悬臂桩基坑支护工程的设计及施工要点

李维明 杨 璐

(江西省地质工程(集团)公司，江西 南昌 330029)

0 引言

随着我国城镇化进程持续推进，城市土地资源紧缺，建筑物之间的距离越来越紧密，高层建筑物越来越多，人们对地下空间的需求愈加迫切。保护坑内主体施工安全和基坑周边环境安全，是基坑支护的基本要求。另外，支护方案必须结合地质条件和周边环境，兼顾造价及工期。

由于钻孔灌注桩成桩工法多样，施工工艺成熟，地质条件适应能力强，钻孔灌注桩在基坑支护中的应用仍然十分普遍。内支撑支护形式近年在两层及以上地下室基坑应用越来越多，但由于存在基坑土方开挖不易、基坑施工周期长、支撑结构与地下室结构施工干扰等，在两层地下室基坑支护的方案选择上，建设单位首选方案仍为悬臂排桩(或排桩+水平锚拉式)支护方案。

1 工程概况

1.1 场地概况

南昌恒大华府项目位于江西省南昌市朝阳洲。项目用地总面积6.15万m2，基坑开挖面积2.67万m2，整体两层地下室(局部一层)，两层地下室平面轮廓呈凹字形(见图1)，基坑长×宽=196 m×266 m，开挖深度8.5 m～9.0 m，基坑支护安全等级二级。

1.2 工程地质及水文概况

1.2.1地层分布情况

地层分布情况见表1。

表1 地层分布情况

1.2.2水文条件

岩土工程勘察报告揭示，该项目第四系松散岩类孔隙水丰富，主要赋存于第四系全新统地层细砂、砾砂及圆砾层中，地下水与江西第一大河流赣江地表水体联系密切，稳定地下水位标高14.82 m(基坑底开挖至标高11.5 m)，年变幅1 m～3 m。

2 基坑支护设计

2.1 基坑设计条件

基坑的开挖深度：项目场地标高约20 m～20.5 m，二层地下室开挖至11.5 m标高，开挖深度约8.5 m～9.0 m。

因建设单位开发顺序需要，建设用地范围内，第一期施工地北侧4栋住宅楼以及场地中央商业综合楼(含园林展示区)，均无地下室；第二期施工地下两层地下室(见基坑开挖平面图)，由于二层地下室南侧为施工临时设施，加上材料堆场、材料加工区域都占用了用地红线范围内场地，导致二层地下室开挖范围四周均无足够的放坡空间，必须采用垂直开挖的支护方案。

基于建设单位对工期的规划，内支撑的支护方案达不到基坑地下室施工的进度要求，排桩支护的大开挖方案成为了唯一的选择。

2.2 基坑支护结构选型

在确保安全的前提下，合理选用排桩的支护形式，适应相应的支护强度。因地下室边线与用地红线距离较近，约5 m～6 m，地下室外侧墙浇筑施工面按最小1.5 m考虑，尚有3 m～4 m的桩顶放坡空间，场区粉质粘土厚度5 m～6 m，岩土力学指标较好。设计的剖面形式有以下三种，其平面范围见图2。

2.2.1设计的典型的支护形式(Ⅰ型)

无内支撑的悬臂排桩基坑支护设计方案，土方开挖方便简单速度快、基坑内主体工程施工作业空间宽阔无干扰、工期短。根据南昌地区施工经验和相关试算结果，在单排排桩悬臂段不超过7 m情况下，支护结构最大水平位移量可控制在规范允许值内。图3为该工程典型支护形式，采用《理正深基坑7.0PB1深基坑支挡结构设计计算软件》进行验算，支护结构最大位移量不超过GB 50497—2009建筑基坑工程监测技术规范中规定的上限值。

2.2.2采用两级垂直支护的形式(Ⅱ型)

二层地下室A区东侧支护沿线，长度130 m，原始场内地形偏低(标高约15.0 m)，与坑外地面(标高19.50 m～20.00 m)形成自然坡度(见图4)，若采用典型支护形式，钻孔灌注桩施工机械无法在坡面处施工作业，需要向场内回填土方，将场地标高提升至约20.0 m施工，土方成本增加。为了避免土方回填转运，该支护段先行采用钢板桩支护，然后将坡面挖除，同时向场内地势低洼区回填土方，创造支护桩施工平面。由于钢板桩施工选用打拔机械场地适用性好，能够在场内低洼地势完成坡顶钢板桩的施工，因此，选用这种支护形式，既加快了施工进度，又节省了造价。

2.2.3双排桩支护形式(Ⅲ型)

