住房工程所处区域的地层，根据土（岩）的物理力学性质差异及工程地质特性可分为4个主层及数个亚层，自上而下分别为①1填土、①2填土、①3填土、②黏土、③粉质黏土、③2黏土、④中风化灰岩、④1中风化灰岩。

1.2 设计方案概况

结合现场地形地质条件及岩土体力学物理力学参数，原设计方案采用了“放坡＋喷锚＋旋挖钻孔灌注桩＋预应力锚索”联合支护体系进行支护（图3）。根据设计方案，支护桩为长8.5 m的φ800 mm@2 500 mm旋桩钻孔灌注桩，在基坑底以下嵌岩深度为2.5 m。

图3 原设计剖面

2 施工重、难点及应对措施

在施工旋挖钻孔灌注桩过程中，原设计方案要求旋挖钻孔灌注桩入中风化灰岩长度为2.5 m。实施过程中受中化风化灰岩、溶洞的影响，钻头的损耗极大，成孔时间较长（平均成孔时间在8 h左右）。由于成孔时间过长导致孔内坍孔现象严重，桩底沉渣厚度平均在50 cm左右，多次清孔后，桩底沉渣仍然在30 cm左右，成桩质量无法得到有效保证。针对上述实际情况，结合国内土岩结合基坑的成功案例，设计单位、施工单位提出采用吊脚桩进行基坑支护，在保持旋挖钻孔灌注桩桩径及桩间距不变的情况下，对旋挖钻孔灌注桩嵌岩深度进行缩短，仅要求旋挖钻孔灌注桩入岩30 cm（图4）。

具体支护措施如下：

1）旋挖钻孔灌注桩施工过程终孔控制是吊脚桩支护成败的关键。由于灰岩地带地层起伏较大，且强风化灰岩及中风化灰岩的现场鉴定存在一定困难，在成孔过程中必须确保终孔时桩底到达中风化灰岩才可终孔，否则基坑在开挖过程中极可能失稳，在实施过程中确保吊脚桩进入中风化灰岩大于30 cm，其安全系数会大大增加。

图4 吊脚桩支护剖面

2）吊脚桩下部基坑开挖控制是主控因素之一。由于吊脚桩下部处于无约束状态，在施工过程中开挖下伏基岩时必须尽量减小对桩体及周边岩体的扰动，吊脚桩桩底以下基岩基坑开挖可采用静态爆破，且爆破抵抗线距离吊脚桩不少于1.5 m，在清除支护桩下部岩块过程中禁止采用大型破碎锤破碎，以减小对桩体的扰动。

3）吊脚桩下部封闭及“锁脚”。在桩底以下基岩开挖后必须及时喷锚封闭，以防止基坑坑壁土体及强风化岩体的垮塌，通过网喷对坑壁的柔性约束能减小部分基坑变形，其次网喷能避免形成贯通的地下水渗水通道，一定程度上减少基坑周边的地下水流失，进而减小基坑变形。“锁脚”是约束桩底位移最直接的方法，在该项目施工过程中，在吊脚桩桩底增加50 cm×50 cm的混凝土腰梁和长6 m的φ25 mm@2 500 mm钢筋预应力锚杆来控制桩底位移，通过锚杆及腰梁联合约束桩底位移，避免由于桩身位移过大而造成基坑整体倾覆事故。

3 变形监测及效果

3.1 变形监测

在滇池度假区保障性住房吊脚桩施工前，对原设计方案和吊脚桩支护方案进行基坑变形分析。按原设计方案实施，基坑最大水平位移为9.82 mm，最大竖向位移为16 mm。采用吊脚桩支护后，理论计算基坑水平位移及竖向位移有所加大，其中最大水平位移为11.65 mm，最大竖向位移为19 mm，采用吊脚桩支护时基坑变形在规范允许范围以内，理论分析表明吊脚桩支护方案可行。

在基坑开挖过程中，监测频率及报警值应综合考虑基坑安全等级、基坑周边环境和当地施工经验后确定。在开挖吊脚桩下部土体时应加大监测频率，根据基坑变形大小和速率做好应急措施。在基坑回填前，通过基坑变形速率及累计位移监测，其最大变形速度为0.9 mm/d，累计竖向位移和水平位移分别为28、25 mm，基坑变形速度和累积基坑变形均在规范允许范围内。

3.2 实施效果

通过采用吊脚桩支护，避免了由于成孔时间过长导致的坍孔及沉渣厚度过大现象，确保了旋挖钻孔灌注桩的成桩质量，单桩桩长缩短约4.3 m，累计减少旋挖钻孔灌注桩工程量约323.5 m，减少投资约46万元，节约了工期。

4 结语

在国内基坑支护中，针对吊脚桩支护方案只能做一些简单初步的理论分析，甚至存在理论分析与实际偏差较大的现象。目前，在岩土体力学计算中，采用的理论模型有两大类：一类是弹塑性模型，另一类是弹性非线性模型。两者都反映了土的非线性应力-应变关系特征，但由于土体及岩体在严格意义上均是非连续、各向异性的介质，以上两种理论模型在实际应用时均存在一定的局限性。在岩土体理论方面，还需要从业者进一步深入研究。对于传统的摩尔-库仑模型，虽然其分析较快，但局限性在于岩体与土体结构面的内聚力、内摩擦角的值极难确定。针对吊脚桩的理论分析模型，仍需广大从业者进行深入研究。

目前，随着计算机技术的发展，大量的数值模拟软件为解决吊脚桩支护问题提供了一种分析方法，如FLAC 3D软件（有限差分法）及Ansys软件（有限单元法），均可以对岩土体结构面作多次数值模拟，且可以考虑土体-岩体-地下水的耦合效应，在设计过程中通过对边界条件的重复多次预设，为基坑支护中的吊脚桩设计提供了一定的理论基础与数值分析方法。

在基坑支护实施过程中，由于目前岩体力学和土力学的理论尚未完全成熟，故与以往类似方案的类比显得极为重要，尤其是吊脚桩支护，其仍然没有足够的理论支撑。针对吊脚桩的适用性，应遵循以下原则：

1）不同的基坑岩土体条件下，吊脚桩适用性差异巨大，在采用吊脚桩时，必须分析其对基坑安全性的影响。

2）在施工过程中必须遵循少扰动吊脚桩及下部岩土体的原则，避免桩体倾覆的可能性及进而引发的事故。

3）在基坑开挖至桩底以下时，基坑信息化施工显得尤为重要。应根据基坑变形量及时采取针对性措施，避免基坑失稳事故的发生。

对于土岩结合基坑中入岩困难的问题，本文结合国内相关研究现状及昆明市滇池保障性住房工程实例，证明采用吊脚桩施工实为一种经济、快捷的方法，可为该类基坑的设计及施工提供一定的借鉴经验。