悬臂式支护结构在淤泥质地层深基坑支护的应用

1 概述

安徽省金迈米业 EPC 总承包项目为稻谷烘干、仓储、加工、管理的综合性项目，位于长江下游的安徽省铜陵市郊区普济圩农场，项目总占地面积约 148 亩。

项目场地区域地貌单元属沿江丘陵平原区，微地貌为冲洪积作用及湖积作用形成的平原，原为稻田，场地地势较平坦，地面标高在 5.89～6.64m 之间。地质勘查成果显示在勘察深度范围内，场地地层主要有：第①层为层厚 0.2～0.6m 的素填土、第②层为层厚为 0.5～0.7m 的粉质粘土、第③层为层厚 16.9～25.1m 的淤泥质粉质粘土、第④层为未揭穿的细砂。根据钻孔揭露，在勘察范围内拟建场地地下水分为上、下两层。上层地下水为第四系上层滞水，主要赋存在第①层素填土中，主要接受大气降水的补给，水位埋深 0.40～0.60 米；下层地下水为第四系承压水，主要赋存在第④层细砂，主要接受大气降水及长江的侧向补给，水位埋深 18.00～26.00 米。

该工程基坑最大开挖深度为 8.1m，基坑底部净尺寸为 79.40m×40.20m，基坑基坑南、北、西侧为保通道路，基坑东侧平距 2.6m 处布置有桩顶距基坑底 6.65m 落差的桩基。道路保通、淤泥质地层、多雨气候、避免周边建筑物和桩基位移为基坑临时支护设计与施工的关键制约因素。

2 基坑临时支护结构选型

基坑支护方式有很多，不同的支护形式有着各自不同的优缺点。目前比较常用的基坑支护形式主要有放坡、土钉墙及复合土钉墙、重力式水泥土墙、地下连续墙、悬臂排桩支护等，通常需要依照实际条件来选用最合适的支护形式。由于金迈米业项目的基坑周边临近既有建筑物、道路通行、基坑深度不一致，同时结合项目为预制混凝土管桩基础，综合考量支护结构的设计的安全性、经济性、适用性，最终确定浅基坑采用放坡开挖、深基坑区域基坑支护结构采用“全段采用止水帷幕+悬臂式支护桩围护结构+被动区土体加固+截排水系统+检测监测手段”的总体支护结构方案，详见基坑支护方式分区图 1

3 深基坑支护方案设计

3.1 总体方案

淤泥质深基坑支护结构总体方案为：全段采用止水帷幕+悬臂式支护桩围护结构+被动区土体加固+截排水系统+检测监测手段。悬臂式排桩支护结构是由混凝土管桩、桩顶的冠梁以及排桩间的连系梁、桩间和围护桩内侧的被动区 3m 范围内高压灌注水泥浆液形成止水帷幕构成的超静定空间支护体系。

（1）止水帷幕及被动区土体加固采用φ600 高压旋喷桩。

（2）整体采用支护结构采用悬臂排桩（专用支护预应力管桩）围护结构。

（3）基坑顶部硬化，底部设置截（排）水明沟，基坑内及阴角设置集水井。

3.2 分项设计

（1）支护桩（专用支护预应力管桩）：

支护桩采用 PRCⅠ600(130)AB 型管桩（植入法施工），桩径 0.6m，桩间距（中对中）0.9m，管桩不得采用接头。管桩的材料及结构要求，管桩的制作、检验及验收，管桩的贮存和吊运满足规范要求[1]。

桩顶设置冠梁,冠梁混凝土等级均为C30。

填芯混凝土采用C40 微膨胀混凝土。

钢筋混凝土保护层 50mm。

（2）高压旋喷桩（止水帷幕及被动区土体加固）

止水帷幕及被动区土体加固采用双重管高压旋喷桩，桩径φ600，桩中心距 400mm，双头搭接 200mm。高压旋喷桩使用P•O42.5 级硅酸盐水泥，其掺入量为 25% ，水灰比 0.8~1.2。

（3）水泥土搅拌桩的强度以 28d 无侧限抗压强度为准，要求水泥土搅拌桩试块强（4）双重管高压旋喷桩达到设计强度 1.2MPa 和养护龄期后方可开挖基坑

4 施工工艺及主要施工方法

4.1 施工工艺流程

场地平整→支护桩施工→高压旋喷桩止水帷幕施工→高压旋喷桩被动区土体加固施工→冠梁施工→旋喷桩强度检测→开挖基坑至坑底→排水沟→基坑内永久结构施工。

4.2 支护桩

（1）本工程支护桩采用的 PRCⅠ600(130)AB 型混合配筋预应力混凝土管桩为专用支护预应力管桩，其采用预应力钢筋与非预应力普通钢筋间隔对称布置而形成的一种预应力管桩，该种桩型具有较高的抗弯性和抗剪性。PRC 管桩的相关构造示意图见图 3。

