工程樁抗拔作用對基坑承壓水突涌穩(wěn)定性影響

李小破

（廣東省水文地質(zhì)大隊，廣東 廣州 510510）

1 概述

基坑深層承壓水突涌問題是影響基坑安全的突出問題之一，基坑承壓水抗突涌設(shè)計對基坑安全、經(jīng)濟(jì)影響很大。目前，基坑承壓水抗突涌設(shè)計一般采用降低承壓水位、坑底土體加固處理、基坑周邊設(shè)置穿過承壓水層的截水帷幕的處理方式。

若場地設(shè)置大量工程樁，先施工工程樁則可以充分利用工程樁的抗拔作用，提高基坑承壓水突涌穩(wěn)定性。但目前相關(guān)研究較少，若設(shè)計或施工不當(dāng)，仍可能存在較大風(fēng)險。

本文以廣州某深基坑工程為例，通過合理考慮工程樁抗拔作用，使承壓水突涌穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，節(jié)約了大量投資，為以后類似工程項(xiàng)目設(shè)計及施工提供經(jīng)驗(yàn)參考。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

該項(xiàng)目大部分為負(fù)1層地下室，局部為負(fù)2層地下室，開挖深度2.10～5.15m。場地南側(cè)、東側(cè)、北側(cè)紅線外均為市政道路，西側(cè)紅線外約5m處為多棟3～7層民居。

該項(xiàng)目工程樁采用D500預(yù)應(yīng)力管樁，管樁施工在開挖至負(fù)1層基坑底后進(jìn)行。

2.2 工程地質(zhì)條件

場地揭露的巖土層自上而下劃分為:人工填土、海沖積層、風(fēng)化殘積土層及震旦系花崗混合巖等四大類，現(xiàn)分述如下：

(1)人工填土層：場地中均有分布，層厚2.80～6.00m，平均厚度3.44m。

(2)第四系海沖積層：②-1 淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，呈不連續(xù)層狀分布，局部分布有兩層，單層厚度0.90～9.20m，平均厚度2.62m；②-2 淤泥質(zhì)土，呈不連續(xù)層狀分布，局部分布有2 層，單層厚度1.20～15.00m，平均厚度6.50m；②-3 粉質(zhì)粘土，呈不連續(xù)層狀分布，局部分布有2～3 層，單層厚度1.00～11.00m，平均厚度3.40m；②-4 中粗砂，呈不連續(xù)層狀分布，局部分布有2 層，單層厚度1.00～15.00m，平均厚度5.16m。

(3)風(fēng)化殘積層：③砂質(zhì)粘性土或粘性土，呈不連續(xù)層狀分布，層厚1.70～13.50m，平均厚度6.82m。

(4)震旦系花崗混合巖：④-1 全風(fēng)化巖帶，呈連續(xù)層狀分布，層厚3.50～30.00m，平均厚度13.08m；④-2強(qiáng)風(fēng)化巖帶，呈連續(xù)層狀分布，局部分布有2層，單層厚度3.00～20.30m，平均厚度9.13m；④-3 中風(fēng)化巖帶，揭露厚度1.00～4.60m，平均厚度3.15m；④-4 微風(fēng)化巖帶，揭露厚度0.80～3.80m，平均厚度2.36m。

鉆探期間測得各孔地下水位埋深0.70～2.20m，水位變幅在1.00～3.00m，場地內(nèi)地下水具有微承壓—承壓性質(zhì)。

2.3 設(shè)計概況

該項(xiàng)目大部分為負(fù)1層地下室，局部為負(fù)2層地下室。

靠近民居段：采用灌注樁+坑內(nèi)土水泥攪拌樁加固+外側(cè)雙管高壓旋噴樁截水帷幕支護(hù)。其余各段及坑內(nèi)負(fù)1層與負(fù)2層分界處均采用兩排水泥攪拌樁+土釘墻支護(hù)。

總體施工程序：先施工基坑周邊支護(hù)結(jié)構(gòu)，再開挖至負(fù)1層基坑底施工工程樁；待工程樁完成后，再施工負(fù)1 層與負(fù)2 層分界處基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。工程樁完成至少15d以后再開挖負(fù)2層基坑。

對于土釘墻段：要求先施工水泥攪拌樁及攪拌樁內(nèi)插鋼管，再按要求分層分段開挖施工，每段每次開挖長度20～30m，每層開挖至土釘下0.2～0.3m，然后施工土釘、鋼筋網(wǎng)噴砼，待注漿體強(qiáng)度、噴射砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%后，再開挖施工下一層，直至基坑底。

對于灌注樁段：要求先施工高壓旋噴樁及水泥攪拌樁，然后施工灌注樁及冠梁，待冠梁、灌注樁達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%后再分層開挖至基坑底，并同時施工樁間土噴砼。

