黃島區某基坑排樁選型支護方案分析

肖吉松 耿榮華 李春輝

(青島緯測地理信息有限公司，山東 青島 266431)

隨著城市的不斷發展，土地資源日漸緊張，城市空間日漸緊湊，于是人們更加專注于開發地下土地資源，當前多數新建建筑都配套有地下結構，由此在項目建設初期必然會產生基坑開挖與支護問題。許多建設工程在相同的地質條件下，往往存在多種支護方案同時滿足使用要求，這種情況下就需要設計人員綜合比對各種方案，從中選擇更經濟、更安全、更方便快捷的支護形式。技術可行、經濟合理的基坑支護方案可以節約工程造價和時間成本，產生巨大的社會價值和經濟效益。

1 工程案例

1.1 工程概況

擬建工程為某綜合性醫院，位于青島市黃島區，包含一棟17層住院樓、一棟5層門診樓及整體-2層地下車庫。項目占地面積約2萬m2，總建筑面積約16.57萬m2，室內±0標高為32.15m，基底高程為19.0～21.0m。

根據建設單位提供的資料，基坑開挖深度約11.0～18.00m，擬開挖基坑坡底周長(-2F車庫外墻)約795m。

1.2 環境條件

擬建項目位于城市中心，周邊環境條件較復雜。基坑西側車庫外墻距離用地紅線約8.0m；基坑北側為城市道路及綠化帶，北側車庫外墻距離城市綠化帶約15.8m；基坑南側為景觀池塘，基坑開挖前回填壓實，南側放坡空間充足；基坑東側車庫外墻距離建筑紅線(現狀圍擋)約15.0m，紅線外側為多層和高層建筑物及整體-1層地下車庫，已建車庫基底高程為24.50m，同時基坑東側存在多條地下管線(雨水、污水、給水、電力、消防、熱力管線)，其中電力管線在建筑紅線內，擬開挖基坑東側車庫外墻距離電力管線約13.0m。

基坑東側環境條件復雜，存在已建建筑及地下管線，對支護變形的要求高，支護難度大，文章重點分析東側基坑的排樁支護方案。

1.3 工程地質條件

依據巖土工程勘察報告，場區東側地形較平坦，地面標高約30.5m～31.2m。場地地貌類型為丘陵地貌，后經人工回填改造，現為城市建設用地。

依據勘察資料，場區東側揭露的地層主要為4層：①-1雜填土、③全風化閃長巖、④-1強風化閃長巖、⑤-1中風化閃長巖。各巖土層的支護參數見下表1。

表1 基坑支護所需巖土參數表

地下水類型以孔隙潛水為主，基巖裂隙水為輔，孔隙潛水主要賦存于第四系土層孔隙中，基巖裂隙水主要賦存于風化巖層中，富水性差、不連續，水量不大，補給方式主要為大氣降水，排泄方式主要為地下水徑流、地面蒸發。實測孔內穩定水位標高28.7～35.7m，水位年變化幅度約1.5m。

2 支護方案分析

根據場地的環境條件、地質條件及該地區的工程經驗，選擇錨拉式支擋結構，初步確定采用排樁+錨桿的支護形式。排樁的樁型與成樁工藝應根據土層的性質、地下水條件及基坑周邊環境要求等選擇混凝土灌注樁、型鋼樁、鋼管樁、鋼板樁、型鋼水泥土攪拌樁等樁型[1]。綜合考慮工程項目特點、地區經驗、場地條件，初步確定選用混凝土灌注樁或者微型鋼管樁作為支護樁，下面就這兩種樁型進行比對和分析。

2.1 作用機理

混凝土灌注樁用作支護樁時，樁身做擋土構件，排樁構成擋土結構，起擋土作用，抵抗基坑開挖過程中產生的水壓力和土壓力。受力分析中，支護結構看做桿系結構，土體對支護結構的作用視作荷載或約束，采用平面桿系結構彈性支點法進行分析計算。

微型鋼管樁用作支護樁時，其作用機理除了像混凝土灌注樁一樣作為擋土結構起到擋土作用外，還起到對現狀巖土體進行預加固、預支護的作用。微型鋼管樁成孔下管后，通過管內壓力注漿，水泥漿對樁孔及周邊巖土體進行滲透填充，改善土體的力學性能，起到加固土體的作用。微型鋼管樁的作用機理包含以下幾點：①提高周圍土體的強度指標，改善初始應力場；②降低開挖瞬時土體次生力的變化；③調動并協調土釘、錨桿等的支護作用；④減少邊坡變形量，從而保證基坑的安全[2]。

