软土地区深基坑钻孔灌注桩与内支撑联合支护研究

摘要：本文从一个工程实例出发，从设计、计算、施工角度探讨钻孔灌注桩与环梁内支撑联合支护系统的特点。并通过建立模型模拟基坑开挖，将计算结果与实测数据进行对比，指出理论上的不足，为今后内支撑支护结构的设计与施工提供借鉴。

关键词：深基坑； 软土地基； 内支撑； 支护结构； 钻孔灌注桩

由于城市地上空间的日趋狭小，使得人们去探求科学合理地利用地下空间，地下车库、停车场、商场和地下隧道大量涌现，深基坑工程出现了新的特点：基坑开挖的深度越来越深，开挖面积也越来越大，周边环境越来越复杂，工程地质条件越来越差。目前在软土地区深基坑支护中，用的较多的是内支撑方法。内支撑系统是由挡土桩、支撑杆件以及立柱等组成的结构体系，其作用是和坑底被动区土体共同平衡墙体外的主动区压力[1]，本工程案例中山市古镇镇汇盈大厦基坑支护工程采用的是钻孔灌注桩与内支撑联合支护结构，本文就这一工程从设计、计算、施工、监测进行探讨。

1、工程概况

拟建汇盈大厦位于古镇市场地块，该地下工程支护面积约3700m2，坑底面积约9000m2，基坑深度分别为8.8m、9.5m与10.2m。软土层较厚，基坑较深，又无放坡空间，临近环境条件复杂，环境保护要求很高，基坑安全等级为一级。受开发商古镇古二经济发展公司的委托，我公司负责该基坑支护的方案设计与施工，基坑的场地全貌如图1。

1.1、工程地质条件

据勘察报告，基坑支护影响范围内的土层由上至下主要有：素填土、粉砂夹淤泥、淤泥质土、粉质粘土等。各层地质情况及主要物理力学性质指标见表1

1.2 水文地质条件

地下地下水按其赋存介质的差异可分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水两种。第四系孔隙潜水的主要含水层为中砂、粉细砂堆填的土①、粉砂②1、粉砂②5。第四系孔隙水以潜水型孔隙水为主，局部具弱承压性，水的补给来源主要靠大气降水补给和同一砂层侧向渗透补给，水位的稳定性随季节而变化。下伏基岩石英砂岩中风化层裂隙较发育，富含一定量地下水，勘探期间测得稳定水位为0.55～1.55m。

2、支护方案

2.1、设计方案分析与选择

基坑支护设计主要考虑环境因素和地质条件两个方面的影响：东、西、南三面距离建筑物及管线较近且临近建筑物基础较浅，西面有两栋旧房用的是木桩基础，对位移和沉降比较敏感；基坑开挖深度范围内有深厚的软土层，其深度为9.4～21.1m，支护结构稳定问题除了抗倾覆稳定、抗圆弧滑动稳定问题外，抗水平滑移稳定问题、基底隆起问题、支护结构嵌固段的强度等问题均十分突出。

根据基坑周边环境条件和地质条件制定了两套支护方案：

（1）钻孔灌注桩+预应力锚杆支护，即桩锚支护结构。

（2）钻孔灌注桩+内支撑支护，即桩撑结构。

本基坑狭长的矩形状是设置内支撑的理想形状，因此经过专家统一论证一致通过采取内支撑支护方案，锚杆可作为局部加强支护的辅助措施。

2.2、支护结构设计

本基坑无放坡条件，均采用“钻孔灌注桩+单排搅拌桩+钢筋砼支撑（局部锚索）+桩间喷射砼面层”的“桩撑”结构的支护型式。

在钻孔灌注桩设置单排水泥搅拌桩作止水帷幕，搅拌桩进入粉质粘土层，起超前支护、止水、协同钻孔灌注桩起到抗隆起作用；挡土结构物为钻孔灌注桩，桩径设计为1200mm，间距为1600mm，桩顶冠梁尺寸为1200×600，将所有灌注桩联系起来起整体性作用。内支撑梁本身也具有较大的自重，在支撑跨中会产生一定的弯矩，成为偏心受压构件，为防止支撑梁下沉，在支撑梁与联系梁连接的节点处设置立柱，立柱采用Ф500管桩替代，随基础桩一起打入。面层喷设钢筋混凝土，通过钢筋混凝土面与上下锚梁连接、左右与钻孔灌注桩连接，即防止泥土条分侧向力的挤压变形，又防止了孔隙潜水的渗透与雨水的浸泡。

3、稳定性计算

对本工程的设计方案，选取典型剖面采用理正岩土计算软件进行稳定性计算，主要包括：整体稳定性验算、墙底抗隆起、坑底抗隆起验算、抗倾覆验算及抗管涌验算等。计算模型如图1：