2.4 基坑承壓水突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算

選取場地典型鉆孔ZK28 驗(yàn)算基坑承壓水突涌穩(wěn)定性，分3個工況驗(yàn)算。工況一：開挖至負(fù)1層基坑底；工況二：開挖至負(fù)2 層基坑底（不考慮工程樁抗拔作用）；工況三：開挖至負(fù)2層基坑底（考慮工程樁抗拔作用）。

負(fù)1 層基坑底高程6.15m，負(fù)2 層基坑底高程2.75m，承壓水位高程5.50m。負(fù)2 層基坑底隔水層為②-3層粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土下面為承壓水層②-4層中砂層。工程樁抗拔作用僅考慮承壓水層頂面以上②-3層粉質(zhì)粘土的摩阻力。各巖土層設(shè)計參數(shù)見表1，典型剖面如圖1所示。

圖1 典型剖面示意圖

表1 各巖土層設(shè)計參數(shù)取值表

驗(yàn)算部位工程樁采用D500預(yù)應(yīng)力管樁，3樁承臺，承臺間距8m，每個承臺分擔(dān)面積64m2。 工程樁布置如圖2所示。

圖2 工程樁布置示意圖

工程樁抗拔作用僅考慮承壓水層頂面以上②-3層粉質(zhì)粘土的摩阻力。

單根管樁摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為：

πDlqsik=3.14×0.5×2.5×60=235.50（kN）

承壓水層的水頭壓力:

P=52.80kN/m2

工程樁抗拔作用所提供的承壓水突涌穩(wěn)定性安全系數(shù):

235.50×3 /(64×52.80)=0.209

根據(jù)以上各工況計算成果（見表2）：

表2 基坑承壓水突涌穩(wěn)定性安全系數(shù)表

工況一：開挖至負(fù)1 層基坑底，基坑承壓水突涌穩(wěn)定性安全系數(shù)2.216＞1.10,滿足規(guī)范要求。

工況二：開挖至負(fù)2 層基坑底（不考慮工程樁抗拔作用），基坑承壓水突涌穩(wěn)定性安全系數(shù)0.933＜1.10,不滿足規(guī)范要求。

工況三：開挖至負(fù)2 層基坑底（考慮工程樁抗拔作用），基坑承壓水突涌穩(wěn)定性安全系數(shù)1.142＞1.10,滿足規(guī)范要求。

因此，從理論計算而言，工程樁抗拔作用對提高基坑承壓水突涌穩(wěn)定性有利。

2.5 實(shí)際施工效果

目前，該項(xiàng)目主體工程已經(jīng)竣工驗(yàn)收，基坑已經(jīng)全部回填。各工況施工過程及效果總結(jié)如下：

工況一：開挖至負(fù)1層基坑底。負(fù)1層基坑周邊設(shè)置了截水帷幕，阻斷了潛水層與基坑周邊土層的水力聯(lián)系。基坑土方開挖過程中疏干了基坑內(nèi)淺部潛水，開挖至負(fù)1層基坑底也未發(fā)現(xiàn)承壓水突涌情況?；臃謪^(qū)分層開挖，開挖至負(fù)1 層基坑底立即施工工程樁（預(yù)應(yīng)力管樁）。

工況二：開挖至負(fù)2 層基坑底。工程樁（預(yù)應(yīng)力管樁）完成后，施工負(fù)1 層與負(fù)2 層基坑分界處水泥攪拌樁，然后分層開挖土方并施工基坑支護(hù)土釘。工程樁完成至負(fù)2 層基坑土方開挖實(shí)際間隔時間超過1 個月。開挖至負(fù)2層基坑底未發(fā)現(xiàn)承壓水突涌，管樁與周邊土層間隙也未發(fā)現(xiàn)承壓水突涌情況。

因此，整體而言，基坑承壓水抗突涌設(shè)計和施工效果良好，達(dá)到了預(yù)期目的。

3 結(jié)語

（1）合理利用先施工工程樁的抗拔作用，可以提高基坑承壓水突涌穩(wěn)定性，并節(jié)約投資。

（2）工程樁施工過程中可能對周邊土層造成擾動，引起超孔隙水壓力等，工程樁之間中心部位、土層薄弱部位及工程樁與周邊土層間隙易發(fā)生突涌現(xiàn)象，工程樁施工后應(yīng)放置一段時間再進(jìn)行基坑土方開挖。

（3）工程樁的樁型、樁長、布置形式、施工工藝等，都會對提高基坑承壓水突涌穩(wěn)定性效果造成影響。因此，若設(shè)計或施工不當(dāng)，仍可能存在較大風(fēng)險，利用工程樁的抗拔作用應(yīng)慎重考慮。

（4）本文針對預(yù)應(yīng)力管樁抗拔作用對基坑承壓水突涌穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了分析，可以有效提高基坑承壓水突涌穩(wěn)定性，施工效果良好。