排桩—土钉墙组合支护结构在深基坑工程中的应用

鲁玉芬 开 明

(1.芜湖职业技术学院建筑工程学院，安徽芜湖 241002;2.芜湖市勘察测绘设计研究责任有限公司，安徽芜湖 241000)

0 引言

深基坑工程的支护结构形式的选择受场地岩土工程性质、水文地质条件、基坑开挖面积及深度、周边环境条件等诸多因素的影响。排桩—土钉墙支护结构形式是通过刚性支撑和柔性支挡两种不同支护结构形式的结合，从而达到满足基坑工程的安全性及降低深基坑工程支护造价的目的［1，2］。

1 工程概况

天门山路污水提升泵站为芜湖市一新建工程。其主泵房开挖深度约13 m，部分箱涵开挖深度为11.2 m，场地东面围墙离建筑物仅7 m，围墙外有1层～2层建筑物，该处淤泥质土最深，为10.3 m，其他处淤泥质土深度均在8.5 m～9 m，该工程需进行深基坑支护。该泵站主要由进水泵房、主泵房及箱涵构成，边线呈多边形，具体尺寸详见图1。

图1 基坑开挖平面图

该场地地面相对标高假设为0.00 m，基坑开挖底标高为－13.05 m，－12.05 m，局部为 －11.2 m，进水泵房处为 －5.6 m ～－12.75 m，呈台阶形放坡，后由灰土回填。场地周边环境南北及西侧相对较好，场地空旷，无影响物，但东边离建筑物及围墙较近，结合场地土质及基坑深度，该基坑为三级基坑。场地地层自上而下为:

①杂填土(γ =18 kN/m3，C=0，φ =20°);②粉质粘土(γ =19 kN/m3，C=31.7 kPa，φ =16°);③淤泥质粉质粘土(γ =18.5 kN/m3，C=8.9 kPa，φ =9.1°);④粉质粘土(γ =20 kN/m3，C=55.6 kPa，φ =12.9°)，场地地下水位较高，为 2.0 m 左右。

2 支护方案选择与设计

2.1 支护方案的选择

依据JGJ 120-99建筑基坑工程技术规范以及业主提供的勘察报告和工程平剖面图，并通过对多种方案比较，认为该基坑采用排桩—土钉墙方案，在技术上是可行、经济上是合理的，并具有如下优点:

采用土钉墙支护的优点是:

1)造价最低，对本工程而言，无论是内撑式、外锚式排桩，还是钢筋混凝土、钢板桩型，其造价均高出土钉墙支护方案40%以上。

2)进度快，不单独占用工期，可边挖土边施工，待土方开挖后，土钉墙支护已形成，可立即施工结构物底板。

3)技术成熟可行，安全可靠，与该工程不远的朱家桥污水厂进水泵房基坑支护也采用该方法，其基坑深度、第③层淤泥质粉质粘土厚度及临边建筑都相似，尤其是施工季节雷同，也在3月～5月份，支护效果非常好。

采用排桩支护的优点是:

1)工程特点适合采用排桩支护，该基坑边长小，深度大，采用排桩，尤其是内撑式排桩，可以最低限度占用基坑周边施工场地，确保周边施工环境的稳定。

2)避免了因放坡造成的大量土方的挖运和回填，尤其该工程位于市区，显示了其独特的优越性。

3)与土钉墙相比，施工互不干扰，桩体施工完后做腰梁和立柱及支撑，然后再开挖土方。

因此，该工程采用排桩—土钉墙组合结构支护在技术上和经济上均是可行的，是其首选方案。

2.2 支护方案的设计

通过分析、类比，最后选定土钉墙参数为:土钉长度为6 m～13 m，横向间距1.2 m，土钉采用φ16，φ18等规格螺纹钢筋，土钉直径为100 mm，土钉竖向间距1 m，1.2 m，喷射混凝土厚100 mm，设计强度等级C20，钢筋网采用φ6@200。土钉墙典型剖面按1，2两勘探孔所揭露的地质条件及临建情况分土钉剖面1、土钉剖面2，如图2，图3所示。

