土巖雙元邊坡雙排樁復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與研究

張昌太 張啟軍 趙春亭 劉永鑫

（1.青島業(yè)高建設(shè)工程有限公司；2.西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院青島分院）

在深開挖邊坡施工過程中，經(jīng)常遇到上部土層、下部基巖，開挖深度范圍內(nèi)為土巖雙元的地層條件，設(shè)計(jì)的邊坡支護(hù)灌注樁端往往要深入堅(jiān)硬巖石內(nèi)保證嵌固深度。在臨近周邊建筑物的情況下，錨桿長度受限，往往采用雙排灌注樁支護(hù)形式［1］。

目前，進(jìn)入堅(jiān)硬巖石的支護(hù)灌注樁成孔工藝通常有如下幾種。①沖擊錘成孔工藝:采用卷揚(yáng)吊重錘，在樁孔內(nèi)上下沖擊，將硬巖破碎，孔內(nèi)注入泥漿循環(huán)出渣成孔。②大型旋挖鉆機(jī)成孔工藝:大型旋挖鉆機(jī)截齒鉆具或牙輪鉆具將孔內(nèi)巖體破碎或取巖芯成孔。③大直徑潛孔錘成孔工藝:采用大型樁機(jī)配以大直徑潛孔錘，通過大型空壓機(jī)供風(fēng)，將孔內(nèi)硬巖沖擊成粉末，吹出孔內(nèi)成孔。前2種工藝效率較低，沖擊錘成孔泥漿污染嚴(yán)重，振動影響范圍大；大型旋挖破碎硬巖噪音很大；大直徑潛孔錘粉塵量很大，噪音也非常大；同時(shí)，3種工藝的成本均較高。

經(jīng)過多個(gè)項(xiàng)目的探索，支護(hù)灌注樁上部土層和軟巖部分，采用常規(guī)工藝成孔，下部入硬巖后，設(shè)置多根小直徑微型鋼管樁向堅(jiān)硬基巖內(nèi)鉆孔灌注接長，來保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度。考慮到土巖雙元邊坡，其雙排灌注樁為吊腳樁［2］，后排樁設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力錨索錨拉，優(yōu)化雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，更好地控制邊坡變形。下部硬巖部分采用錯(cuò)臺后微型樁結(jié)合錨桿進(jìn)行支護(hù)［3］。

現(xiàn)以某一項(xiàng)目為例，介紹其應(yīng)用與監(jiān)測情況。

1 工程概況

該項(xiàng)目位于青島市某核心地段，擬開挖邊坡周長為1 520 m，邊坡深度為12.6~36.5 m。擬開挖場區(qū)西側(cè)臨近城市支路，道路邊線與地下室相距18.6 m，以外有一座酒店樓房、一個(gè)磚房、一個(gè)小區(qū)及其他構(gòu)筑物。擬開挖場區(qū)南側(cè)與某酒店相隔一條車行道，酒店有兩層地下室。擬開挖場區(qū)東側(cè)臨近一條主要城市道路，局部臨近某商務(wù)酒店。場區(qū)北部暫不開挖。臨近的道路均埋設(shè)有各類管線，周邊環(huán)境條件比較復(fù)雜。

1.1 工程地質(zhì)條件

場區(qū)第四系主要由人工填土層、粉質(zhì)黏土層、含黏性土粗砂、花崗巖強(qiáng)風(fēng)化帶、花崗巖中風(fēng)化帶、花崗巖微風(fēng)化帶組成。其中基巖節(jié)理及裂隙較發(fā)育，多為高角度節(jié)理。

1.2 水文地質(zhì)條件

擬開挖場區(qū)地下水主要為巖石裂隙水，第四系孔隙潛水主要含水層為粗砂土層，地質(zhì)鉆孔觀測的地下水穩(wěn)定水位埋深為1.10~10.0 m。

2 雙排樁復(fù)合支護(hù)型式

場區(qū)西南側(cè)開挖深度為26.3~29.1 m，劃分為支護(hù)3-a單元和3-b單元，在場區(qū)內(nèi)的位置詳見圖1。該單元臨近某星級酒店地下室，不能施工長錨桿，采用了上部雙排灌注樁，后排樁設(shè)豎向預(yù)應(yīng)力錨索，下部為微型鋼管樁+預(yù)應(yīng)力錨桿的復(fù)合支護(hù)型式，以3-a單元為例，其復(fù)合支護(hù)型式剖面圖見圖2。

3-a單元原設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)如下。

（1）灌注樁。①雙排支護(hù)灌注樁樁徑為1 000 mm，排樁的中心距均為2.5 m，前后排樁的中心距為3.5 m；②樁頂設(shè)置鋼筋混凝土冠梁與連梁，冠梁截面尺寸均為1 100 mm×800 mm，連梁截面尺寸均為800 mm×800 mm。

