咬合樁支護體系在河流階地深基坑工程中的應用

周亞輝 祁生旺 張鵬 張立

（1甘肅建總置業發展有限公司，甘肅 蘭州 730050；2甘肅建投科技研發有限公司，甘肅蘭州 730050）

0 引言

基坑工程是建（構）筑物地基基礎建設過程中的重要環節，是一門傳統學科。隨著城市建設發展和材料技術、結構技術、巖土技術的提高，現代基坑工程煥發了新的活力[1-2]。

甘肅省基礎設施正在完善，伴隨機遇的還有諸多問題和挑戰，如建設用地日益緊缺，地鐵工程、超高層建筑不斷增多，周邊環境、地層條件、水文環境愈發復雜，對基坑工程的設計、實施、工藝等提出了更高的要求[3-4]。

相對于其他圍護結構，咬合樁目前多用于軟土地層且地下水豐富的地區，對于西部非飽和土復合地層鉆孔咬合樁圍護結構的受力變形特性、方案設計優化、適用性的研究較少[5-6]。本文以實際工程為依托，從地質條件、基坑周邊環境等方面研究咬合樁圍護結構特征、工作機制、適用性及經濟性等，優化支護方案，為類似地質條件下的基坑支護設計與實施提供參考。

1 工程概況

該工程為綜合發展項目，位于隴東南某河段Ⅰ級階地，其建筑功能包括辦公、酒店、商業、住宅等，總建筑面積約85123.22m2。

基坑東西長約150m，南北寬約100m，開挖深度為13.75～15.25m，面積約18495m2。基坑周邊均為城市主、次道路（寬度16～24m），其中東、西、南三側的道路距離基坑開挖邊界約4.0～5.0m，基坑開挖對周邊道路及管線的影響很大。見圖1。

圖1 基坑周邊環境及平面布置圖

2 工程地質及水文地質條件

2.1 工程地質條件

該基坑場地內從上到下主要地層有：①雜填土（層厚1.0～3.3m）；②黃土狀粉質粘土（層厚0.5～7.0m）；③圓礫（層厚1.0～5.2m）；④卵石（層厚2.5～6.1m）；⑤第三系強風化泥巖。各層土主要設計參數如表1所示。

表1 各地層主要基坑設計參數

2.2 水文地質條件

該工程場地地下水埋深8.9～9.6m，賦存于黃土狀粉質粘土層底部及卵石層中，主要受地下徑流和河段側向滲流補給。根據勘察報告，場地地下水位年變化幅度一般為1～2m。場地卵石層滲透系數為50m/d，圓礫層滲透系數為20m/d。

3 支護方案分析

根據JGJ 120-2012《建筑基坑支護技術規程》，該基坑工程復雜程度劃分為復雜，基坑安全等級為一級，重要性系數γ0=1.1。基坑周邊活荷載按15～20kPa計算，考慮基坑周邊臨時停靠車輛，荷載按35～45kPa計算。該工程咬合樁基坑圍護結構方案設計的難點是保證咬合樁中鋼筋混凝土樁與素混凝土樁的相互作用，確定好樁與樁之間的搭接深度，同時需對錨索的水平、豎向間距以及施工期間的防排水措施進行合理規劃。

由于該工程場地位于河流階地，地下水補給豐富，周邊環境較為復雜，對基坑支護結構變形控制的要求較高，需要采取支護和截水措施，經過對現有基坑支護形式對比分析，決定采用“咬合樁+預應力錨索”的方式進行支護。咬合樁采用鋼筋混凝土樁與素混凝土樁搭配的方式，鋼筋混凝土樁主要起支擋坑壁土體的作用，素混凝土樁與鋼筋混凝土樁咬合形成止水帷幕，達到截水效果。咬合樁平面示意如圖2所示。

圖2 咬合樁平面示意

該基坑工程方案設計主要有基礎施工空間、止水樁、支護樁、預應力錨索、降排水5個部分。

3.1 基礎施工空間

根據基坑周邊環境、紅線位置及建筑基礎平面圖，考慮到基坑底部明溝排水及施工空間，基坑內邊線自剪力墻外邊線外延1.60～1.70m。

3.2 止水樁設計

該基坑工程設置止水樁495根，止水樁樁徑均為800mm，樁間均咬合200mm以上，樁身混凝土強度等級為C15，依據現場試樁情況選擇添加緩凝劑。局部拐點處咬合根據情況進行調整。

3.3 支護樁設計

沿基坑周邊共布置支護樁165根，樁徑均為1000mm，樁身采用C30混凝土，鋼筋保護層為50mm；鋼筋籠主筋采用通長均勻配筋，主筋型號為HRB400φ25；鋼筋籠箍筋采用等間距配置，箍筋型號為HPB300φ10@150mm，每隔2000mm設置一道加強箍筋，鋼筋型號為HRB400φ16。樁頂冠梁截面尺寸為1000mm×500mm（寬×高），混凝土強度等級為C30，鋼筋保護層50mm，冠梁主筋均采用HRB400φ16，箍筋采用等間距設置，冠梁頂部設置護欄。典型支護樁剖面受力計算見圖3。

圖3 支護樁受力計算

3.4 預應力錨索設計

支護樁樁間設置2～4排預應力錨索，與水平面夾角（10°～18°），預應力錨索采用3根直徑15.2mm的鋼絞線，桿體自由段每隔2.0m、錨固段每隔1.0m設置一道對中支架。

預應力錨索(桿)錨固在卵石或泥巖層中，成孔孔徑為150mm，采用二次注漿工藝，注漿漿液水灰比為0.5～0.55，水泥選用42.5等級水泥，強度≥M20。

3.5 降排水

1）坑頂防排水。基坑頂部設置寬120mm、高300mm的磚擋水墻，在擋水墻外側設置疏排水溝，確保坡頂排水通暢，溝外1.5m地面采取硬化措施。

2）開挖過程明排降水。基坑土方開挖過程中，明排降水采取在坑底設置簡易排水明溝及集水井的方式；基坑內設置8口疏干井，降水深度為基坑底面下3.0m。

4 結果分析

該工程基坑從開挖到回填的監測結果顯示，支護結構的水平位移、豎向位移及周邊道路沉降均滿足GB 50497-2019《建筑基坑工程監測技術規范》要求，整個施工過程中地下水位得到了很好控制，證明在西北地區河流階地采用咬合樁圍護結構作為基坑的支護和止水措施是可靠的。

5 結論

本文以實際工程為依托，對工程設計方案及應用效果進行了分析，形成以下結論：1）通過實際工程應用，驗證了咬合樁圍護結構在西北地區河流階地深基坑工程中的適用性。2）咬合樁基坑圍護結構方案設計的難點是保證咬合樁中鋼筋混凝土樁與素混凝土樁的相互作用，確定好樁與樁之間的搭接深度，同時需對錨索的水平、豎向間距以及基坑施工期間的防排水措施進行合理規劃。