黄岛区某基坑排桩选型支护方案分析

肖吉松 耿荣华 李春辉

(青岛纬测地理信息有限公司，山东 青岛 266431)

随着城市的不断发展，土地资源日渐紧张，城市空间日渐紧凑，于是人们更加专注于开发地下土地资源，当前多数新建建筑都配套有地下结构，由此在项目建设初期必然会产生基坑开挖与支护问题。许多建设工程在相同的地质条件下，往往存在多种支护方案同时满足使用要求，这种情况下就需要设计人员综合比对各种方案，从中选择更经济、更安全、更方便快捷的支护形式。技术可行、经济合理的基坑支护方案可以节约工程造价和时间成本，产生巨大的社会价值和经济效益。

1 工程案例

1.1 工程概况

拟建工程为某综合性医院，位于青岛市黄岛区，包含一栋17层住院楼、一栋5层门诊楼及整体-2层地下车库。项目占地面积约2万m2，总建筑面积约16.57万m2，室内±0标高为32.15m，基底高程为19.0～21.0m。

根据建设单位提供的资料，基坑开挖深度约11.0～18.00m，拟开挖基坑坡底周长(-2F车库外墙)约795m。

1.2 环境条件

拟建项目位于城市中心，周边环境条件较复杂。基坑西侧车库外墙距离用地红线约8.0m；基坑北侧为城市道路及绿化带，北侧车库外墙距离城市绿化带约15.8m；基坑南侧为景观池塘，基坑开挖前回填压实，南侧放坡空间充足；基坑东侧车库外墙距离建筑红线(现状围挡)约15.0m，红线外侧为多层和高层建筑物及整体-1层地下车库，已建车库基底高程为24.50m，同时基坑东侧存在多条地下管线(雨水、污水、给水、电力、消防、热力管线)，其中电力管线在建筑红线内，拟开挖基坑东侧车库外墙距离电力管线约13.0m。

基坑东侧环境条件复杂，存在已建建筑及地下管线，对支护变形的要求高，支护难度大，文章重点分析东侧基坑的排桩支护方案。

1.3 工程地质条件

依据岩土工程勘察报告，场区东侧地形较平坦，地面标高约30.5m～31.2m。场地地貌类型为丘陵地貌，后经人工回填改造，现为城市建设用地。

依据勘察资料，场区东侧揭露的地层主要为4层：①-1杂填土、③全风化闪长岩、④-1强风化闪长岩、⑤-1中风化闪长岩。各岩土层的支护参数见下表1。

表1 基坑支护所需岩土参数表

地下水类型以孔隙潜水为主，基岩裂隙水为辅，孔隙潜水主要赋存于第四系土层孔隙中，基岩裂隙水主要赋存于风化岩层中，富水性差、不连续，水量不大，补给方式主要为大气降水，排泄方式主要为地下水径流、地面蒸发。实测孔内稳定水位标高28.7～35.7m，水位年变化幅度约1.5m。

2 支护方案分析

根据场地的环境条件、地质条件及该地区的工程经验，选择锚拉式支挡结构，初步确定采用排桩+锚杆的支护形式。排桩的桩型与成桩工艺应根据土层的性质、地下水条件及基坑周边环境要求等选择混凝土灌注桩、型钢桩、钢管桩、钢板桩、型钢水泥土搅拌桩等桩型[1]。综合考虑工程项目特点、地区经验、场地条件，初步确定选用混凝土灌注桩或者微型钢管桩作为支护桩，下面就这两种桩型进行比对和分析。

2.1 作用机理

混凝土灌注桩用作支护桩时，桩身做挡土构件，排桩构成挡土结构，起挡土作用，抵抗基坑开挖过程中产生的水压力和土压力。受力分析中，支护结构看做杆系结构，土体对支护结构的作用视作荷载或约束，采用平面杆系结构弹性支点法进行分析计算。

微型钢管桩用作支护桩时，其作用机理除了像混凝土灌注桩一样作为挡土结构起到挡土作用外，还起到对现状岩土体进行预加固、预支护的作用。微型钢管桩成孔下管后，通过管内压力注浆，水泥浆对桩孔及周边岩土体进行渗透填充，改善土体的力学性能，起到加固土体的作用。微型钢管桩的作用机理包含以下几点：①提高周围土体的强度指标，改善初始应力场；②降低开挖瞬时土体次生力的变化；③调动并协调土钉、锚杆等的支护作用；④减少边坡变形量，从而保证基坑的安全[2]。

