土巖結合基坑吊腳樁支護的施工技術

李開偉 陳志軍

云南建投基礎工程有限責任公司 云南 昆明 650501

土巖結合基坑的下伏基巖強度高、穩定性好，尤其是中風化巖具有很好的邊坡自穩能力和豎向承載能力，基坑支護體系若繼續沿用上部土層支護方式將不夠經濟。同時，傳統旋挖鉆孔灌注樁樁機在巖層成孔過程中會遇到極大困難，引起坍孔及沉渣厚度過大等質量問題。因而，針對此類基坑，尋找一種投資節省、技術易行的方法進行基坑支護顯得十分必要。

朱祥山[1]以青島某超高層建筑基坑開挖支護設計為例，對青島地區“嵌巖”基坑設計方法進行研究。綜合考慮變形控制、經濟性及周邊環境等因素，建議基坑支護工程采用上部樁錨結構和下部錨噴結構組成的復合土釘墻組合支護模式。同時，根據土層開挖的不同階段，當基坑開挖至中風化花崗巖界面時，采用高預應力錨拉構件替代原排樁被動區土壓力（圖1），解決吊腳樁邊坡的穩定性問題。實施結果顯示，基坑安全可靠，基坑變形可控。

李華杰等[2]對青島某大廈工程（開挖深度23 m）進行研究，針對土巖結合地質條件、周邊復雜的環境及狹小的場地條件，建議深基坑采用上部樁錨、下部噴錨的深基坑圍護及放坡開挖技術，并在巖土結合面處的坡面上設置錨板墻來加強支護樁樁腳的嵌固（圖2），進而增加吊腳樁的穩定性。實際基坑支護方案取得了預期效果，在基坑回填以前確保了基坑支護使用功能的安全。

圖1 青島某超高層建筑基坑吊腳樁支護

圖2 青島某大廈吊腳樁基坑支護

賈緒富[3]對預應力錨桿肋梁支護技術進行了研究。預應力錨桿肋梁支護結構的定義為“當支護面層由鋼筋網噴射混凝土加強為縱橫肋梁傳遞錨桿預應力時，形成的一種類似于雙向板肋梁樓蓋結構的支護形式”。對于坑底挖至基巖或進入基巖一定深度的基坑，預應力錨桿肋梁支護結構較為適用。因為錨桿有傾角可進入基巖以獲得很大的錨固力，并且肋梁支護結構施加預應力，可有效防止因坑底基巖開挖爆破時產生的振動對坑壁的影響。預應力錨桿肋梁支護結合吊腳樁支護在青島某醫院基坑工程中得到了成功的應用。

綜合國內土巖結合基坑現狀，并結合昆明市滇池度假區保障性住房基坑支護實例，進一步探討吊腳樁的理論支撐和施工方法具有十分重要的現實意義。

1 工程概況

1.1 工程地質條件

昆明市滇池度假區保障性住房工程所處區域的地層，根據土（巖）的物理力學性質差異及工程地質特性可分為4個主層及數個亞層，自上而下分別為①1填土、①2填土、①3填土、②黏土、③粉質黏土、③2黏土、④中風化灰巖、④1中風化灰巖。

1.2 設計方案概況

結合現場地形地質條件及巖土體力學物理力學參數，原設計方案采用了“放坡＋噴錨＋旋挖鉆孔灌注樁＋預應力錨索”聯合支護體系進行支護（圖3）。根據設計方案，支護樁為長8.5 m的φ800 mm@2 500 mm旋樁鉆孔灌注樁，在基坑底以下嵌巖深度為2.5 m。

圖3 原設計剖面

2 施工重、難點及應對措施

在施工旋挖鉆孔灌注樁過程中，原設計方案要求旋挖鉆孔灌注樁入中風化灰巖長度為2.5 m。實施過程中受中化風化灰巖、溶洞的影響，鉆頭的損耗極大，成孔時間較長（平均成孔時間在8 h左右）。由于成孔時間過長導致孔內坍孔現象嚴重，樁底沉渣厚度平均在50 cm左右，多次清孔后，樁底沉渣仍然在30 cm左右，成樁質量無法得到有效保證。針對上述實際情況，結合國內土巖結合基坑的成功案例，設計單位、施工單位提出采用吊腳樁進行基坑支護，在保持旋挖鉆孔灌注樁樁徑及樁間距不變的情況下，對旋挖鉆孔灌注樁嵌巖深度進行縮短，僅要求旋挖鉆孔灌注樁入巖30 cm（圖4）。

具體支護措施如下：

1）旋挖鉆孔灌注樁施工過程終孔控制是吊腳樁支護成敗的關鍵。由于灰巖地帶地層起伏較大，且強風化灰巖及中風化灰巖的現場鑒定存在一定困難，在成孔過程中必須確保終孔時樁底到達中風化灰巖才可終孔，否則基坑在開挖過程中極可能失穩，在實施過程中確保吊腳樁進入中風化灰巖大于30 cm，其安全系數會大大增加。