（2）支护桩施工与质量检验应符合下列规定

①宜采用静压、植入、中掘法施工，局部降压法施工困难或邻近建(构)筑物基础及管线对挤土效应影响敏感时，可采用引孔施工工艺，并应采用间隔成桩的施工顺序；引孔孔径不应大于管桩直径的 0.8 倍。

②管桩偏差不应大于 50mm，垂直度偏差不应大于 1/

③接桩宜采用套箍连接或焊接后再套箍连接的方法。

④填芯混凝土出露的钢筋笼长度应满足设计要求。

（7）管桩支护结构监测，除应满足设计要求外尚应符合下列规定[2]：

①安全监测应覆盖管桩支护结构施工、土方开挖、基坑工程使用与维护直至基坑回填的全过程；②宜对管桩挠曲变形进行监测，监测方法可采用填芯混凝土中预埋测斜管并结合桩顶水平位移监测；③宜对管桩的裂缝进行监测；

④宜对管桩芯桩钢筋与冠梁的连接处外观进行检查。

（8）管桩基坑工程报警值的确定，除应满足设计与现行规范的规定外，尚应符合下列规定：

①管桩桩身内力应大于设计值；

②管桩产生的挠曲变形大于 20mm 且变形不收敛。

4.3 双重管高压旋喷桩施工：

（1）施工前，应根据现场环境和地下埋设物的位置等情况，复核旋喷桩的设计孔位。

（2）旋喷桩的施工工艺及参数根据土质条件、加固要求，事先进行工艺性试验，取得相关参数。双重管法高压水泥浆液流的压力大于 20Mpa，流量为 80~120L/min，气流压力大于 0.7Mpa，提升速率宜为 0.1m/min。（3）旋喷注浆，宜采用强度等级为 42.5 级的普通硅酸盐水泥，可根据需要加入适量的外加剂及掺合料。外加剂和掺合料的用量，应根据试验确定。水泥的掺量建议为土重量的 25% 。

（4）水泥浆液的水灰比宜为 0.8~1.2。

（5）旋喷桩的施工工艺为：机具就位、贯入喷射管、喷射注浆、拔管和冲洗等。

（6）喷射孔与高压注浆泵的距离不应大于 50m。钻孔位置的允许偏差应为±50mm。垂直允许偏差

（7）当喷射注浆管贯入土中，喷嘴达到设计标高时，即可喷射注浆。在喷射注浆参数达到规定值后，随即按旋喷的喷射要求，提升喷射管，由下而上旋转喷射注浆。喷射管分段提升的搭接长度不得小于 100mm。

（8）对需要局部扩大加固范围或提高强度的部位，可采用复喷措施。

（9）在旋喷注浆过程中出现压力骤然下降、上升或冒浆异常时，应查明原因并及时采取措

（10）旋喷注浆完毕，应迅速拔出喷射管。为防止浆液凝固收缩影响桩顶高程，可在原孔位采用冒浆回灌或第二次等措施。

（12）质量检验

①成桩 3d 内可用轻便触探检查桩身的均匀性；

（13）截水帷幕的质量检测应符合下列规定

①与排桩咬合的高压喷射注浆、水泥土搅拌桩帷幕，与土钉墙面层贴合的水泥土搅拌桩帷幕，应在基坑开挖前或开挖时，检测水泥土固结体的尺寸、搭接宽度；检测点应按随机方法选取或选取施工中出现异常、开挖中出现漏水的部位；对设置在支护结构外侧单独的截水帷幕，其质量可通过开挖后的截水效果判断；

②对施工质量有怀疑的，可在搅拌桩、高压喷射注浆液固结后，采用钻芯法检测帷幕固结体的单轴抗压强度、连续性及深度；检测点的数量不应小于 3 处。

结语

根据工程淤泥质地质条件和施工工期要求，结合场地环境采用“全段采用止水帷幕+支护桩围护结构+被动区土体加固+截排水系统+检测监测手段”的总体支护结构方案施工具有借鉴和推广意义。

(1)混合配筋预应力管桩用于软基坑支护中，其具有抗弯性、抗剪性、变形小、整体自稳性好、节省支撑、工期短等优点。

(2)在软地基中，止水帷幕不仅起止水作用，同时可防止挤土，对保证基坑的顺利安全开挖有重要作用。

(3)冠梁及管桩顶端部的微膨胀混凝土灌芯措施能提高支护结构的抗剪承载力以及抗侧移刚度。

参考文献：

[1]混合配筋预应力混凝土管桩图集，川 13J167-TJ[S].

[2]预应力混凝土管桩技术标准，JGJ/T406-2017[S].

[3]建筑基坑工程监测技术规范，GB50497-2019[S].

[4]建筑深基坑工程施工安全技术规范，JGJ311-2013[S].

作者简介：

张鹏（1984-）,男,人，本科，高级工程师,主要从事项目技术管理工作;

胡志军（1984-）,男,山西太原人，本科，工程师,主要从事项目生产管理工作;

姚娇（1984-）,女,河北廊坊人，本科，工程师,主要从事项目技术管理工作;