岩石地区基坑排桩支护新型式设计

张群仲

（中铁工程设计院有限公司，北京 100038）

岩石地区基坑排桩支护新型式设计

张群仲

（中铁工程设计院有限公司，北京 100038）

以某地铁车站主体围护结构设计为例，开创性地设计出“无嵌固式‘吊脚桩’”这一全新的基坑支护型式，并对设计过程中关键控制点等技术成果做出全面汇总。基坑成功施做，可为类似工程提供借鉴；同时，基于此次成功施做经验，对此种基坑支护新型式进行探讨、研究，提出基坑设计理论新观点。

基坑排桩支护；“吊脚桩”；围岩

1 工程概况

1.1 车站简介

该地铁车站为地下双层，10m站台，岛式车站，主体建筑面积为6 431m2。主体结构长172.8m，标准段宽18.5m，高13.1m，覆土深3.1～5.1m。周围邻近住宅区、酒店式公寓和城市主干道。

1.2 工程地质及水文地质

1.2.1 工程地质条件

本场地揭露的地层主要有以下几种。

第四系全新统人工堆积层（Q4m）l：①素填土，厚1.10～5.50m。第四系上更新统坡洪积层（Q3dl+p）l：⑤1粉质黏土，层厚2.00m，⑤3含碎石粉质黏土，层厚2.20～3.40m。第四系中更新统残积层（Q2e）l：⑥2红黏土，层厚2.00～11.50m。震旦系南关岭组石灰岩（Zwhn）：分布普遍，按风化程度可分为全风化、强风化、中风化及溶洞4个亚层：⑪全风化石灰岩，层厚2.50～13.50m，⑪ 2强风化石灰岩，层厚0.50～4.50m，⑪ 3中风化石灰岩，⑭ 1溶洞。

1.2.2 水文地质条件

本场地地下水按赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水[1]。地下水的类型主要为潜水。场区地层中的孔隙水与裂隙水局部具连通性。稳定水位埋深1.40～3.90m。

1.2.3 岩土物理力学指标(见表1)

表1 各层岩土物理力学指标

2 车站主体围护结构设计

2.1 车站围护结构方案选型[3，4]

综合车站主体情况、周围建（构）筑物和道路情况、地质条件等,确定采用明挖基坑排桩支护型式，坑外降水，主要支护参数为：

采用φ1000mm＠1400mm灌注桩，三道钢支撑对撑，钢支撑采用φ609mm钢管，壁厚t=14mm，横撑水平间距为4.0m。第一道钢支撑设于冠梁上，其余钢支撑通过水平钢围檩支撑在灌注桩上。围护桩紧贴结构施做，组成复合式结构。如图1所示。

图1 标准段剖面图

2.2 基于现行理论的计算

根据现行规范及理论，结合本基坑参数，采用理正深基坑计算软件进行计算，计算结果包括强度、变形、稳定，均满足现行规范要求。

3 基坑支护新型式 --无嵌固式“吊脚桩”设计

3.1 施工中遇到的问题按照施工图纸，施工单位展开围护桩施工。由于该地区多为岩石地层，围护桩施工一般采用人工挖孔法，遇较硬岩石时多用爆破方式开挖。随着围护桩的开挖，现场施工发现地下岩石很“硬”，很难继续向下开挖，每次仅能爆破10cm以内。此时围护桩尚未挖到基坑底，离嵌入坑底2.5m的要求相差更多，形成了“吊脚”。这种桩的比例大约占总数的一半，如果仍按原要求施工，施工时间将大大延长，投资

增加；尤其在雨季施工，会增加施工风险。

3.2 问题的解决方案研究

为了解决问题，我们进行了大量的研究计算，包括与地质勘察部门就岩石的技术参数进行了深入研究和探讨。

3.2.1 传统做法的“吊脚桩”

基于现行理论，围护结构需伸至最危险滑裂面以下，以提供抗滑力与滑裂面内下滑力平衡，从而确定嵌固深度。

岩石地区基坑上部为土体，下部为岩石，若岩石岩性、整体性足够好（黏聚力c、内摩擦角φ足够大），则最危险滑裂面并不通过基坑底，而是位于土岩分界面处[2]。比如陡峭的悬崖，即使上部承受一定的压力，岩体自身可以保持稳定（岩层上部的土层压力，见图2）。

以上观点虽尚无成熟理论，却被广泛应用于岩石地区基坑支护中，并得以充分验证，这就是“吊脚桩”支护型式——基坑四周预留肥槽：采用分离式结构；围护桩采用预应力锚索拉锚；桩底嵌入岩体中，预留一定宽度岩肩，以保证桩底稳定；下部岩体成一定坡度，网喷护坡，必要时施做岩石锚杆（见图3）。

图2 最危险滑裂面位置示意图

图3 “吊脚桩”支护型式

3.2.2 与传统做法“吊脚桩”的比较

本基坑与“吊脚桩”支护型式的不同之处在于：围护桩紧贴结构施做，无法施做锚索拉锚；桩底处未留岩肩；下部岩体侧壁垂直基坑底，无坡度。

若下部岩体岩性、整体性足够好，即使承受上部土体压力，岩体侧面无坡度（垂直基坑底面）当然可以保持自身稳定。若用钢支撑代替锚索，强度及稳定性也可满足要求。岩肩给予桩底向基坑外侧的约束力完全可由钢支撑提供。既如此，目前的支护型式理论上当然可以满足基坑稳定性要求，无岩肩、无嵌固的“吊脚桩”支护型式也可以成立。

