排樁-土釘墻復合支護體系在深基坑中的應用

孫欽宏

（中鐵十六局集團城市建設發展有限公司，北京 100018）

0 引言

近年來由于各類工程項目基坑深度較深及周邊環境復雜等特點，深基坑支護工程成為了整個工程項目施工中的一個重、難點工程，而復合土釘墻技術的發展大大減少了深基坑支護施工的工期和費用支出。復合土釘墻技術是將深層攪拌樁、排樁、預應力錨桿等支護結構與土釘墻結合起來[1]，互相彌補各自的技術缺點和使用限制，使其針對不同的基坑工程制定相應合理的支護方案，它可以大大的提高基坑支護的安全性和經濟性，獲得了越來越廣泛的認可和使用[2]。

1 工程概況

1.1 工程概況

包頭控制中心工程位于包頭市青山區建設路與建華路交口，是包頭市軌道交通、地下綜合管廊的核心調度指揮機構。該工程地上結構分為主樓和裙樓兩部分，主樓23 層，功能為管廊控制中心及附屬辦公，裙樓5 層，功能為軌道交通控制中心。地上建筑面積總計6.8 萬平米。該工程地下室層數為2 層，地下建筑面積總計14300 平米。基坑平面尺寸為156.9m×52.6m，開挖深度為9.5m～11.5m。基坑西側距離建華路約51.1m，北側距建設路約250m，東側距天福廣場小區約100m，南臨本項目二期地塊，周邊有電纜、光纜、燃氣管道等地下管線，施工條件復雜。

1.2 地質、水文條件

1）工程地質概況

場地地貌單元為陰山山脈山前沖洪積扇邊緣。

該地段屬于白彥花構造凹陷盆地，該凹陷盆地為鄂爾多斯斷塊與陰山緯向構造帶之間的構造。盆地內堆積著第三、四系的堆積物，新構造運動發育的地殼運動是以垂直運動為主，其具有孕震構造。

擬建場地內天然地層依據其巖性、工程性質不同劃分為十個工程地質層位，分述如下。

2）水文地質概況

場地地下水為賦存于礫砂層的孔隙潛水，主要受大氣降水補給，受氣候影響較大。地下潛水穩定水位為-7.07～-10.27 米左右，根據區域水文地質資料，變化幅度為1.0-2.0 米。

2 支護方案設計

基坑圍護結構類型的選擇應施工中主要控制后插鋼筋籠工藝及水下混凝土灌注、地質和水文地質情況、基坑特點、施工技術、工程造價以及當地施工經驗等諸多因素，因地制宜，選擇技術安全可靠、經濟合理的支護型式。基坑的圍護結構形式要盡量滿足施工安全、技術成熟、環境保護、造價合理、工期短、利于文明施工等要求[3]。

表1 地質分布表

根據包頭市當地經驗，場地工程地質水文地質特性等綜合因素，可采用的圍護結構方案主要有樁撐、樁錨、土釘墻方案，分別對以下三種常見技術方案進行經濟、技術比選。

2.1 樁錨方案

由于地質資料中部分土層錨固體極限粘結強度標準值較低，錨索計算長度較長，經計算第一道錨索長度為15m，第二道錨索長度為20m，局部超出道路紅線。而且錨索方案遺留地下永久障礙物，本工程周邊緊鄰道路，可能對控制中心后期工程及周邊市政工程產生影響。

2.2 土釘墻方案

由于地質資料中部分土層錨固體極限粘結強度標準值較低，土釘計算長度較長，經計算土釘最長需18m，不合理。此外由于坑底以上有砂性土層，導致受穩定性控制的放坡坡率較小，經計算為1:0.4,土方開挖回填量大，無法發揮土釘墻的優勢。

2.3 樁撐方案

混凝土支撐剛度大，整體性好，對基坑變形的控制較為理想，且對周邊環境影響小。經過計算僅需一道混凝土支撐加樁頂放坡即可滿足要求，綜合考慮工程地質條件、水文地質條件、周圍環境條件、施工技術、基坑特點及工程造價等相關因素，本工程基坑支護初步擬定采用樁撐方案，降排水工程采用雙軸混凝土攪拌樁止水帷幕+坑內疏干井。經計算初步圖紙設定為基坑圍護樁采用直徑0.8m@1.2m 鉆孔灌注樁，樁長17m；局部樁長20m，間距1.0m。豎向采用一道混凝土支撐，支撐水平間距為8 ～12m，混凝土支撐截面為0.8m×0.8m，系桿尺寸0.6m×0.6m。樁頂放坡4.5m～6.3m。圍護樁頂設一道混凝土冠梁，冠梁尺寸為1.0m×0.8m。止水帷幕采用一排φ700mm@500mm 雙軸水泥土攪拌樁。此方案最終測算造價為1352.8 萬元，雖適用性較好，但總體造價較高，且施工周期長。

