双排粉喷复合桩支护体系的工作机理及效果分析

摘要：深基坑支护工程属临时性工程，本文针对建在吹填淤泥上的某小区人防工程支护体系的选择、施工等实际情况，方案的可靠性、合理性及对基坑工程施工影响，通过工程实例分析了粉喷复合桩支护体系的应用，提出了深基坑支护工程的控制重点及经验总结。

关键词：双排桩支护 管桩 粉喷装 施工控制 支护效果

中图分类号：TU94文献标识码： A

目前，随着我国城市建设的快速发展，建筑在向高空发展的同时，地下空间也得到了充分利用，促使深基坑工程也越来越多，同时，对深基坑支护的设计与施工也提出了更高的要求。不同的基坑支护方案对基坑安全、施工进度，成本造价都会产生不同的结果，因此，工程有关各方对此应综合考虑，认真比较以确定最合理的基坑支护方案。

一、工程概况

淮安某人防工程占地面积2.7万平方米，支护周长675米，工程地质条件：土层自上而下分布为①1吹填淤泥、①2素填土、②1粉土、②2粉质黏土、③黏土、④黏土、⑤黏土、⑥1粉质黏土、⑥2粉质黏土夹粉砂、⑦粉砂、⑧1细砂、⑧2黏土、⑨黏土，其中吹填淤泥厚度达3.4米，根据基坑挖深、地质条件及周边在施楼栋情况确定本工程基坑侧壁安全等级为“二级”，即重要性系数为1.0；水文条件：地下水主要为赋存于松散沉积物中的孔隙水，1～2层具潜水性质，透水性和富水性一般；潜水水位随着降水而变化，雨季水位上季，旱季水位下降，反应敏感，水位变化大，平均年水位变幅2.0m 左右，潜水稳定水位埋深0.20～5.40m（平均值1.52m），承压水主要接受侧向迳流补给，迳流以侧向为主，排泄方式以迳流为主，局部人工开采。

二、支护体系选择及工作机理

最初采用普通灌注桩、外侧水泥搅拌桩止水帷幕的支护体系，桩顶采用冠梁连接，但是由于该工程土质为淤泥质土，灌注桩钻孔难以形成护壁，工期较长，影响进度，本着安全可靠、经济合理、技术可行、方便施工的原则，经多次施工方案论证，采用工程采用SMC劲性复合桩支护体系，粉喷桩与高强预应力桩共同作用，粉喷桩桩径为700mm，桩中心距为500mm，桩体纵横向搭接200mm，整体宽度为2.1米，在内外两侧插入管桩，采用拉梁、拉板连接，即在粉喷管桩中同心植入高强预应力管桩，具有了粉喷桩、管桩两种桩的优点，形成较高强度、密度、刚度和较大体积的复合桩；工作机理就是粉喷桩具有水泥桩的止水作用，在粉喷桩中插入管桩后具有抗剪抗弯能力，同时结合了粉喷桩的止水帷幕的作用形成体系，该体系整体稳定性要高于单一桩形的组合，在淤泥质土中采用该支护体系，理论上不但可以节省工期而且可以降低造价，提高经济效益。

三、粉喷、管桩复合支护体系分析及施工控制重点

粉喷桩、管桩复合维护结构抗渗性好、刚度大，不扰动邻近土体，可在淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、砂砾土中应用。目前对水泥土与管桩之间的粘结强度的研究还不充分。试验表明，水泥土对管桩的包裹作用可起到减少管桩位移的作用，粉喷桩强度较低，变形模量较小，因此在水泥土与管桩组合结构体中粉喷桩的强度很难发挥，设计中可忽略其刚度贡献，而将其作为安全储备。PHC 高强预应力管桩桩身混凝土强度较高， 再加上使用了高强度、低松弛率的预应力钢筋使桩身具有较高的有效预压力，因此具有较大的抗弯和抗拉能力。根据设计验算，本工程设置了内外两排管桩，以确保支护体系内外侧土体稳定。

