悬臂式灌注桩在深基坑支护中的应用

悬臂式灌注桩在深基坑支护中的应用

摘要：本文首先对基坑工程的特点与不确定的因素和悬臂式灌注桩的结构类型进行分析，并结合实例分析了悬臂式灌注桩在深基坑支护中的应用，并对其施工情况进行简述，对施工进行监测，从而为工程安全提供可靠的信息。

关键词：悬臂式灌注桩；深基坑支护；应用

基坑工程的特点和不确定因素

基坑工程的特点

（1）基坑工程向大面积、大深度方向发展，很多面积多达上万平方；

（2）基坑工程的顺利完成要和很多部门展开合作，例如地质勘察单位、工程设计单位、施工单位、监理单位、质量监督站等等；

（3）基坑工程的施工坏境经常是场地狭窄、建筑密集，附近可能会有需要保护的市政设施和永久建筑，没有过多的地方来放坡开挖，这对基坑的设计有严格的要求；

（4）基坑工程相对整个主体工程来说造价比较高，而且大多是临时工程，甲方不愿投入大量的资金。但是出现事故后处理麻烦，造成的经济损失很大；

（5）在一些复杂坏境下进行基坑开挖，很容易产生桩体变位、土体滑移等问题，对周围的建筑及地下管道等的安全造成影响；

（6）相邻的场地施工的各项环节都会产生相互影响，诱发事故的增加；

（7）基坑工程的施工周期长，有时会经过多次雨雪、堆载、振动、甚至施工不当等不利条件，导致存在着事故隐患；

（8）在众多的基坑工程环节和影响因素中，其中的任何一项产生问题都可能使整个工程前功尽弃。

（二）基坑工程的不确定因素：

（1）外力不确定性。雨雪、堆载、振动、施工步骤等因素都会使作用的支护结构上的外力发生变化。

（2）变形不确定性。围护结构的刚度、布置、结构截面、间距，土体的性质、地下水变化、管涌、潜蚀甚至施工质量等都会导致变形的产生。

（3）土体不确定性。由于地下条件复杂，地质勘测很难准确的反应地基土的分布情况，在不同的施工阶段支护结构的不同部位土体的性质具有不确定性，这会是土体对支护结构的作用力发生变化。

（4）未预料的情况不确定因素。土压力的分布、障碍物、地下管线、施工环境改变等都会对基坑工程的施工产生影响。

二、悬臂式支护结构的类型与比较

悬臂式支护结构指的是没有拉锚与内支撑的排桩墙、板桩墙与地下连续墙支护结构。通常采取抗拉强度很高的材料（例如钢筋混凝土、钢）抵抗土压力。确保施工期间基坑侧壁稳定。依据支护结构采取的材料可分为：钢筋混凝土板桩、钢板桩、SMW工法、地下连续墙、钻孔灌注桩等。

钢筋混凝土板桩

因为钢板桩价格很贵，因此使用价格相对不高的预制钢筋混凝土板桩来替换。钢筋混凝土板桩其截面形状有工方形薄壁、字形薄壁与矩形三种形式（图1）。矩形板桩采取榫槽结构，通常宽度为0.4~0.7 m，厚度为0.5 m，深度能达到20 m 左右，板桩两侧设计阴阳榫槽，板桩沉入土中后才能在接缝处注浆处理，避免地下水渗透。方形与工字形预制钢筋混凝土板桩壁厚为0.08~0.12 m，截面尺寸为0.5 m×0.5 m。

图1 钢筋混凝土板桩

钢板桩

对钢带进行连续冷弯变形，形成截面为U形、Z形或其它形状，能经过锁口互相连接的板材就是钢板桩（图2）。钢板桩在淤泥质土、饱和软土、淤泥与地下水位偏高的深基坑支护。施工时用打桩机将钢板桩打（压）入地基，致使其互相连结成钢板桩墙对坑壁土体进行支挡。钢板桩防水性能好，强度高，占用空间小，施工简便快速，同时可在完成基坑施工后拔出，可在下一工程继续使用。然而钢板桩价格偏贵，没有内支撑时变形大、刚度小，拔桩时容易发生土体移动，导致周围土体产生沉降。当基坑周围环境要求低，开挖深度≤5m，安全等级二、三级时，能够采取悬臂式钢板桩。

图2 钢板桩截面形状

SMW工法

SMW工法工艺是在深层搅拌桩施工后，在水泥土混合体没有结硬前插入钢板或H型钢作为其补强材料，直到水泥结硬，就构成一道具有一定刚度与强度的、无接缝的、连续完整的地下墙体，该结构极大地发挥了受拉材料与水泥土混合体的力学特征。SMW工法常用厚度0.6 m，成墙厚度0.5~1.3 m，成墙深度可到30~40 m。经常采用的的布置型式如图3所示。

图3 SMW工法

（四）地下连续墙

地下连续墙是在地下工程施工时建设的处于地表之下的钢筋混凝土墙，用于支撑周围的软土层、挡水等目的。这项技术典型用于建筑物的基坑的四壁、地下隧道或车站的防水、大桥的悬索或斜拉钢缆的锚坑施工、水库大坝的防水心墙等等。

钻孔灌注桩

当在较硬的土层中开挖基坑，钢板桩与钢筋混凝土板桩两种板桩不容易被插入土层中，这时需采取大直径钻孔灌注桩对土体的水平推力进行抵抗，通常灌注桩直径为0.6~1.2 m。钻孔灌注桩作为围护结构的经常使用的平面布置形式如图4所示。当没有地下水时，可以布置稀疏些，运用土拱效应支护周围土体，能采取一字形布置；当地下水位偏高时，可采取交错相切或搭接布置，然而因为桩施工时不容易保证垂直度，防水效果差，这时通常在钻孔桩外侧再增加设置阻水帷幕，内侧就需要采取稀疏布桩形式，阻水帷幕可采取旋喷桩、注浆处理或深层搅拌桩方式。

图4 钻孔灌注桩

工程实例概况

工程概况

某办公楼，一层地下停车库、地上五层的混合结构办公楼。由于办公楼距东边的汽车维修中心的距离较近，而且地基土土质松散，不能采取放坡进行基坑开挖，因此采用了单排悬臂混凝土灌注桩支护，长57.6m，宽19.8 米，开挖深度为5 米，分 3 层开挖。概况如图1所示。

图1 某办公楼基坑平面图

工程地质资料

土质构成和参数选取如下：第一层为原建筑残留物及生活垃圾等回填土，土质较差，深度为2.0m 左右；第二层为粉质粘土，深度为3.8m 左右；第三层为粘质粉土，深度为7m左右，厚度较大；地基下无管道、墓穴等影响。为了计算时方便，把各层土的各项系数按深度取加权平均数，取、、。

悬臂桩支护的设计

由于基坑与汽车维修中心间的距离大于基坑的开挖深度，且汽车维修中心的基础埋深才2.5m ，所以本工程将支护桩设计为单排混凝土悬臂支护桩。办公楼支护桩桩径选定为600 mm，桩间距确定为1600mm，桩长为9.3m 。灌注桩计算简图见图2。

图2 灌注桩计算示意图

悬臂式灌注桩在深基层坑中的施工情况