计算结果如表2，所有计算结果均满足要求。

4、内支撑施工

根据施工作业流程以及工序之间的衔接关系，施工工序为：

施工准备基坑钻孔灌注桩施工水泥搅拌桩施工冠梁施工排水沟施工监测点布置支撑立柱灌注桩支撑腰梁施工砼斜撑、支撑、联系梁、角撑施工分层分段喷射砼面层施工5-5剖面锚索、腰梁施工张拉锁定后开挖下一层施工，依此类推施工到坑底坡脚排水沟、集水井施工清理、验收。

4.1、搅拌桩施工

采用单排深层水泥搅拌桩作为截水帷幕，同时起到超前加固土体作用。搅拌桩在现地面开槽后施工。水泥搅拌桩桩径Φ600@400mm，搅拌桩施工采用“四喷四搅”工艺。搅浆材料为纯水泥浆，水灰比约为0.5-0.6，用灰量为55～65Kg/m，浆液容重1.7t/m3，注浆速度保持常量，浆液在注浆口的压力保持0.5-0.6mpa，提升速度不大于0.5m/min（最后一次）。

4.2、钻孔灌注桩施工

为防止泥浆污染，使钻桩施工与主体管桩施工同时进行以便缩短工期，采用干钻法施工，施工设备主要是咬合桩机，采用全程钢套管跟进，然后用冲抓锤在套管中冲抓取土。单排钻孔灌注桩直径Φ1200@1600，钢筋笼主筋采用的规格分别为Φ25、Φ28，加强箍筋采用Φ16钢筋内径1000mm，螺旋箍采用Φ8盘圆钢筋，螺旋箍外径为1000mm；砼采用商品水下砼C25。

4.3、支撑梁、联系梁施工

支撑梁设置在地面（±0.00）下-3.50m处，支撑梁尺寸为800×600，支配筋16Ф25，双肢箍Ф8@200；联系梁尺寸为700×500，10Ф25，4Ф20，双肢箍Ф8@200。砼采用商品砼C25，支承立柱之间的联系梁、支撑梁砼浇注必须连续浇注，不可预留施工缝。

5、基坑安全监测

为充分了解基坑变形、侧向土压力变化、支撑梁及灌注桩、预应力锚索的内力变化情况，本工程进行了基坑坡顶位移、深部水平位移（测斜）、沉降、支撑梁混凝土应变、桩身测力计、锚索计、土压力计等多种监测内容。

5.1位移与沉降

沉降和位移是基坑支护工程变形控制的主要内容，是危及周边环境的重要影响因素，本工程中采用桩撑结构对变形控制非常成功。至6月27号，基坑部分回填，东西两侧坡顶水平位移累计最大值为塔吊处W7号点 ，最大值为 -25.5 mm，小于设计允许值30mm； 南北两侧坡顶水平位移累计最大值为南侧塔吊处W12 ，最大值为 -14.5 mm，小于设计允许值50mm； 东西两侧沉降累计最大值为C7，最大值为 -16.9mm，小于设计允许值20mm； 南北两侧沉降累计最大值为C12，最大值为 -27.3mm，小于设计允许值40mm。开挖后期，坡顶位移已经停止发展，基坑非常稳定。

5.2深部变形（测斜）

通过深部变形观测，及时了解不同深度处边坡的变形情况，反映护坡桩在不同开挖阶段的变形特点。图5是一典型的深部变形曲线图，不同深度处位移最大值在中下部，最大值为1.8cm，曲线呈向外凸壮，能反映混凝土灌注桩简支梁的特点。

5.3支撑梁内力观测

通过在支撑梁中埋置混凝土应变计来测量支撑梁内力的变化情况，并与设计值对比，及时提出预警。支撑梁内力设计值为600t，从目前的观测情况看，角撑处支撑梁所测内力小于400t，而中间处支撑梁内力达到1000 t，主要原因是后期坡顶严重超载所致。从图3可以看出，内力随着开挖深度总体呈现增大趋势。

6、结论

随着近年来深基坑（超深基坑）的大量涌现，基坑事故越来越频繁，国家安全机构对深基坑支护的重视程度前所未有，在软土地区基坑支护结构的选型显得非常重要，内支撑支护结构作为一种安全的支护结构形式应当推广：

1、 内支撑支护结构安全可靠，能很好地保护周边管线、房屋、道路；

2、 内支撑支护结构变形小，通过内支撑系统平衡四周土压力；

3、 内支撑支护结构经济合理，技术可行，施工方便。

参考文献

[1] 袁聚云.基础工程[M].上海：同济大学出版社，2001.

[2] YB9258-97.建筑基坑工程技术规范[S].

[3]《深圳地区建筑深基坑支护技术规程》（SJG-96）