2.2 适用条件分析

混凝土灌注桩适用于开挖较深的基坑，多用于两层及以上地下开挖深度的基坑，开挖深度8m～20m均可采用。对岩土层的适用性强，黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩均可成桩，对于性状较差土层，其他桩型成桩困难或者支护强度不足时，也可采用混凝土灌注桩。对于地下水丰富、透水性强的场地，混凝土灌注桩可有效与止水帷幕结合，同时解决治水问题。混凝土灌注桩可独立构成支护结构，也可与锚杆、内支撑结合，构成锚拉式支挡结构或者内支撑式支挡结构。

微型钢管桩可采用静压或植入方式施工，适用于淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、人工填土，采用植入方式施工时亦可适用于碎石土、风化岩及岩石。同时微型钢管桩也可与锚杆、内支撑结合构成支挡结构。

2.3 主要优缺点分析

混凝土灌注桩的优点是桩身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小。成孔设备根据土层和工期要求可选择性较多：泥浆护壁成孔灌注桩、长螺旋钻孔压灌桩、沉管灌注桩、人工挖孔桩等[3]，其缺点是造价较高，工期较长，施工设备较多，且多为大型设备，占用的作业空间大，在砂土层、软土层条件下桩间缝隙易产生水土流失，需要进行特殊处理。

微型钢管桩目前在建设工程中广泛应用，其优点总结如下：①设计灵活。可根据需要，变更钢管的壁厚和外径。②桩长易调节。微型钢管桩可以自由地进行焊接接长或气割切短，特别适用于基岩面起伏大的基坑支护工程。③所需施工场地小、施工机械轻便，施工迅速安全。④孔径小，施工时噪声和振动小。施工时对已有建筑物影响较小，可在小面积现场进行密集的打桩施工，适用于邻近建(构)筑物或市政管线的基坑支护工程。⑤搬运、堆放操作容易。微型钢管桩自重较轻，不易破损，容易搬运。⑥工期短、造价低。微型钢管桩适合于快速施工，因此其施工进度快，工期短[2]。相对于混凝土灌注桩而言，其支护稳定性不足，结构刚度小，周边土体产生的变形量大。

2.4 排桩选型分析

拟建场地为丘陵地貌，地形较平坦，东侧地面标高约30.5m～31.2m，开挖深度11.5～12.2m。开挖深度范围内上部地层为杂填土，厚度约4.5m～5.5m，下部地层为全风化—强风化闪长岩。开挖深度范围内地下水不丰富，不连续，水量不大。

结合该工程上述特点，根据“技术先进、经济合理、方便施工”的原则，结合开挖深度，经综合比较，微型钢管桩技术可行、造价更低、施工方便，施工速度快，确定采用微型钢管桩作为支护桩。因微型钢管桩支护刚度不足，周边土体变形量较大，需要结合锚杆增加锚拉支护；再者考虑上部杂填土在成孔和安装下放钢管过程中易发生塌孔或钻孔倾斜，基坑开挖0～5m范围采用放坡土钉墙进行支护。

3 基坑支护方案设计

基于上述综合分析，确定开挖0～5m范围采用“1∶1.2放坡+土钉墙+挂网喷射混凝土”支护，开挖5m～12m范围采用“微型钢管桩+锚杆+腰梁+挂网喷射混凝土面层”支护，具体支护设计方案如下：

(1)基坑开挖0～5m范围1∶1.2放坡，设置4道土钉，土钉为直径18mmHRB400钢筋，长度1m，水平间距1.5m。

(2)支护桩：钢管桩成孔设计孔径为180mm，146*6Q235无缝钢管，灌注纯水泥浆，水灰比1∶1。

(3)锚杆：钻孔注浆工艺，水泥浆水灰比0.5，其他参数见锚杆参数表(表2)。

(4)腰梁：以锚杆为节点设置横向腰梁。

(5)面层：设置钢筋网喷射混凝土面层，采用成品钢筋网φ6@200×200mm，面层厚度80mm。

(6)排水：坡顶设挡水台，坡底设排水沟与集水井，对基坑内外的水进行疏排；全坡面设置泄水孔，采用φ50mmPVC管，每2m×2m设置一处并根据坡面渗水情况适当调整(不少于10m2设置一处)。

4 结 语

当前建设工程项目中，基坑工程经常在周边环境条件、工程地质条件方面存在类似的支护问题，解决这些问题的设计方案往往是不唯一的。本文在混凝土灌注桩和微型钢管桩均可满足支护要求的情况下，对两种桩型多方面进行分析和比对，在满足安全性的前提下，选择了造价较低、施工方便的微型钢管桩，再针对微型钢管桩支护方案中的缺陷做了优化补充设计，最终确定“微型钢管桩+锚杆”并结合土钉墙的组合支护方案，为之后类似的基坑工程设计提供借鉴。

表2 锚杆参数表