工程桩抗拔作用对基坑承压水突涌稳定性影响

李小破

（广东省水文地质大队，广东 广州 510510）

1 概述

基坑深层承压水突涌问题是影响基坑安全的突出问题之一，基坑承压水抗突涌设计对基坑安全、经济影响很大。目前，基坑承压水抗突涌设计一般采用降低承压水位、坑底土体加固处理、基坑周边设置穿过承压水层的截水帷幕的处理方式。

若场地设置大量工程桩，先施工工程桩则可以充分利用工程桩的抗拔作用，提高基坑承压水突涌稳定性。但目前相关研究较少，若设计或施工不当，仍可能存在较大风险。

本文以广州某深基坑工程为例，通过合理考虑工程桩抗拔作用，使承压水突涌稳定安全系数满足规范要求，节约了大量投资，为以后类似工程项目设计及施工提供经验参考。

2 工程实例

2.1 工程概况

该项目大部分为负1层地下室，局部为负2层地下室，开挖深度2.10～5.15m。场地南侧、东侧、北侧红线外均为市政道路，西侧红线外约5m处为多栋3～7层民居。

该项目工程桩采用D500预应力管桩，管桩施工在开挖至负1层基坑底后进行。

2.2 工程地质条件

场地揭露的岩土层自上而下划分为:人工填土、海冲积层、风化残积土层及震旦系花岗混合岩等四大类，现分述如下：

(1)人工填土层：场地中均有分布，层厚2.80～6.00m，平均厚度3.44m。

(2)第四系海冲积层：②-1 淤泥质粉细砂，呈不连续层状分布，局部分布有两层，单层厚度0.90～9.20m，平均厚度2.62m；②-2 淤泥质土，呈不连续层状分布，局部分布有2 层，单层厚度1.20～15.00m，平均厚度6.50m；②-3 粉质粘土，呈不连续层状分布，局部分布有2～3 层，单层厚度1.00～11.00m，平均厚度3.40m；②-4 中粗砂，呈不连续层状分布，局部分布有2 层，单层厚度1.00～15.00m，平均厚度5.16m。

(3)风化残积层：③砂质粘性土或粘性土，呈不连续层状分布，层厚1.70～13.50m，平均厚度6.82m。

(4)震旦系花岗混合岩：④-1 全风化岩带，呈连续层状分布，层厚3.50～30.00m，平均厚度13.08m；④-2强风化岩带，呈连续层状分布，局部分布有2层，单层厚度3.00～20.30m，平均厚度9.13m；④-3 中风化岩带，揭露厚度1.00～4.60m，平均厚度3.15m；④-4 微风化岩带，揭露厚度0.80～3.80m，平均厚度2.36m。

钻探期间测得各孔地下水位埋深0.70～2.20m，水位变幅在1.00～3.00m，场地内地下水具有微承压—承压性质。

2.3 设计概况

该项目大部分为负1层地下室，局部为负2层地下室。

靠近民居段：采用灌注桩+坑内土水泥搅拌桩加固+外侧双管高压旋喷桩截水帷幕支护。其余各段及坑内负1层与负2层分界处均采用两排水泥搅拌桩+土钉墙支护。

总体施工程序：先施工基坑周边支护结构，再开挖至负1层基坑底施工工程桩；待工程桩完成后，再施工负1 层与负2 层分界处基坑支护结构。工程桩完成至少15d以后再开挖负2层基坑。

对于土钉墙段：要求先施工水泥搅拌桩及搅拌桩内插钢管，再按要求分层分段开挖施工，每段每次开挖长度20～30m，每层开挖至土钉下0.2～0.3m，然后施工土钉、钢筋网喷砼，待注浆体强度、喷射砼强度达到设计强度的75%后，再开挖施工下一层，直至基坑底。

