单排桩支护在软土基坑中的应用及分析

陶言祺

(安徽省交通勘察设计院有限公司，安徽 合肥 230000)

船闸一般邻水、临堤而建，闸址位于河床或河滩地上，基底多含淤泥质粉质黏土，软土土质差；基坑深度由地面标高、最低通航水位和门槛水深决定，基坑开挖深度往往大于5 m。基坑长度与宽度均较大，开挖面积大，基坑开挖易出现边坡或支护失稳、支护结构变形大、基坑隆起，承压水顶托等问题，建设条件复杂。单排钻孔桩[1]作为常用的临时工程支护方式，桩体刚度大，施工对周边地层、环境影响小，结合旋喷桩止水，不仅可以保证施工期的安全，还可以节省工程投资。

本文综合介绍了水阳江船闸基坑工程单排钻孔桩支护措施及软土基坑的施工挖土方案，结合计算结果和现场监测成果，对软土基坑单排桩支护进行了分析研究。

1 工程概况

水阳江闸坝工程选址在水阳镇上游0.5 km～1.9 km河段。该河段具有顺直微弯、滩地宽阔、河槽靠岸等特点。两岸堤防距中部最宽350 m，上、下游段300 m～250 m，左岸滩地宽200 m～130 m，右侧河槽宽80 m～100 m。滩地现状标高6.0 m～7.0 m，河槽底标高-1.0 m～1.5 m。

根据河势、地形条件，液压低水坝跨右侧河槽布置，船闸沿左岸滩地布置，闸室跨坝轴线居中布置。船闸中心线偏左大堤中心线约6°，与堤顶中心距离分别为上闸首80 m、下闸首95 m。

2 基坑支护

本工程场地上层覆盖4 m～8 m素填土和粉质黏土层，中部厚约10 m～12 m淤泥质黏土层，下层约3 m～5 m厚度粉质黏土层，再下为卵石层，闸基坐落在⑤层中。船闸中心线距左侧大堤顶外缘上闸首为77.3 m，下闸首为93.2 m，若全断面放坡开挖基坑，将削弱了堤防断面，影响大堤稳定，为此必须采取支护措施，确保施工期堤防安全。船闸主体工程左岸全线采取钻孔灌注桩支护，冠梁顶部布置3个坐标点，上闸首支护中部G1，闸室支护中部G2，下闸首支护中部G3。船闸基坑开挖平面布置图见图1。

场地①2层淤泥质粉质黏土，工程特性差；②层粉质黏土，工程特性一般；②1层粉质黏土，工程特性较好，但厚度较薄；③层粉质黏土，工程特性较差；④层粉质黏土，工程特性一般；⑤层淤泥质粉质黏土，工程特性差；⑥层粉质黏土，工程特性差；⑦层粉质黏土，工程特性一般；⑧1层卵石，工程特性较好；⑧2层卵石，工程特性好。根据船闸水工建筑物特点和场地地层条件，闸体底板位于⑤层淤泥质粉质黏土层上。由于⑤层淤泥质粉质黏土，工程性质差，场地地基土力学指标表详见表1。

表1 场地地基土力学指标表

勘察场地地下水主要为潜水，局部为上层滞水，深层为微承压水，主要赋存于粉质黏土、淤泥质粉质黏土中。勘察期间实测地下水埋深为0.4 m～1.0 m左右。

3 基坑支护方案设计

3.1 基坑支护方案

基坑支护采用了单排桩+桩顶放坡卸载的方案[2]。桩顶以上放坡坡比上闸首、闸室采用1∶3，下闸首采用1∶4，边坡坡面采用喷射混凝土防护。

单排桩支护采用钻孔灌注桩，桩顶设1.2 m×1.2 m冠梁，冠梁顶高程1.0 m，桩端支承载卵石层中，其中上、下闸首支护桩径1.2 m，桩间距1.3 m；闸室桩支护桩桩径1.0 m，桩间距1.1 m。支护结构参数详见表2。

表2 支护结构参数表 m

船闸基坑开挖断面见图2。

3.2 支护结构分析

3.2.1 设计计算参数

根据周边环境现状，确定支护参数，详见表3。

表3 基坑参数

3.2.2 抗倾覆、整体稳定、位移计算

基坑支护计算采用了软件理正深基坑7.0，支护系统整体稳定、抗倾覆验算依据JGJ 120—2012建筑基坑支护技术规程。在最不利工况下，对支护系统进行验算，计算结果详见表4。

表4 基坑支护计算结果

3.2.3 支护结构分析

1)冠梁顶沉降位移分析。

基坑开挖期间冠梁顶部和冠梁后缘地表沉降见图3。G1，G2，G3三个点沉降随着基坑开挖不断增大，沉降在5月5日～6月1日这一个月里增幅较大，6月1日～7月30日增幅逐渐减小，实际监测G1，G2，G3最大沉降分别为3.01 mm，5.42 mm，6.29 mm；计算沉降分别为16 mm，15 mm，25 mm。计算结果与实际监测差距不大[3]。

可以看出冠梁沉降较小，因为桩基支承载卵石层上，沉降较小，沉降的增加主要由于桩顶向基坑内水平位移引起的冠梁顶部的高程变化；冠梁后缘地面沉降采用抛物线法计算，计算明显大于冠梁沉降，符合现场冠梁后缘与地面出现轻微错台和裂隙现象。

2)冠梁顶水平位移分析[4]。

基坑开挖冠梁顶部的水平位移见图4。G1，G2，G3三个点水平位移随着基坑开挖不断增大，沉降在5月5日～6月1日这一个月里增幅较大，6月1日～7月30日增幅逐渐减小，实际监测G1，G2，G3最大沉降分别为30 mm，17 mm，36 mm；计算沉降分别为38.61 mm，25.93 mm，45.6 mm。计算结果与实际监测差距不大。第一个月里，基坑大面积卸载，水平位移发展较快，后期逐步开挖至建基面，水平位移慢慢收敛，最终稳定，闸室基坑深度小于上、下闸首，最终支护结构水平位移也小于上、下闸首的支护结构水平位移。

现场监测水平位移略小于计算结果，单排桩计算模式下，计算结果能够较为真实的反映支护结构的水平位移，可以用于指导设计、施工及监测中位移报警值的设置。

4 施工技术

船闸基坑为长条形，采用分区跳仓施工，软土分层开挖厚度0.5 m～0.8 m。施工中结合桩顶位移监测结果调整开挖层厚和开挖区域，基坑开挖至建基面后及时封底浇筑主体结构底板，减少基坑暴露时间，有效的控制了支护结构的水平位移[5]，保障基坑安全稳定。

5 结论

1)计算结果和监测数据表明，单排桩结合桩顶放坡的形式能够保证基坑开挖的安全稳定，减小对周边环境的影响。

2)对比计算结果和现场监测成果，单排桩计算水平位移较为接近实际位移，钻孔桩支承 载卵石层上，沉降较小，但由于桩顶水平位移导致桩后土体的沉陷，地面沉降大于桩顶沉降，计算结果合理。

3)船闸软土基坑采用分区跳仓分层开挖能够避免大面积开挖、卸荷过快引发的支护结构位移超限和基坑稳定问题。