（2）錨桿。①設(shè)置多層預(yù)應(yīng)力錨索、全粘結(jié)錨桿，矩形排列，鉆孔注漿錨固工藝，灌注42.5級純水泥漿；②預(yù)應(yīng)力錨索端部預(yù)留長度應(yīng)滿足張拉鎖定要求；③后排樁設(shè)置大噸位豎向預(yù)應(yīng)力錨索。

（3）面層。①灌注樁側(cè)標(biāo)高9.5 m以上位置設(shè)置鋼筋網(wǎng)噴射混凝土，采用綁扎雙層鋼筋?8 mm@200 mm×200 mm，面層厚度為200 mm，其余坡面設(shè)置鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層1，采用綁扎鋼筋網(wǎng)6.5 mm@200 mm×200 mm，面層厚度為100 mm；②灌注樁頂標(biāo)高以上坡面設(shè)置縱橫肋梁，其余預(yù)應(yīng)力錨索端部設(shè)置腰梁1、2、6，全粘結(jié)錨桿除MG0外端部均設(shè)置腰梁；③以錨桿為節(jié)點(diǎn)縱橫設(shè)置2根?14 mm加強(qiáng)筋，縱向加強(qiáng)筋延伸至各梁內(nèi)錨固。

（4）微型鋼管樁。樁芯的鋼管直徑為146 mm，壁厚為5 mm，鉆孔直徑為200 mm，樁中心距為1 000 mm，孔內(nèi)用水灰比為1∶2的純水泥漿灌注密實(shí)。

（5）防排水。①坡頂設(shè)擋水臺階，坡底設(shè)排水溝與集水井；②坡面設(shè)置泄水孔，采用?50 mmPVC排水管，按2 m×2 m間距設(shè)置，并可以根據(jù)坡面滲水情況 適當(dāng)調(diào)整。錨桿參數(shù)見表1。

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現(xiàn)場采用旋挖寶峨18型樁機(jī)成孔，至硬巖時(shí)進(jìn)尺緩慢，對施工樁底標(biāo)高未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，則采用鋼管樁進(jìn)行接長［4］，前排設(shè)置4根鋼管樁，后排設(shè)置2根鋼管樁，鋼管選用Q235鋼，直徑為146 mm，壁厚為10 mm，鋼管樁錨入灌注樁內(nèi)長度不小于2 m。鋼管樁進(jìn)入灌注樁內(nèi)的長度控制按以下原則:前排樁實(shí)際樁長與設(shè)計(jì)樁長相差0.3～1 m嵌固1.5 m，相差1～2 m嵌固2.5 m，相差2～3 m嵌固3.5 m；外排樁實(shí)際樁長與設(shè)計(jì)樁長相差0.5～1.5 m嵌固1.5 m；相差1.5～2 m嵌固2 m，相差2～2.5 m嵌固2.5 m；相差2.5～3 m嵌固3 m。灌注樁灌注前預(yù)先留置鋼套管，鋼套管選用Q235鋼，直徑為180 mm，壁厚為3.5 mm，長度同灌注樁樁體長度一致，鋼管樁施工完成后，套管內(nèi)采用水灰比為1∶2的純水泥漿灌注密實(shí)，水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥。接樁見圖3。

3 微型樁及豎向錨索工藝流程

3.1 微型鋼管樁接樁流程

孔口微型鋼管樁施工方法適用于各種樁型的接長處理，采用潛孔鉆成孔錨固即可，施工工藝流程見圖4。

3.2 微型鋼管樁施工要點(diǎn)

（1）旋挖成孔，地下水較多時(shí)，采用泥漿護(hù)壁，至硬巖進(jìn)尺緩慢后停止鉆進(jìn)，清底同沖擊鉆；干燥地層可直接成孔，至硬巖后停鉆。

（2）在鋼筋籠內(nèi)側(cè)焊接固定預(yù)留孔道的鋼管，鋼管底部采用密目網(wǎng)包裹，避免澆筑混凝土?xí)r進(jìn)入管內(nèi)。

（3）鋼筋籠安裝后要在孔口對其進(jìn)行固定，避免澆筑過程中上浮。

（4）混凝土澆筑后2~3 d，可以采用潛孔鉆成孔，潛孔鉆鉆桿鉆具直接放入固定在鋼筋籠的鋼管內(nèi)鉆進(jìn)即可，鉆頭直徑150~165 mm，比設(shè)計(jì)深度一般超深50 cm，到底后使用高壓風(fēng)吹出沉渣。