2.2 適用條件分析

混凝土灌注樁適用于開挖較深的基坑，多用于兩層及以上地下開挖深度的基坑，開挖深度8m～20m均可采用。對巖土層的適用性強，黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及風化巖均可成樁，對于性狀較差土層，其他樁型成樁困難或者支護強度不足時，也可采用混凝土灌注樁。對于地下水豐富、透水性強的場地，混凝土灌注樁可有效與止水帷幕結合，同時解決治水問題?；炷凉嘧犊瑟毩嫵芍ёo結構，也可與錨桿、內支撐結合，構成錨拉式支擋結構或者內支撐式支擋結構。

微型鋼管樁可采用靜壓或植入方式施工，適用于淤泥質土、黏性土、粉土、砂土、人工填土，采用植入方式施工時亦可適用于碎石土、風化巖及巖石。同時微型鋼管樁也可與錨桿、內支撐結合構成支擋結構。

2.3 主要優缺點分析

混凝土灌注樁的優點是樁身強度高，剛度大，支護穩定性好，變形小。成孔設備根據土層和工期要求可選擇性較多：泥漿護壁成孔灌注樁、長螺旋鉆孔壓灌樁、沉管灌注樁、人工挖孔樁等[3]，其缺點是造價較高，工期較長，施工設備較多，且多為大型設備，占用的作業空間大，在砂土層、軟土層條件下樁間縫隙易產生水土流失，需要進行特殊處理。

微型鋼管樁目前在建設工程中廣泛應用，其優點總結如下：①設計靈活?？筛鶕枰?，變更鋼管的壁厚和外徑。②樁長易調節。微型鋼管樁可以自由地進行焊接接長或氣割切短，特別適用于基巖面起伏大的基坑支護工程。③所需施工場地小、施工機械輕便，施工迅速安全。④孔徑小，施工時噪聲和振動小。施工時對已有建筑物影響較小，可在小面積現場進行密集的打樁施工，適用于鄰近建(構)筑物或市政管線的基坑支護工程。⑤搬運、堆放操作容易。微型鋼管樁自重較輕，不易破損，容易搬運。⑥工期短、造價低。微型鋼管樁適合于快速施工，因此其施工進度快，工期短[2]。相對于混凝土灌注樁而言，其支護穩定性不足，結構剛度小，周邊土體產生的變形量大。

2.4 排樁選型分析

擬建場地為丘陵地貌，地形較平坦，東側地面標高約30.5m～31.2m，開挖深度11.5～12.2m。開挖深度范圍內上部地層為雜填土，厚度約4.5m～5.5m，下部地層為全風化—強風化閃長巖。開挖深度范圍內地下水不豐富，不連續，水量不大。

結合該工程上述特點，根據“技術先進、經濟合理、方便施工”的原則，結合開挖深度，經綜合比較，微型鋼管樁技術可行、造價更低、施工方便，施工速度快，確定采用微型鋼管樁作為支護樁。因微型鋼管樁支護剛度不足，周邊土體變形量較大，需要結合錨桿增加錨拉支護；再者考慮上部雜填土在成孔和安裝下放鋼管過程中易發生塌孔或鉆孔傾斜，基坑開挖0～5m范圍采用放坡土釘墻進行支護。

3 基坑支護方案設計

基于上述綜合分析，確定開挖0～5m范圍采用“1∶1.2放坡+土釘墻+掛網噴射混凝土”支護，開挖5m～12m范圍采用“微型鋼管樁+錨桿+腰梁+掛網噴射混凝土面層”支護，具體支護設計方案如下：

(1)基坑開挖0～5m范圍1∶1.2放坡，設置4道土釘，土釘為直徑18mmHRB400鋼筋，長度1m，水平間距1.5m。

(2)支護樁：鋼管樁成孔設計孔徑為180mm，146*6Q235無縫鋼管，灌注純水泥漿，水灰比1∶1。

(3)錨桿：鉆孔注漿工藝，水泥漿水灰比0.5，其他參數見錨桿參數表(表2)。

(4)腰梁：以錨桿為節點設置橫向腰梁。

(5)面層：設置鋼筋網噴射混凝土面層，采用成品鋼筋網φ6@200×200mm，面層厚度80mm。

(6)排水：坡頂設擋水臺，坡底設排水溝與集水井，對基坑內外的水進行疏排；全坡面設置泄水孔，采用φ50mmPVC管，每2m×2m設置一處并根據坡面滲水情況適當調整(不少于10m2設置一處)。

4 結 語

當前建設工程項目中，基坑工程經常在周邊環境條件、工程地質條件方面存在類似的支護問題，解決這些問題的設計方案往往是不唯一的。本文在混凝土灌注樁和微型鋼管樁均可滿足支護要求的情況下，對兩種樁型多方面進行分析和比對，在滿足安全性的前提下，選擇了造價較低、施工方便的微型鋼管樁，再針對微型鋼管樁支護方案中的缺陷做了優化補充設計，最終確定“微型鋼管樁+錨桿”并結合土釘墻的組合支護方案，為之后類似的基坑工程設計提供借鑒。

表2 錨桿參數表