施工控制重点：

1、粉喷桩与粉喷桩、粉喷桩与管桩施工应连续施工，相邻桩间隙时间不得超过6小时，因为间隔时限的要求是保证帷幕施工的连续性以达止水效果。

2、施工现场配备各种计量仪器设备，做好计量装置的标定工作，粉喷桩施工水泥掺入量为18%，要求试块28d无侧限抗压强度便准值qu28d0.8Mpa，应进行试配试验以确保达到设计强度，可添加适量的缓凝剂以延长粉喷桩凝结时间。

3、粉喷桩垂直偏差不得超过0.5%，桩位偏差不得大于30mm，搅拌次数为四搅两喷，提升速度不得超过0.2m/min，搅拌头每旋转一周，其提升高度不得超过16mm；搅拌头的直径应定期复合检查，其磨耗量不得大于10mm，粉喷桩施工过程中，要求桩身完整，搅拌均匀，几何尺寸准确，不得有空壳和夹心现象。

4、管桩施工前应清除粉喷桩周边泥土，露出粉喷桩的轮廓，以方便高强预应力管桩植入时的中心位置准确，采取可靠措施保证管桩圆心与粉喷桩同心率，两圆心偏差不得大于0.05D（D为管桩直径），管桩的粉喷桩水泥土最小壁厚不得小于100mm；

5、粉喷桩强度达到1.0MPa后方可进行土方开挖。

四、支护效果评价及经验总结

本工程基坑开挖后，监测结果显示基坑开挖后支护桩和梁顶最大位移均在可控范围内，可见该复合支护体系对控制支护结构的变形效果明显，不但节省了25天的计划工期而且取得了明显的经济效益。但施工过程也并非一帆风顺，以下几点在施工中尤应加以重视：

1、重视开挖顺序及垫层的作用。

由于施工场地狭窄，基坑开挖之初未能严格按照施工方案要求分层开挖，致使基坑南侧中间区域冠梁最大累计位移已达31.6mm，远超设计给定的监测预警值30mm，此时立即组织进行了垫层的施工，随着垫层混凝土强度的逐渐提高，5天后位移已趋于稳定，并一直维持波动状态，未在继续发展。后续开挖工作严格按照分段分层开挖的原则施工，使基坑土应力逐渐释放，并且开挖一段浇筑一段垫层混凝土。从实际施工效果看，分段分层开挖可以明显减少桩顶的过快过大变形；同时通过对基坑监测数据的分析，垫层对支护结构的支撑作用还是显而易见的，因此开挖过程中必须注意垫层的及时浇筑。需要强调的是，为起到垫层的支撑作用，垫层浇筑前必须将支护桩壁上的土体清理干净，垫层浇筑时必须完全顶到桩壁上。

2、因该支护体系是大量的粉喷桩与管桩组合而成，工程量较大，施工机械多，难免存在机械故障导致粉喷桩暂停施工存在施工缝的现象，该工程施工中遇到此类现象后采取补桩措施，在外侧增加粉喷桩，对施工缝进行封堵，但是在开挖后还是发现存在渗漏现象，现场采取了压密注浆方式注入水泥浆，无渗漏。

3、根据场地土条件不同，管桩的挤土效应会有不同，该工程管桩压桩过程中地表土虽未出现大面积隆起，但土体内力仍波及到相邻道路，引起路面裂缝。鉴于此，在后续压桩施工中，采取在未施工管桩中心每隔5根桩预先钻Φ150mm圆孔释放压桩应力，实践效果不错。

4、进行基坑动态监测。

基坑监测的重点是周围环境的变化和基坑本身的动态变化，按施工进度跟踪进行监测，及时报出动态数据控制施工进度，当出现报警值时，应加密监测频率，调整施工进度及方案, 并采取有效措施以确保支护结构及邻近建筑物的安全。

五、结语

粉喷复合桩支护方案与灌注桩支护方案比较，粉喷复合桩尤其适宜在淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、砂砾土基坑中使用，基坑支护刚性、止水效果较好，虽在施工中对连续性要求高，但只要准备充分、精心施工，基坑有序开挖，及时浇筑垫层混凝土，变形风险仍处于可控状态，但其经济效益却是相当明显的，是值得推广的有效支护体系。