图2 基坑开挖1剖面示意图

图3 基坑开挖2剖面示意图

钻孔桩长度为12.5 m～18.5 m，横向间距1.2 m，净桩径1 m，间距1.4 m，腰梁 800(宽)×500(高)，对撑梁 600(宽)×500(高)，立柱在底板以下采用钻孔灌注桩，底板以上为φ500×12钢管，具体如图4～图6所示。

图4 排桩支护平面图

图5 基坑1—1剖面图

图6 基坑2—2剖面图

3 施工技术

3.1 土钉墙施工技术

土钉采用洛阳铲成孔，成孔直径为100 mm，插入钢筋后，用注浆泵灌注纯水泥浆，水灰比为0.45。喷射混凝土配合比为:水泥∶砂∶石子=1∶2∶2，基坑开挖一层后，即进行修坡、成孔，土钉制作、铺钢筋网和加强筋，安装φ30×300 PVC排水管，分1次～2次喷射混凝土至设计厚度。

施工具体方法是，对基坑进行适度放坡，视土质确定坡率为1∶1.0，局部由于场地限制，坡率为 1∶2.5(宽高比)，图中坡面部位均采用土钉墙进行支护，上翻边1.5 m，具体详见图2，图3。土钉墙施工与土方开挖交替进行，即基坑开挖到一定深度后，再进行土钉制作，然后进行下一层开挖。第一层开挖深度为2.5 m，其余开挖深度为1 m～1.5 m。施工时将投入1台套混凝土喷射设备，4组～5组成孔设备，分2个～3个施工段进行流水作业。

基坑降排水采用坑底明沟结合深井泵排水，在基底四周设置排水沟，每20 m～25 m设置一抽水井，全场分布4口降水井，用50 m扬程泵将水抽至基坑外，水位保持在基底0.5 m以下。

土钉墙变形监测采用经纬仪测墙顶水平位移，在基坑四面埋设基准点，土钉墙施工时每一工况进行一次监测，根据位移的大小来对支护参数进行调整。土钉墙施工结束后每周及每次雨后进行一次位移监测，评价边坡的安全状况，遇危险情况应采取适当的应急措施。

3.2 排桩施工技术

排桩的具体方法是，按方案进行钻孔灌注桩施工，在立柱桩浇筑混凝土时，随即插入钢管立柱。间歇2 d～3 d，场地挖土至腰梁梁底标高，进行腰梁和对撑施工，待灌注桩混凝土强度达到设计值70%时，即可开挖基坑土方。结构施工结束后，墙外土方回填至腰梁下1 m时拆除混凝土对撑。

基坑采用明沟结合深井泵排水，在基底四周设置排水沟，每20 m～25 m设置一抽水井，全场分布4口降水井，用50 m扬程泵将水抽至基坑外，水位保持在基底0.5 m以下。

变形监测采用经纬仪测墙顶水平位移，在基坑四面埋设基准点，土方开挖每一工况进行一次监测，根据位移大小对支护参数进行调整。基坑施工结束后每周及每次雨后进行一次位移监测，评价边坡安全状况，遇危险情况采取适当应急措施。

4 几点建议

1)土钉墙支护软土要有一定的放坡坡度，否则容易造成挖土土方量增加。

2)土钉墙施工与挖土交替进行，对分层挖土要求较严，因此，要有很好的施工组织方可顺利进行。

3)当基坑周边位移过大，或变形持续，影响到基坑安全，将采取适当应急措施，比如，对坡顶土体进行挖除、卸载和对③淤泥质粉质粘土进行注浆加固，以改善土体的抗剪强度和土钉侧阻力，来达到边坡稳固效果。当该方法仍达不到要求时，增加钢管对撑，以减小桩顶位移。

［1］周群建.排桩—土钉墙组合支护结构在深基坑工程中的应用［J］.城市勘测，2002(3):2-8.

［2］张吾渝，李积珍，马艳霞.高层建筑土钉墙和排桩基坑支护的设计和工程应用［J］.青海大学学报(自然科学版)，2011，29(3):2-5.