复合地层基坑支护桩变形问题的探讨

郭 滨， 袁顺德

(中铁西南科学研究院有限公司,四川成都 611731)

成都地区处于冲积平原，地势起伏大，地层较为复杂，包含砂层、砂卵石层、泥岩层，局部地层含粉细砂、细砂透镜体，勘察过程中也难免存在遗漏。在降水过程中粉细砂、细砂会流失、开挖过程中细砂从围护桩间涌出而造成地面塌陷以及支护结构锚固力下降，给工程施工带来安全隐患。本文通过分析在基坑开挖过程中砂卵石地层中粉细砂层透镜体及砂卵石—泥岩复合地层分界面在基坑竖向剖面不同深度位置的支护结构变形，总结发生险情后采取的补救措施的效果，为类似的工程问题提供设计和施工经验。

1 工程概况

成都轨道交通8号线一期工程起点—莲花站明挖区间里程YK17+956.640～YK18+185.318，全长228.678 m。本区间工程场地范围地势起伏大，地貌单元为岷江水系Ⅱ级阶地，高程为490.93～508.93 m，平均约为502.11 m，相对高差约2.29 m。根据钻孔揭示，本区间上覆第四系人工填土层(Q4ml)；其下为第四系上更新统冲积层(Q3al+pl)黏土、粉质黏土、细砂、中砂、卵石，下伏基岩为白垩纪上统灌口组(K2g)泥岩，见图1、图2。细砂、中砂在场地内呈透镜体状分布于卵石层中，见图3、图4。全风化、强风化泥岩呈暗红色、紫红色，岩质软，敲击声闷，泥质结构，块状构造，水平节理较发育。

根据工程特性、环境条件，区间采用明挖顺作法，基坑宽度11.5 m，深度18.3 m。基坑采用钻孔灌注桩+内支撑的支护形式，灌注桩布置为φ1200@2 200 mm。

图1 砂卵石泥岩复合地层分界面位于桩端部

图2 砂卵石泥岩复合地层分界面位于桩身中部

2 支护结构受力及变形分析

2.1 砂卵石与泥岩复合地层

(1)如图5所示，基坑降水时地下水位到达泥岩层面后，由于泥岩渗透性低，水位很难降下去，地下水顺着基坑壁流下去，开挖面的泥岩受水浸泡后变软，强度降低，坑底以下长度段锚固力减小，桩端位移达25.9 mm，容易发生踢脚现象。

图3 粉细砂透镜体位于桩端部

图4 粉细砂透镜体位于桩身中部

(2)如图6所示，砂卵石泥岩复合地层交界面位于桩身中部时，由于设计文件按下半部泥岩强度进行解算，导致钢支撑竖向间距和水平间距偏大，在基坑开挖后单根围护桩承受的侧压力较大，桩体水平挠曲变形增大，同一根桩的桩体水平位移在砂卵石地层与泥岩地层交界处桩体水平位移最大，位移达30.3 mm。

图5 砂卵石泥岩复合地层分界面位于桩端部

图6 砂卵石泥岩复合地层分界面位于桩身中部

(3)砂卵石泥岩复合地层交界面位于桩端附近时，由于受水的浸泡，基坑开挖后基坑壁泥岩软化，侧壁破裂面增大，围护桩受的主动土压力增大，因而钢支撑轴力增大，桩体水平位移也增大。

2.2 砂卵石地层含粉细砂层透镜体

(1)砂卵石地层中常常含有粉细砂层透镜体，粉细砂层在基坑降水过程中容易流失，引起地面塌陷或发生桩间涌砂，导致支护结构失稳、倾覆。

(2)如图7所示，粉细砂透镜体层位于桩端附近时，地层承载力降低，桩端锚固力下降，桩端位移达32.7 mm，发生踢脚现象而导致支护体系破坏。

(3)如图8所示，粉细砂透镜体层位于桩身中部时，该层面桩体变形明显增大，位移达29.5 mm，可见桩背后变形土体范围明显扩大。

图7 粉细砂透镜体位于桩端部

图8 粉细砂透镜体位于桩身中部

2.3 砂卵石泥岩复合地层与粉细砂透镜体桩体变形的异同

(1)砂卵石泥岩复合地层分界面与粉细砂透镜体均位于桩身中部时，桩身中部变形较大，但砂卵石泥岩复合地层分界面处桩体水平位移出现最大值，而粉细砂透镜体该层厚度范围内桩体水平位移均较大。

(2)砂卵石泥岩复合地层分界面与粉细砂透镜体均位于桩端部时，桩端都会出现踢脚现象，但泥岩层面向下的桩体水平位移有收敛的趋势，而粉细砂透镜体该层厚度范围内桩体水平位移继续增大。

3 处理措施

3.1 加密钢支撑

对于砂卵石与泥岩组成的复合地层，宜在地层交界面以上减小钢支撑的竖向和横向间距，加密钢支撑。在同样的侧压力作用下减小挠曲变形，避免钢支撑失稳，控制围护桩外侧的土体变形范围继续向外扩展(图9)。

3.2 加固透镜体地层

针对粉细砂透镜体地层发生涌砂的现象，宜先在基坑开挖前对围护桩背后进行注浆加固后再开挖基坑，开挖过程中产生涌砂时应立即停止开挖并回填反压。

图9 加密钢支撑

3.3 地下水引排

泥岩地层降水效果差，避免水浸泡坑壁土体和坑底围护桩附近的土体引起泥岩强度降低，锚固力下降，产生踢脚现象，应采用导管引排至集水坑抽排，集水坑必须距离基坑壁2m以上的距离。

3.4 换填土层或进行临时支撑

全风化泥岩和强风化泥岩遇水浸泡后软化和粉细砂层承载力低引起桩端锚固力不足，围护桩易发生踢脚破坏，可采取分段掏槽跳挖施作底板或在基坑底架设临时钢支撑或浇筑混凝土支撑。对于市政下穿隧道浅基坑常采用悬臂桩支护的情况，出现踢脚现象应及时架设斜撑并在下端垫方木进行支护。

4 结论及建议

(1)复合地层支护结构设计参数要充分考虑力学性质较差的地层，避免支护系统不能满足受力要求。

(2)砂卵石地层粉细砂透镜体在基坑剖面不同深度对支护结构产生的影响不同，应采取对应的加固措施。

(3)砂卵石地层与泥岩地层组成的复合地层其分界面在基坑剖面不同深度以及下覆泥岩的风化程度对支护结构的影响不一样，应分别采取不同的支护参数。

(4)虽然不同的工况或不同的破坏原因，但出现相似的破坏情况，制订处置措施可根据变形和受力来决定。