（7）注漿采用水灰比為1∶2的純水泥漿，水泥標(biāo)號采用42.5級，孔內(nèi)注漿后可吊放鋼管配以振動機(jī)械直接下入孔內(nèi)即可。

3.3 豎向錨索施工要點(diǎn)

豎向錨索施工有2種辦法:①采用地質(zhì)鉆機(jī)取芯鉆孔至設(shè)計(jì)深度；②澆筑樁混凝土前，在鋼筋籠內(nèi)預(yù)先焊接鋼管作為鉆孔通道，鉆孔后，下鋼絞線束，注漿錨固，強(qiáng)度達(dá)到張拉條件后進(jìn)行張拉鎖定。

4 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.1 監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測點(diǎn)布置

根據(jù)本邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)形式、施工方法、地質(zhì)條件、環(huán)境條件的特點(diǎn)，依據(jù)邊坡工程設(shè)計(jì)圖紙及監(jiān)測規(guī)范要求，設(shè)置以下邊坡監(jiān)測內(nèi)容:①坡頂水平位移觀測；②坡頂沉降觀測；③深層水平位移觀測；④預(yù)應(yīng)力錨索軸力觀測；⑤周邊地表及建筑物沉降觀測；⑥地表裂縫觀測。監(jiān)測點(diǎn)布置見圖5。

4.2 坡頂水平位移數(shù)據(jù)分析

各監(jiān)測點(diǎn)最大水平位移為17.6~37.7 mm，位移最大值與基坑深度的比值約為1.4‰，見表2。

4.3 坡頂豎向位移數(shù)據(jù)分析

各監(jiān)測點(diǎn)最大豎向位移為4.1~15.5 mm，位移最大值與基坑深度的比值約為0.6‰，見表3。

4.4 預(yù)應(yīng)力錨索軸力數(shù)據(jù)分析

各測量點(diǎn)最大變化值為134.87~177.87 kN，變化值較大，主要是因?yàn)殄^索初次張拉時(shí)，超張拉荷載不夠，鎖定時(shí)損失量較大，沒有鎖定到設(shè)計(jì)荷載，后又加大超張拉鎖定荷載，重新進(jìn)行了張拉鎖定，后續(xù)錨索軸力觀測情況趨于穩(wěn)定，見表4。

4.5 樁身鋼筋內(nèi)力數(shù)據(jù)分析

樁身內(nèi)力的變化主要出現(xiàn)在基坑開挖初期和中期，其中有樁身內(nèi)力出現(xiàn)突變情況，最大為7 kN左右，但總體變化不大，未達(dá)到報(bào)警值，邊坡開挖后期及使用過程中，樁身鋼筋內(nèi)力的觀測值趨于平緩，見圖6。

4.6 臨近建（構(gòu)）筑物沉降數(shù)據(jù)分析

各沉降監(jiān)測點(diǎn)最大位移為0.8~12.8 mm，VS24號點(diǎn)沉降稍微超了一點(diǎn)，其它各點(diǎn)控制良好。最終變化量見表5。

4.7 變形監(jiān)測總體分析

（1）根據(jù)邊坡變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，坡頂水平位移變形主要出現(xiàn)在邊坡開挖初期和中期，初期預(yù)應(yīng)力施加不足，造成位移變化較大，重新施加到位后效果明顯。在開挖過程后期，墊層施工后至基坑回填曲線趨于平緩，邊坡變形趨于穩(wěn)定。

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（2）坡頂水平位移和豎向位移最終均控制在邊坡深度的1.5‰以內(nèi)，變形控制總體比較理想。

5 結(jié)語

該土巖雙元超深邊坡，采用上部雙排灌注樁、后排樁預(yù)應(yīng)力錨索豎向錨拉、遇硬巖微型樁接長嵌固，下部微型樁結(jié)合錨桿支護(hù)，經(jīng)對施工過程及運(yùn)行期間的變形監(jiān)測表明，該工程是成功的。對于類似的土巖雙元地層條件，臨近地下結(jié)構(gòu)無法打設(shè)長錨桿的情況下，該復(fù)合支護(hù)形式具有推廣的應(yīng)用價(jià)值。目前，許多巖土工作者也開展了一些土元雙元深基坑支護(hù)及吊腳樁支護(hù)的一些課題，包括劉紅軍教授團(tuán)隊(duì)研究的加錨雙排樁與吊腳樁基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)值分析[2]，張明義教授團(tuán)隊(duì)研究的基于Plaxis 2D的吊腳樁剛度對支護(hù)的影響分析[5]等，但尚未形成成熟理論及指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)，對于其支護(hù)機(jī)理有待進(jìn)一步深入研究，通過不斷實(shí)踐探索,形成指導(dǎo)性規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。