C区西侧临河支护段，地下室侧墙外边线距离用地红线仅5.3 m，基坑开挖深度9 m，坑顶需要重要施工通道，空间急促，不能采用典型支护形式，若采用支护桩+水平锚杆的支护形式，锚杆必超出用地红线，红线外的地下空间临时占用协调难度大，因此，该处选用双排桩支护较为合理(见图5)。

双排桩支护形式特点：支护结构平面占用面小，支护深度比单排悬臂桩深，支护结构水平位移小。对于该工程，在双排桩桩顶设置钢筋混凝土刚架梁后，上层浇筑钢筋混凝土面板，利用支护桩高竖向承载力，也可以满足施工重要通道重车通行的需求。

2.3 基坑地下水控制设计

该基坑工程地下水系与赣江联系紧密，基坑底最深开挖至细砂层，第四系松散岩类孔隙水赋存量大，基坑开挖后，汛期坑内外水头差超过10 m，必须选择可靠的截水、降水措施。

本基坑的截水设计采用三轴水泥土搅拌桩，下入强风化岩不透水层，形成落底式止水帷幕，二层地下室基坑平面范围全封闭布置；基坑内地下水采用深井潜水泵疏干(兼降水)。

3 基坑施工要点以及突发情况处理

3.1 施工要点

3.1.1支护桩、三轴水泥土搅拌桩的施工顺序安排

由于三轴水泥土搅拌桩具有桩身强度低，抗弯能力不具备独立承担基坑侧壁土压力的特点，在基坑开挖过程中，桩间土不可避免地产生不同程度的流失，若支护桩与三轴搅拌桩间隙过大，会出现三轴搅拌桩独立承担基坑侧壁水平土压力的工况，进而导致三轴搅拌桩桩身产生水平裂缝，止水功能失效。

为了保证三轴搅拌桩与支护桩的贴合紧密程度，先进行三轴搅拌桩施工，后施工支护桩，两种桩型紧密接触，基坑外侧水平土压力可通过三轴搅拌桩均匀传递至支护桩，避免止水帷幕局部失效。

3.1.2三轴搅拌桩及基坑降水的施工顺序安排

为了赶工期，基坑施工的各工序很可能进行交叉作业，但应注意人为造成的地下水流速过大对三轴搅拌桩施工质量的负面影响。前期的土方开挖必然要先进行降水作业，若降水与三轴搅拌桩施工同步进行，降水井影响半径范围内的地下水流速将增大，极有可能引起三轴搅拌桩施工时注入土层的水泥浆液流失，从而降低三轴搅拌桩桩身水泥含量，止水帷幕容易出现薄弱环节。

为了保证三轴搅拌桩质量，应在三轴搅拌桩止水帷幕施工全部完成24 h后，整个基坑形成了地下水封闭状态，再进行坑内降水作业。

3.2 基坑开挖过程中突发情况处理

随着土方挖深增加，支护结构承受的土体侧压力加大，支护桩桩身承受的水平弯矩增加，桩顶水平位移数据同步增加。

由于工期安排紧，土方单位前期挖土施工按沿支护桩垂直一次性开挖到底，在二层地下室A区西侧(园林展示区东侧)支护段，坡面侧壁显示存在约3.5厚的淤泥土层(前期岩土勘察中间报告未揭示)，最大桩顶水平位移陡增至90 mm，因坡顶已建3F综合楼，管桩基础，情况十分紧急。本次施工采取的主要应急措施有：

1)对地下室A区中部30 m范围进行土方回填并压实，阻止支护桩进一步位移，防止基坑侧壁整体失稳。

2)将A区划分为三个区域A1区、A2区、A3区(详见图6)，对A区地下室分块施工，先施工A2区、A3区，待地下室顶板浇筑完成，对A2区、A3区地下室侧壁回填，再将A1区回填的土方挖除，施工A1区直至整体地下室完成。

3)由于园林展示区地质条件与地下室区域岩土勘察报告不符，展示区下部存在较厚的淤泥质粉质黏土层，为了防止园林展示区西侧、南侧发生类似情况，将现有的悬臂桩支护形式变更为桩锚支护形式，有效控制了桩顶水平位移。

4 结语

对于存在场地狭窄条件和业主对工期有特殊要求的基坑支护工程，应采取灵活有效多样的支护形式。南昌恒大华府支护工程较好地解决了受限的空间环境工况下基坑支护目标。另外，采用设计施工一体化的方法减少了设计与施工的沟通过程，基坑工程信息化施工，更能把施工过程中遇到的问题和困难及时地反映到设计的思路当中。

在当前建筑用地规划中，地下建筑控制线距离用地红线都有一定的退距，要充分利用地下室退距空间，使悬臂排桩支护的优势在两层地下室基坑工程中得到体现。