圖4 吊腳樁支護剖面

2）吊腳樁下部基坑開挖控制是主控因素之一。由于吊腳樁下部處于無約束狀態，在施工過程中開挖下伏基巖時必須盡量減小對樁體及周邊巖體的擾動，吊腳樁樁底以下基巖基坑開挖可采用靜態爆破，且爆破抵抗線距離吊腳樁不少于1.5 m，在清除支護樁下部巖塊過程中禁止采用大型破碎錘破碎，以減小對樁體的擾動。

3）吊腳樁下部封閉及“鎖腳”。在樁底以下基巖開挖后必須及時噴錨封閉，以防止基坑坑壁土體及強風化巖體的垮塌，通過網噴對坑壁的柔性約束能減小部分基坑變形，其次網噴能避免形成貫通的地下水滲水通道，一定程度上減少基坑周邊的地下水流失，進而減小基坑變形。“鎖腳”是約束樁底位移最直接的方法，在該項目施工過程中，在吊腳樁樁底增加50 cm×50 cm的混凝土腰梁和長6 m的φ25 mm@2 500 mm鋼筋預應力錨桿來控制樁底位移，通過錨桿及腰梁聯合約束樁底位移，避免由于樁身位移過大而造成基坑整體傾覆事故。

3 變形監測及效果

3.1 變形監測

在滇池度假區保障性住房吊腳樁施工前，對原設計方案和吊腳樁支護方案進行基坑變形分析。按原設計方案實施，基坑最大水平位移為9.82 mm，最大豎向位移為16 mm。采用吊腳樁支護后，理論計算基坑水平位移及豎向位移有所加大，其中最大水平位移為11.65 mm，最大豎向位移為19 mm，采用吊腳樁支護時基坑變形在規范允許范圍以內，理論分析表明吊腳樁支護方案可行。

在基坑開挖過程中，監測頻率及報警值應綜合考慮基坑安全等級、基坑周邊環境和當地施工經驗后確定。在開挖吊腳樁下部土體時應加大監測頻率，根據基坑變形大小和速率做好應急措施。在基坑回填前，通過基坑變形速率及累計位移監測，其最大變形速度為0.9 mm/d，累計豎向位移和水平位移分別為28、25 mm，基坑變形速度和累積基坑變形均在規范允許范圍內。

3.2 實施效果

通過采用吊腳樁支護，避免了由于成孔時間過長導致的坍孔及沉渣厚度過大現象，確保了旋挖鉆孔灌注樁的成樁質量，單樁樁長縮短約4.3 m，累計減少旋挖鉆孔灌注樁工程量約323.5 m，減少投資約46萬元，節約了工期。

4 結語

在國內基坑支護中，針對吊腳樁支護方案只能做一些簡單初步的理論分析，甚至存在理論分析與實際偏差較大的現象。目前，在巖土體力學計算中，采用的理論模型有兩大類：一類是彈塑性模型，另一類是彈性非線性模型。兩者都反映了土的非線性應力-應變關系特征，但由于土體及巖體在嚴格意義上均是非連續、各向異性的介質，以上兩種理論模型在實際應用時均存在一定的局限性。在巖土體理論方面，還需要從業者進一步深入研究。對于傳統的摩爾-庫侖模型，雖然其分析較快，但局限性在于巖體與土體結構面的內聚力、內摩擦角的值極難確定。針對吊腳樁的理論分析模型，仍需廣大從業者進行深入研究。

目前，隨著計算機技術的發展，大量的數值模擬軟件為解決吊腳樁支護問題提供了一種分析方法，如FLAC 3D軟件（有限差分法）及Ansys軟件（有限單元法），均可以對巖土體結構面作多次數值模擬，且可以考慮土體-巖體-地下水的耦合效應，在設計過程中通過對邊界條件的重復多次預設，為基坑支護中的吊腳樁設計提供了一定的理論基礎與數值分析方法。

在基坑支護實施過程中，由于目前巖體力學和土力學的理論尚未完全成熟，故與以往類似方案的類比顯得極為重要，尤其是吊腳樁支護，其仍然沒有足夠的理論支撐。針對吊腳樁的適用性，應遵循以下原則：

1）不同的基坑巖土體條件下，吊腳樁適用性差異巨大，在采用吊腳樁時，必須分析其對基坑安全性的影響。

2）在施工過程中必須遵循少擾動吊腳樁及下部巖土體的原則，避免樁體傾覆的可能性及進而引發的事故。

3）在基坑開挖至樁底以下時，基坑信息化施工顯得尤為重要。應根據基坑變形量及時采取針對性措施，避免基坑失穩事故的發生。

對于土巖結合基坑中入巖困難的問題，本文結合國內相關研究現狀及昆明市滇池保障性住房工程實例，證明采用吊腳樁施工實為一種經濟、快捷的方法，可為該類基坑的設計及施工提供一定的借鑒經驗。