增设后排桩约束桩顶位移超限的支护工程实例分析

盛 斌

（中铁西北科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

在当前的建筑工程中，基坑支护是一个至关重要的环节，其目的在于确保地下结构的施工安全以及周围环境的稳定。桩板墙支护作为一种常见的支护形式，在实践中得到了广泛应用。然而，由于地下水位的上升、施工质量的缺陷等因素，基坑顶部水平变形过大的问题时有发生，这不仅影响了施工的顺利进行，还可能对周边环境造成潜在的威胁。

为了解决这一问题，业界已经提出了一系列的处理方法，如支挡、注浆、降水、卸载等。这些方法各有优缺点，适用于不同的工况。对于特定项目来说，选择合适的方法至关重要。文章将通过一个具体的工程实例，探讨在原排桩后增设新排桩，形成双排桩的支护形式对减小基坑顶部水平变形的效果。这种双排桩支护形式在实践中的应用及关键技术也将是我们重点讨论的内容。

这个研究不仅旨在为类似工程提供实践指导，同时也期望能推动相关理论的发展，为今后的基坑支护工程提供更为科学和有效的解决方案[1]。

1 工程实例

1.1 项目概况

某学校操场西侧拟建一栋文体综合楼，拟建的文体综合楼呈“L”型，地上2层，局部3层，地下局部1层，框剪结构。拟建物基础采用桩基础形式，基坑开挖后基坑支护总长度为320 m，基坑开挖最大深度为12.4～12.5 m，拟建文体综合楼东侧，坡顶为学校既有操场，坡脚为拟建文体综合楼入口处道路，该处文体综合楼基坑开挖后将形成10.45 m 高的垂直边坡。在基坑边进行开挖与支护过程中，采用桩板墙作为支护措施。从基坑开挖至结束，基坑变形监测数据始终保持基本稳定。然而，某日桩顶水平位移突然加剧，经巡查发现，坡顶操场一处水管破裂导致大量水源涌入，从而引发坡体变形超出允许范围。建设单位及时组织各参建单位研讨基坑处理方案，经过深入分析与研究，最终制定出加固方案并成功实施，取得了显著效果。

1.2 工程地质条件

1.2.1 地层岩性

根据本项目场地勘察报告揭示的地质情况，操场基本上全位于填方区（最大填方厚度为14.5 m，即原冲沟沟心位置），场地地层结构相对简单，自上而下分别为填土、黄土、砂质泥岩及泥岩，但填方厚度及风化层厚度随地形不同存在差异。原场地为分层碾压后的场地，自上而下依次为素填土、黄土、砂质泥岩及泥岩，详述如下：

①素填土层（Q4ml）：以黄褐色粉土、泥岩和砂质泥岩碎块为主，含少量粉质黏土，表层夹杂有碎石土，其中粉土呈稍湿-湿，稍密-中密，以稍密为主。埋深为0.00～14.50 m，厚度1.30～14.50 m。该素填土层底部与下伏黄土和强风化泥岩或砂质泥岩接触。该层在场地均有分布，厚度较大，呈中压缩性，密实度较差，土质不均一。

②黄土（Q3eol）：黄褐色，稍湿-湿，稍密，土质均匀，孔隙发育，以粉粒为主，局部粉砂含量较高，含白色钙质网状菌丝，表层可见少量植物根系。埋深为0.00～7.10 m，厚度1.30～3.60 m。该层在场地分布不连续，厚度较小，呈中压缩性，密实度较差。

③强风化泥岩和砂质泥岩互层（P1sh）：强风化状，紫红色或灰绿色，泥质结构，厚层状构造，极软岩，破碎状，遇水易软化，岩体基本质量等级为V级，地层强度低，变形量低，风化裂隙发育，该层在场地内连续分布，每个钻孔均有揭露，厚度0.10～7.40 m。

④强风化砂质泥岩（P1sh）：强风化状，紫红色、灰白色或灰绿色，泥质结构，层状构造，局部和泥岩互层，为极软岩，破碎，遇水易软化，岩体基本质量等级为V级，地层强度低，变形量低，风化裂隙发育，该层在场地内不连续分布。