对于灌注桩段：要求先施工高压旋喷桩及水泥搅拌桩，然后施工灌注桩及冠梁，待冠梁、灌注桩达到设计强度的75%后再分层开挖至基坑底，并同时施工桩间土喷砼。

2.4 基坑承压水突涌稳定性验算

选取场地典型钻孔ZK28 验算基坑承压水突涌稳定性，分3个工况验算。工况一：开挖至负1层基坑底；工况二：开挖至负2 层基坑底（不考虑工程桩抗拔作用）；工况三：开挖至负2层基坑底（考虑工程桩抗拔作用）。

负1 层基坑底高程6.15m，负2 层基坑底高程2.75m，承压水位高程5.50m。负2 层基坑底隔水层为②-3层粉质粘土，粉质粘土下面为承压水层②-4层中砂层。工程桩抗拔作用仅考虑承压水层顶面以上②-3层粉质粘土的摩阻力。各岩土层设计参数见表1，典型剖面如图1所示。

图1 典型剖面示意图

表1 各岩土层设计参数取值表

验算部位工程桩采用D500预应力管桩，3桩承台，承台间距8m，每个承台分担面积64m2。 工程桩布置如图2所示。

图2 工程桩布置示意图

工程桩抗拔作用仅考虑承压水层顶面以上②-3层粉质粘土的摩阻力。

单根管桩摩阻力标准值为：

πDlqsik=3.14×0.5×2.5×60=235.50（kN）

承压水层的水头压力:

P=52.80kN/m2

工程桩抗拔作用所提供的承压水突涌稳定性安全系数:

235.50×3 /(64×52.80)=0.209

根据以上各工况计算成果（见表2）：

表2 基坑承压水突涌稳定性安全系数表

工况一：开挖至负1 层基坑底，基坑承压水突涌稳定性安全系数2.216＞1.10,满足规范要求。

工况二：开挖至负2 层基坑底（不考虑工程桩抗拔作用），基坑承压水突涌稳定性安全系数0.933＜1.10,不满足规范要求。

工况三：开挖至负2 层基坑底（考虑工程桩抗拔作用），基坑承压水突涌稳定性安全系数1.142＞1.10,满足规范要求。

因此，从理论计算而言，工程桩抗拔作用对提高基坑承压水突涌稳定性有利。

2.5 实际施工效果

目前，该项目主体工程已经竣工验收，基坑已经全部回填。各工况施工过程及效果总结如下：

工况一：开挖至负1层基坑底。负1层基坑周边设置了截水帷幕，阻断了潜水层与基坑周边土层的水力联系。基坑土方开挖过程中疏干了基坑内浅部潜水，开挖至负1层基坑底也未发现承压水突涌情况。基坑分区分层开挖，开挖至负1 层基坑底立即施工工程桩（预应力管桩）。

工况二：开挖至负2 层基坑底。工程桩（预应力管桩）完成后，施工负1 层与负2 层基坑分界处水泥搅拌桩，然后分层开挖土方并施工基坑支护土钉。工程桩完成至负2 层基坑土方开挖实际间隔时间超过1 个月。开挖至负2层基坑底未发现承压水突涌，管桩与周边土层间隙也未发现承压水突涌情况。

因此，整体而言，基坑承压水抗突涌设计和施工效果良好，达到了预期目的。

3 结语

（1）合理利用先施工工程桩的抗拔作用，可以提高基坑承压水突涌稳定性，并节约投资。

（2）工程桩施工过程中可能对周边土层造成扰动，引起超孔隙水压力等，工程桩之间中心部位、土层薄弱部位及工程桩与周边土层间隙易发生突涌现象，工程桩施工后应放置一段时间再进行基坑土方开挖。

（3）工程桩的桩型、桩长、布置形式、施工工艺等，都会对提高基坑承压水突涌稳定性效果造成影响。因此，若设计或施工不当，仍可能存在较大风险，利用工程桩的抗拔作用应慎重考虑。

（4）本文针对预应力管桩抗拔作用对基坑承压水突涌稳定性的影响进行了分析，可以有效提高基坑承压水突涌稳定性，施工效果良好。