復合地層基坑支護樁變形問題的探討

郭 濱， 袁順德

(中鐵西南科學研究院有限公司,四川成都 611731)

成都地區(qū)處于沖積平原，地勢起伏大，地層較為復雜，包含砂層、砂卵石層、泥巖層，局部地層含粉細砂、細砂透鏡體，勘察過程中也難免存在遺漏。在降水過程中粉細砂、細砂會流失、開挖過程中細砂從圍護樁間涌出而造成地面塌陷以及支護結構錨固力下降，給工程施工帶來安全隱患。本文通過分析在基坑開挖過程中砂卵石地層中粉細砂層透鏡體及砂卵石—泥巖復合地層分界面在基坑豎向剖面不同深度位置的支護結構變形，總結發(fā)生險情后采取的補救措施的效果，為類似的工程問題提供設計和施工經(jīng)驗。

1 工程概況

成都軌道交通8號線一期工程起點—蓮花站明挖區(qū)間里程YK17+956.640～YK18+185.318，全長228.678 m。本區(qū)間工程場地范圍地勢起伏大，地貌單元為岷江水系Ⅱ級階地，高程為490.93～508.93 m，平均約為502.11 m，相對高差約2.29 m。根據(jù)鉆孔揭示，本區(qū)間上覆第四系人工填土層(Q4ml)；其下為第四系上更新統(tǒng)沖積層(Q3al+pl)黏土、粉質黏土、細砂、中砂、卵石，下伏基巖為白堊紀上統(tǒng)灌口組(K2g)泥巖，見圖1、圖2。細砂、中砂在場地內呈透鏡體狀分布于卵石層中，見圖3、圖4。全風化、強風化泥巖呈暗紅色、紫紅色，巖質軟，敲擊聲悶，泥質結構，塊狀構造，水平節(jié)理較發(fā)育。

根據(jù)工程特性、環(huán)境條件，區(qū)間采用明挖順作法，基坑寬度11.5 m，深度18.3 m?；硬捎勉@孔灌注樁+內支撐的支護形式，灌注樁布置為φ1200@2 200 mm。

圖1 砂卵石泥巖復合地層分界面位于樁端部

圖2 砂卵石泥巖復合地層分界面位于樁身中部

2 支護結構受力及變形分析

2.1 砂卵石與泥巖復合地層

(1)如圖5所示，基坑降水時地下水位到達泥巖層面后，由于泥巖滲透性低，水位很難降下去，地下水順著基坑壁流下去，開挖面的泥巖受水浸泡后變軟，強度降低，坑底以下長度段錨固力減小，樁端位移達25.9 mm，容易發(fā)生踢腳現(xiàn)象。

圖3 粉細砂透鏡體位于樁端部

圖4 粉細砂透鏡體位于樁身中部

(2)如圖6所示，砂卵石泥巖復合地層交界面位于樁身中部時，由于設計文件按下半部泥巖強度進行解算，導致鋼支撐豎向間距和水平間距偏大，在基坑開挖后單根圍護樁承受的側壓力較大，樁體水平撓曲變形增大，同一根樁的樁體水平位移在砂卵石地層與泥巖地層交界處樁體水平位移最大，位移達30.3 mm。

圖5 砂卵石泥巖復合地層分界面位于樁端部

圖6 砂卵石泥巖復合地層分界面位于樁身中部

(3)砂卵石泥巖復合地層交界面位于樁端附近時，由于受水的浸泡，基坑開挖后基坑壁泥巖軟化，側壁破裂面增大，圍護樁受的主動土壓力增大，因而鋼支撐軸力增大，樁體水平位移也增大。

2.2 砂卵石地層含粉細砂層透鏡體

(1)砂卵石地層中常常含有粉細砂層透鏡體，粉細砂層在基坑降水過程中容易流失，引起地面塌陷或發(fā)生樁間涌砂，導致支護結構失穩(wěn)、傾覆。

(2)如圖7所示，粉細砂透鏡體層位于樁端附近時，地層承載力降低，樁端錨固力下降，樁端位移達32.7 mm，發(fā)生踢腳現(xiàn)象而導致支護體系破壞。

(3)如圖8所示，粉細砂透鏡體層位于樁身中部時，該層面樁體變形明顯增大，位移達29.5 mm，可見樁背后變形土體范圍明顯擴大。

圖7 粉細砂透鏡體位于樁端部

圖8 粉細砂透鏡體位于樁身中部

2.3 砂卵石泥巖復合地層與粉細砂透鏡體樁體變形的異同

(1)砂卵石泥巖復合地層分界面與粉細砂透鏡體均位于樁身中部時，樁身中部變形較大，但砂卵石泥巖復合地層分界面處樁體水平位移出現(xiàn)最大值，而粉細砂透鏡體該層厚度范圍內樁體水平位移均較大。

(2)砂卵石泥巖復合地層分界面與粉細砂透鏡體均位于樁端部時，樁端都會出現(xiàn)踢腳現(xiàn)象，但泥巖層面向下的樁體水平位移有收斂的趨勢，而粉細砂透鏡體該層厚度范圍內樁體水平位移繼續(xù)增大。

3 處理措施

3.1 加密鋼支撐

對于砂卵石與泥巖組成的復合地層，宜在地層交界面以上減小鋼支撐的豎向和橫向間距，加密鋼支撐。在同樣的側壓力作用下減小撓曲變形，避免鋼支撐失穩(wěn)，控制圍護樁外側的土體變形范圍繼續(xù)向外擴展(圖9)。

3.2 加固透鏡體地層

針對粉細砂透鏡體地層發(fā)生涌砂的現(xiàn)象，宜先在基坑開挖前對圍護樁背后進行注漿加固后再開挖基坑，開挖過程中產(chǎn)生涌砂時應立即停止開挖并回填反壓。

圖9 加密鋼支撐

3.3 地下水引排

泥巖地層降水效果差，避免水浸泡坑壁土體和坑底圍護樁附近的土體引起泥巖強度降低，錨固力下降，產(chǎn)生踢腳現(xiàn)象，應采用導管引排至集水坑抽排，集水坑必須距離基坑壁2m以上的距離。

3.4 換填土層或進行臨時支撐

全風化泥巖和強風化泥巖遇水浸泡后軟化和粉細砂層承載力低引起樁端錨固力不足，圍護樁易發(fā)生踢腳破壞，可采取分段掏槽跳挖施作底板或在基坑底架設臨時鋼支撐或澆筑混凝土支撐。對于市政下穿隧道淺基坑常采用懸臂樁支護的情況，出現(xiàn)踢腳現(xiàn)象應及時架設斜撐并在下端墊方木進行支護。

4 結論及建議

(1)復合地層支護結構設計參數(shù)要充分考慮力學性質較差的地層，避免支護系統(tǒng)不能滿足受力要求。

(2)砂卵石地層粉細砂透鏡體在基坑剖面不同深度對支護結構產(chǎn)生的影響不同，應采取對應的加固措施。

(3)砂卵石地層與泥巖地層組成的復合地層其分界面在基坑剖面不同深度以及下覆泥巖的風化程度對支護結構的影響不一樣，應分別采取不同的支護參數(shù)。

(4)雖然不同的工況或不同的破壞原因，但出現(xiàn)相似的破壞情況，制訂處置措施可根據(jù)變形和受力來決定。