⑤中风化泥岩和砂质泥岩互层（P1sh）：中风化状，紫红色或灰绿色，泥质结构，厚层状构造，极软岩，较破碎-破碎，遇水易软化，岩体基本质量等级为V级，地层强度低，变形量微，风化裂隙发育一般，该层在场地内不连续分布，厚度2.50～11.50 m，该层未揭穿。

1.2.2 水文条件

（1）地表水。操场场地整平及建成后，无自然形成的冲沟，大部分降雨形成的地表水均沿排水沟道排出场地。部分降雨汇集于操场沉降低洼区域，根据操场所处场地原始地貌冲沟界限，原冲沟区的汇水面积约0.000 5 km2。

（2）地下水。场地区域属贫水水文地质单元区。场地及邻区均无地表径流。根据勘察报告，地下水稳定水位6.5～12.5 m，稳定水位高程1 153.8～1 167.1 m。同时通过工程物探（高密度电法）显示，在原冲沟地表与回填土接触带，土体含水量较大，局部土体含水率接近饱和状态。对原冲沟地表土体及回填土下部土体产生影响，地基基础受该部分地下水影响较大。场地地下水属松散岩类孔隙潜水和碎屑岩类裂隙水。

1.3 原支护设计方案

1.3.1 设计安全等级

该工程治理安全等级为一级。由于拟建建筑结构、通风及采光等方面的要求，边坡（基坑）支护与建筑物外墙需要脱离，此次设计按永久性边坡支护进行设计，故按《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）相关规定，考虑一般、地震和暴雨3种工况，并要求边坡稳定性安全系数分别不小于1.35、1.15及1.15[2]。

1.3.2 设计原则

该项目基坑支护设计本着以下原则进行：

基坑工程设计一般遵循“纵向分段、竖向分层、严禁超挖、动态设计、信息化施工”的原则；按照设计基坑底标高及各边现状地面标高综合确定基坑开挖深度10.45～12.50 m，坑顶地面超载按20 kPa计算；根据开挖深度及周边具体情况不同，分段、分型式进行基坑支护设计。

1.3.3 设计参数

根据项目勘察报告，支护设计深度范围内采取的相关岩土参数指标见表1。

表1 主要岩土层力学参数

1.3.4 支护设计

采用钢筋混凝土灌注桩+预应力锚索方式进行支护。钢筋混凝土灌注桩桩径为1.20 m，桩间距为2.00 m，桩长为18.00 m。灌注桩顶设置0.50 m 高1.40 m 宽通长冠梁，冠梁以下设置2 道预应力锚索，锚索长分别为22.00 m 和19.00 m。桩前设置200 mm 厚C30 混凝土挡土板，基坑支护结构如图1所示。

图1 基坑支护结构详图

1.4 施工后基坑变形情况

支护桩施工完成后，采用边开挖边施工锚索与挂板，基坑支护工程施工过程中，基坑无变形，施工完成后1个月发现部分坑顶突然出现累计水平位移增大的情况，最大值接近20 mm（允许值30 mm）。现场查找原因发现操场下一根水管破裂漏水，积水从坡体底部渗出。

2 基坑支护加固方案

2.1 对原支护结构进行复核

为了避免基坑顶部在浸水或超载等其他情况下，水平变形仍能满足规范要求，建设单位决定对基坑支护进行加固措施。首先，选用GEO5 岩土工程软件2022版深基坑结构支护分析系列软件，对原结构进行（基坑）边坡支护计算复核。计算结果显示，原结构的变形情况符合规范要求。然而，在浸水条件下，情况会有所变化。土的抗剪强度指标大幅下降，造成部分锚索失效，这将导致水平变形接近规范允许值（30 mm）。当所有锚索全部失效时，水平变形的最大值将达到63 mm，远超过规范允许值。这一情况如图2所示。

图2 全部锚索失效工况下支护结构计算结果

由此可见，基坑支护的加固措施至关重要。一旦锚索失效，可能会引发严重的安全隐患。因此，对于基坑支护的设计和施工，必须充分考虑锚索的性能和稳定性。同时，建设单位应根据实际情况，对基坑支护进行定期检查和维护，确保其安全可靠。