圖1 排樁-土釘墻支護體系剖面圖

綜上，深基坑支護的幾種常用方案因為適用性較差，均已被排除，項目組通過對周邊項目的考察，查閱相關文獻，考慮采用兩種支護結構結合的方案，以充分做到“揚長避短”，達到滿足項目施工的所有目標，即排樁-土釘墻復合支護技術。經過設計計算，維護結構方案確定如下：基坑總體方案采用一級放坡+鉆孔灌注樁排樁+一道預應力錨索，坑外管井井點降水。樁頂放坡坡率根據不同區域土層特性采用1:1.3～1:1.5.圍護樁采用直徑0.8m@1.5m 鉆孔灌注樁，樁長為13.5m～15.5m。豎向采用一道預應力錨索，錨索長度21m，水平間距1.5m，錨索材料鋼絞線抗拉強度標準值為1860MPa。圍護樁頂設一道0.8m×0.8m 混凝土冠梁，如圖1所示。

采用排樁-土釘墻復合支護技術，具有以下明顯優勢：①兼有樁錨支護體系的剛度大、支護穩定性好的優點和土釘墻施工工期短、經濟性好的優點，與樁錨方案相比，減少土方分層施工的間歇時間，有效縮短工期。②工程造價低，排樁土釘墻復合支護結構造價約為樁撐支護體系的60%。

3 施工與監測

3.1 施工質量控制重點

1）鉆孔灌注樁

由于基底砂層中存在潛水，所以護坡樁采用長螺旋鉆孔成樁、壓灌混凝土、后插鋼筋籠的施工工藝。施工中主要控制后插鋼筋籠施工工藝和水下混凝土灌注施工過程，確保護坡樁成型后不出現斷樁現象。待樁身混凝土強度達到設計值的70%后，采用低應變動測法檢測樁身完整性。

2）預應力錨索

鉆孔直徑為150mm，鉆孔過程中需用測斜儀控制鉆孔方向。注漿采用二次注漿工藝，錨索安裝后進行一次常壓注漿，待一次注漿強度達到5MPa 后，進行二次高壓注漿，確保孔內水泥漿密實。由于本工程緊鄰本項目二期地塊，土體內遺留的錨索很可能成為二期工程基坑施工時的障礙物，因此施工中注意嚴格控制孔位偏差，并對每根錨索的最終成型位置做好精確的定位記錄，在竣工圖上做好詳細的標注，以便后期施工時作為參照。

3.2 基坑變形及沉降監測

為確保支護結構的安全，需在基坑使用周期內，在基坑周邊設置監測點，對基坑進行不間斷的變形監測。當監測結果超過報警值時，應及時疏散施工人員，必要時采取回填措施，保障人員人身安全[4]。監測點布置位置見圖2。

圖2 基坑監測點平面布置圖

本工程自2017年6月土方開挖開始，至2018年3月，基坑監測數值見下表2。

表2 基坑檢測結果

通過在基坑使用過程中的持續監測得到的基坑變形數值全部滿足《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）[5]中的相關要求，基坑邊坡和周邊地面未出現裂縫，基坑安全得到有效保障[6]。

4 效益分析

排樁-土釘墻復合支護體系在本工程中應用效果良好，并取得了較大的工期效益和經濟效益，較樁撐方案節省工期約1.5 個月，造價降低40%，見下表3。

通過上述效益分析，證明了排樁-土釘墻復合支護及管井降水方案在本工程中的適用性遠大于樁撐形式支護及止水帷幕疏干井降水方案，且在施工和使用過程中，具有良好的可操作性。

5 結語

1）復合土釘墻支護技術在周邊環境復雜的條件下，能充分發揮其“復合技術”中各部分的優點。在本工程中，排樁-土釘墻復合支護體系充分利用了樁錨結構的剛度大和土釘墻施工靈活的特點。

2）實踐中，優化深基坑支護方案的目的在于使最終所選的方案能達到項目預定的安全、工期、造價等多個目標的要求[7]，方案決策問題是解決多目標情況的決定性格因素，總體支護方案的選擇具有成敗決定性作用。本工程中選擇了排樁-土釘墻復合支護體系及管井降水方案，是本工程全面完成預設目標的前提[8]。

表3 經濟效益分析表