3.2.3 设计措施

基于上述分析，采取工程措施，保证现场围护桩的边界条件与传统“吊脚桩”一致，充分利用基坑的时间和空间效应[1]，加强现场监测，减少系统风险。主要措施如下。

1）围护桩需入岩2m，做好内支撑，确保设计预加轴力。

2）基坑采用中间拉槽施工，两侧边留设1m岩石台背，中间基坑落底后逐步剥离，并逆做锚喷混凝土。

3）务必遵循先支撑后开挖原则，同时钢支撑做好可靠的软连接，防止坠落。

4）将第三道钢支撑下移0.7m，以减小桩体悬臂段长度；

5）第二、第三道钢支撑进行加密处理，水平间距由4m改为3m，钢支撑由φ609mm、t=14mm调整为t=16mm。

6）个别桩的桩底位于第三道钢支撑以上，第三道撑对其无法产生支撑作用，需采取切实有效措施进行处理，如预应力锚索。

7）底板浇筑完成并达到强度要求后，拆除第三道撑前，在侧墙底部腋角上方合理位置，做换撑施工，间距、壁厚同第三道撑。侧墙随底板做起至尽量高 的位置，以形成对桩底的约束，待侧墙混凝土强度达到100%后方可架设换撑（位置尽量靠上），继而拆除第三道撑，换撑位置侧墙做好相关预埋件。

8）桩底附近岩石不得采用爆破开挖，保证桩底岩石不受扰动。

9） 桩底下岩体打设锚杆（φ25mm锚杆，孔径120mm@2m×2m，L=5m,梅花形布置）并进行挂网喷混凝土支护；

10）基坑开挖及主体结构施做均分段进行，每段长度6～10m，环向施工缝设置在1/4～1/3梁跨处。

11）由于围护桩底部无固端约束，基坑整体稳定性无法判定，需加强监测（地面、桩体、钢支撑等），并做好应急预案，一旦监测数据出现异常，应立刻采取有效措施，并及时汇报。

12）根据以上建议措施，先取8m左右槽段做试验段，并将整个试验过程详细、如实记录，及时上报。以判断其可行性并完善方案，经相关分析研究后方可进行下一段施工。

3.2.4 试验结果

施工方严格按设计方案施工，各项监测指标均满足规范要求，试验段施做成功。

4 该型式的实施关键点、适用范围及推广价值

4.1 该支护型式的关键点

1）围护桩虽不必嵌入基坑底，但仍需嵌入中风化岩一段长度，一般不小于2m。

2）基坑采用中间拉槽施工，两侧边留一定长度岩石台背，中间基坑落底后逐步剥离台背。

3）此支护型式应先取试验段试做，期间加强监测，试做成功后方可继续进行，关键即是对岩性的整体评估。

4.2 该支护型式的适用范围

因岩石硬度、风化程度、节理发育程度等差异较大，岩石的地质勘测一般取块状样本进行，往往仅限于抗压强度，很难对岩体的整体性质做出准确描述，故何种岩石适用此种支护型式很难界定。

表2 围岩基本分级

参照《铁路隧道设计规范》（TB 100030—2005），引入“围岩”概念。围岩的基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定；岩石坚硬程度和岩体完整程度，应采用定性划分和定量指标两种方法综合确定[5]。围岩等级综合了岩石硬度和完整程度，基本分级见表2。

经会同地质及设计专家研究，建议Ⅲ级及以上围岩等级可试做该支护型式。

4.3 推广价值

此种支护型式——无嵌固式“吊脚桩”，当然不仅限于适用，对采用“围护桩”支护的基坑。同样，对采用地下连续墙支护的基坑，若围岩情况满足要求也可试做。目前国内尚无针对岩石地区基坑支护计算的成熟理论，一般参照土体边坡的计算理论。本次设计研究，创造性地提出了一种新的岩石地区基坑支护型式，填补了该项领域的空白，丰富了明挖基坑支护形式。可为类似地质条件下的基坑工程提供借鉴，拓宽现场处理类似问题的思路和方法，可极大降低工程造价，提高施工效率。

【1】杨圣奇.裂隙岩石力学特性研究及时间效应[M].科学出版社，2011.

【2】罗强，朱国平，王德龙，等.岩石锚固新技术的工程应用[M].北京：人民交通出版社，2014.

【3】JGJ 120—2012建筑基坑支护技术规程[S].

【4】GB 50330—2013建筑边坡工程技术规范[S].

【5】TB 10003—2005铁路隧道设计规范[S].

Design of the New Type of Foundation Pit SupportingPileinRockArea

ZHANG Qun-zhong
(China Railway Engineering Design InstituteCo.Ltd.,Beijing 100038，China)

In thispaper,takingadesigningofasubwaystationmainbody retainingstructure asanexample,wecreativelydesigned thisnew foundation pit support type,which"has no built-in type end-suspended pile".It made a comprehensive summary to the technological achievements of the critical control points in the process of design,foundation pit successfully done,it can provide reference for sim ilar projects.Atthesametime,basedon thesuccessfulexperience,thiskindof foundationpitsupportingnew typewerediscussedand researched, putforward thenew theory ideas offoundationpitdesign.

thefoundation pit supportingpile;the“end-suspendedpile”;thesurrounding rock

TU921；TU94+2

B

1007-9467（2016）08-0067-04

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.014

2016-04-05

张群仲（1967～），男，河北大名人，高级工程师，从事结构设计与管理研究，（电子信箱）zhangqunzhong@sohu.com。