2.2 增设排桩方案

根据现场施工情况及工期要求，采用在原排桩后增设一排新排桩，形成双排桩的支护形式[3]。新增桩桩径1.20 m，桩长18.00 m，与前排桩中心距6 m；桩间距8.00 m，桩顶设置0.50 m 高1.40 m 宽通长冠梁，新旧冠梁之间采用横梁进行连接，使新旧排桩形成整体，提高了抵抗弯矩的能力，减小基坑顶部水平变形值，支护结构如图3所示。

图3 双排桩支护结构详图

2.3 加固后计算

根据加固后的支护结构及相关参数，采用GEO5岩土工程软件2022版深基坑结构支护分析系列软件对基坑内力、变形等进行计算，均满足规范要求，典型模型如图4 所示[4]，潜在破裂面基本位于填土中，支护桩上的锚索均穿过填土进入强风化泥岩和中风化泥岩层中进行锚固。软件分析可以看到桩的水平变形由加固前最大的63 mm减小至加固后的22.60 mm，计算结果如图5所示，最大的水平变形位置也由桩顶转移到桩的中间位置，桩顶处理论变形量由原来的63 mm 降至20.10 mm，满足了规范对于支护桩最大水平位移量的要求。作用到支护桩上的土侧压力也回到了正常的范围之内，最大土压力为53.09 kPa。

图4 双排桩支护结构模型

图5 最不利工况下支护结构计算结果

3 加固后坑变形监测情况

3.1 测点布置

结合监测范围地形情况，选择通视效果好的点建立基准网[5]，工程监测范围内的基准网已经布设完成，已在相应位置布设观测桩，地表变形监测点34个，后视点4个，基准点3个（1个工作基点），累计监测点41个进行边坡的监测。在边坡后缘（基坑侧边中部及有代表性的部位）增设深孔位移监测点，计划共布置深孔位移监测点4 个，目前已累积埋设测斜管90.50 m，累计成孔4个，如图6所示。

图6 监测点布置图

3.2 监测成果

水平变形最大的监测点位于悬臂端中部，监测日期自2023年6月16日始，截至2023年8月17日，累积水平位移为0.38 mm，累积垂直位移为0.50 mm。通过现场巡查，结合监测数据分析可以看出，累计水平位移较小，累计沉降较小，且均未达到预警值，挑选变形最大的几个监测点数据绘制累积变形图，如图7所示。

图7 监测点累计变形值

4 基坑支护效果评价

项目基坑支护为永久工程，加固后的双排桩对水平变形的控制较好，由原基坑支护结构水平变形理论最大值63 mm 降至22.6 mm，满足了规范要求及建设单位的使用要求。从现场监测的情况看，施工后60 d，水平变形的最大值由原来的桩顶监测点转移至悬臂端中部的监测点，整个支护结构变形量均匀，且水平累计变形值较小，仅为0.38 mm，远小于理论计算值，支护效果较好。

5 结语

基坑支护工程设计与施工是技术复杂、综合性强的系统工程，目前在理论、试验、施工等诸多方面都不完善，有待研究，特别是新工艺、新技术的应用。基坑支护的施工质量关系到基坑支护的安全及基坑的使用功能，因此，必须要采用安全、可靠、经济的支护措施，根据此项目实例提出几点注意事项供同类项目参考：

（1）根据特定的工程要求和使用条件综合考虑，应选用安全、可靠、经济、合理的基坑支护措施，项目原支护结构在不利条件下变形过大，采用增加后排桩形成的双排桩，可以很好地控制了桩顶水平变形超限的问题。

（2）加强基坑支护监测，对变形发展趋势做出预测，判断坡体的稳定状态，从而保证施工安全，以及长期动态监测可评价和预测处治后的边坡长期稳定性，保障建筑物的安全运营。

（3）基坑支护工程出现问题需要补强加固时，应针对变形原因选用合理的加固措施，并进行反复论证，确保加固措施能达到设计要求。