浅谈悬臂嵌岩桩在土岩组合基坑中应用

张海龙

摘要：对土岩组合的基坑，当下部岩体为较完整的中硬岩或硬质岩时，可采用悬臂嵌岩桩组成的桩锚支护结构。本文探讨悬臂嵌岩桩组成的桩锚支护结构在岩体较完整的泥质粉砂岩（软岩）中的应用。

关键词：悬臂嵌岩桩；土岩组合基坑；应用

一、工程概括

某大厦设-3F地下室，基坑面积约7100平方米，基坑周长约340m，基坑设计坑底标高46.70m（黄海高程）。地面高程约59.8～60.0m，坑深13.10～13.30m。本基坑为土岩组合基坑，土层厚度约为6.1～7.4m，下部为中风化泥质粉砂岩，为软岩，岩体较完整，基坑支护结构设计使用年限为12个月。

二、场地岩土工程及环境条件

（一）、场地周围环境条件：根据调查，基坑西侧为花圃。其他侧为主干道。

（二）、场地岩土工程地质条件：本场地处长江二级阶地后缘，场区土层为杂填土、粉质粘土，下伏为白垩系泥质粉砂岩。据区域资料：基岩产状倾向南东、倾角4°～8°左右，厚度达数百米。基坑影响深度范围内的地层有：

1素填土：杂色，稍密，稍湿；其主要成份为砖块、砼块、煤渣等，最大厚度6.1m。

2粉质粘土：褐黄色，可塑状，最大厚度5.90m。

3-1强风化粉砂岩：褐红色，强风化状，岩体较破碎，最大厚度2.6m。

设计参数：根据场地岩土工程勘察报告并结合该地区工程实践经验，与基坑支护设计相关地层的设计参数取值如下：

1杂填土 γ=18.0kN/m3 C=8kPa Φ=20.0° f=20kPa

2粉质粘土 γ=18.7kN/m3 C=28kPa Φ=12.0° f=40kPa

3强风化粉砂岩 γ=20.5kN/m3 C=60kPa Φ=20.0° f=200kPa

4中风化粉砂岩 γ=24.5kN/m3 C=200kPa Φ=30.0° f=400kPa

（三）、水文地质条件

与基坑工程相关的地下水主要为上层滞水及基岩裂隙水。上层滞水及基岩裂隙水主要接受大气降水和周围城市管网漏水的补给，通过蒸发排泄，其水量不大，对基坑施工影响不大。地下水和土对钢筋混凝土具微腐蚀性。

三、设计方案比选及确定

本次设计时，对基坑支护体系的方案做了技术经济比较。综合考虑基坑与周围建构筑物的关系、场地工程地质及水文地质条件、施工工期和施工成本、施工技术条件和本地施工经验等因素确定。因主干道车流量较大，对变形控制要求高，靠近主干道一侧采用桩锚支护体系，锚索进入中风化粉砂岩。

基坑西侧为广场花圃，无建筑物和管线分布，对变形要求不高，基坑深约13.3m，其中上部土层厚度约7.0-7.4m，下部岩石厚度约5.9-6.1m，是可以采用悬臂嵌岩桩，技术上可行，经济性较好。支护剖面详见下图：

悬臂嵌岩桩结合桩锚支护体系的设计要求如下：

桩锚支护段：采用d=1000mm灌注桩和预应力锚杆支护，支护桩桩顶设冠梁。支护桩采用C30砼，HRB400级钢筋；冠梁采用C30砼，HRB400级钢筋；桩端进入岩面以下2m，桩外缘距离开挖面1m。桩底设竖向钢管增强桩的稳定性，其底端伸入基坑底以下2m，顶端伸入桩体内。

预应力锚杆采用预应力钢绞线4Фs15.20（1×7-15.20-1860-GB/T5224），M25水泥砂浆，成品锚具。桩顶冠梁处设一道锚索，桩端设置锁脚锚杆，锚入稳定岩体。

桩端以下应随开挖进程及时对岩壁进行喷锚支护。锚杆长度为4m。喷射C20砼80厚，钢筋网Ф8@200×200。

四、 悬臂嵌岩桩计算

1、 土压力计算

填土Ka1=tg2（45-φ/2）=tg2（45-10）=0.49

粉质粘土Ka1=tg2（45-φ/2）=tg2（45-6）=0.66

强风化岩Ka1=tg2（45-φ/2）=tg2（45-10）=0.49

填土厚4.6m，p=18*4.6*0.49-2*8*0.7=29.37；

合力E1=0.5*4.6*29.37=67.55KN；

粉质粘土厚2.8m，p1=18.7*4.6*0.66-2*28*0.81=11.41

P2=18.7*7.4*0.66-2*28*0.81=45.9

合力E2=0.5*2.8*（45.9+11.41）=80.21KN；

强风化岩厚0.5m，p1=20.5*7.4*0.49-2*60*0.7<0，取0；

P2=20.7*（2.1+5.3+0.5）*0.49-2*60*0.7<0，取0；

合力E3=0KN

總土压力合力E=67.55+80.21=91.62。

2、支点反力计算

设计支点反力标准值为Nk=200KN。

MS1水平支点反力N1=200*cos30=173.2KN

MS2水平支点反力N2=200*cos15=193.2KN

支点反力安全系数KA=（N1+N2）/E=（173.2+193.2）/147.76=2.48

3、抗倾覆稳定性计算

填土土压力合力至桩底的距离h1=7.6m

粉质粘土土压力合力至桩底的距离h2=3.9m

MS1至桩底的距离h3=8.2m，MS2至桩底的距离h4=4.2m

K=（N1*h3+N2*h4）/（E1*h1+E2*h2）=（173.2*8.2+193.2*4.2）/（67.55*7.6+80.21*4.2）=2.6满足规范要求。

五、基坑监测

在基坑顶设水平位移点和沉降位移监测，在基坑中部进行锚索应力监测。基坑施工和开挖是在3月份完成的，地下室施工经历了整个雨季。经监测，本侧基坑最大水平位移约为30mm，最大沉降约为10mm，位于基坑中部。最大锚索应力约为193KN，位于基坑中部。

六、 结论

采用悬臂嵌岩桩成功的完成了基坑支护，既保障了地下室的顺利施工，又节约了几百万的工程造价。但需要注意：

1、 在较完整的软岩中采用悬臂嵌岩桩是可行的。但因悬臂嵌岩桩桩底位于基坑中部，所以锁脚锚索一定要能够提供足够的拉力来锁定支护桩，可采用多道锚索。

2、 当坡顶有对变形要求较严格的建（构）筑物或管道时，采用悬臂嵌岩桩应慎重。

参考文献：

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（作者单位：襄阳市汉江工程设计有限公司）