近年来,随着我国城市地下空间的开发和超高层综合体建筑的大量建设,深基坑工程的支护形式及变形控制成为重要研究课题。鉴于基坑周边环境变得愈加复杂,支护形式也面临挑战 ^[1]。双排桩支护结构是由前后2排钢筋混凝土灌注桩及桩顶冠梁形成的空间门架式结构体系,冠梁间距和刚度对双排桩性能影响十分关键 ^[2]。吴镇等研究似双排桩+锚索体系在2个相邻基坑开挖中的应用,采用极限平衡法研究支护体系稳定性、抗倾覆等,结果表明体系可行 ^[3]。黄凭对双排桩支护结构中垂直竖向锚索应力进行分析,结果表明竖向锚索的预应力越大,基坑变形控制效果越好 ^[4]。丁智等通过分析不同地质条件下深基坑开挖过程中的各项监测数据,总结变形规律 ^[5]。申永江等研究锚索双排桩与钢架双排桩的内力分布,结果表明锚索双排桩前后2排桩的内力分布差异十分明显,钢架双排桩前后2排桩的内力分布十分相近 ^[6]。

　　 目前,关于双排桩+钢管桩+锚索支护结构体系研究并不多见,对现场实际变形监测数据的分析尤为少见,尤其在青岛典型的土岩复合地层中且受动荷载持续作用下双排桩+钢管桩+锚索支护结构的研究更为少见。因此,本文结合青岛典型土岩复合地层中某深基坑工程采用的双排桩+钢管桩+锚索支护结构体系,结合现场施工进度,分析施工监测数据,研究变形机理,总结变形规律,对双排桩+钢管桩+锚索支护结构体系在动荷载作用下的风险进行有效控制。

　　 青岛国信金融中心项目位于崂山区仙霞岭路与云岭路交叉口南侧,青岛会展中心北侧,该项目总建筑面积280 000m²,拟建3栋10～31层高层办公楼,均为4层地下车库。基础底面绝对标高-6.700m,周边环境绝对标高8.600～16.600m(西高东低),基坑开挖深度15.3～23.3m,基坑较狭长,东西长400m,南北长100m,该基坑支护工程设计安全等级为一级。

　　 基坑周边环境复杂,无可放坡空间,南侧濒临会展中心,与会展中心地下室间距0.5m,北侧、东侧濒临市政道路,与市政道路间距4.0m,西侧濒邻会展中心撤展通行道路,开挖邻边即为6m宽道路(道路边线位于双排桩中间),该部位开挖深度达23.2m,且有1条35kV·A电缆包封(无法迁改),受会展中心大型货车通行动荷载持续作用,环境最复杂。

　　 根据岩土工程详勘报告,基坑开挖范围内的地层由第四系和基岩组成。场区第四系主要由全新统人工填土层、全新统及上更新统洪冲积层组成,厚度小、开挖时稳定性较差。下伏基岩主要为燕山晚期粗粒花岗岩,局部穿插后期侵入细粒花岗岩岩脉,其中强风化带较厚,节理裂隙发育。场地范围内地层从上到下的顺序及物理力学参数如表1所示。

　　 地下水类型主要为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水,该2层水存在上下补给关系,为基岩裂隙水,稳定水位埋深1.65～7.5m,地下水主要受大气降水及侧向地下水补给,以地下径流的形式缓慢排泄。

　　 根据场区地质条件和周边环境特点,结合工程经验和经济性,采用理正软件计算分析后,共划分4种支护单元形式,其中最西侧支护最复杂,本文重点分析该部位支护形式及变形规律,主要有以下特点:(1)基坑开挖邻边即大型货车通行道路,道路一侧边线位于支护桩顶上;(2)基坑开挖深度最深,达23.2m,且该部位岩层较硬,需爆破开挖,需考虑爆破对深基坑支护的影响;(3)基坑邻边有1条35kV·A电缆包封,无法迁改;(4)会展中心展会繁忙,大型货车动荷载持续作用。

　　 根据以上特点,经过方案论证,该部位采用双排灌注桩+钢管桩+锚索支护体系,在电缆包封两侧各打设1排钻孔灌注桩,为增加支护结构整体刚度,且抵抗大型货车动荷载作用,桩顶设置门式钢架梁,形成整体双排桩支护体系,桩径0.8m,间距1.6m,桩顶冠梁尺寸0.9m(宽)×0.6m(高),前、后排灌注桩间的钢架梁尺寸2.1m(宽)×0.5m(高)。为稳定桩间土体,在标高10.000m和7.500m处各设置1道水平间距1.6m的斜向锚索。

　　 钻孔灌注桩下部进入中风化花岗岩,采用吊脚钢管桩形式,吊脚桩嵌固深度3.0m。钢管桩采用外径146mm钢管、间距0.5m,内外灌注水灰比0.5的水泥浆,桩身间隔1m处梅花形布置直径10mm的出浆孔。为稳定吊脚钢管桩支撑,下部设置全黏结锚杆,竖向间距2.0m。为防止双排桩发生倾覆,在远离基坑一侧(后排桩)的钻孔灌注桩中间打设1道竖向锚索,竖向锚索水平间距1.5m。基坑支护剖面及锚索设计参数分别如图1、表2所示。

　　 大型货车动荷载直接作用在基坑支护后排桩及桩顶冠梁上,持续动荷载作用下,会产生动态时空效应,影响基坑安全性。因此开展动荷载作用下土岩复合地层中的深基坑支护变形监测非常重要。

　　 根据基坑自身结构特点、周边环境及相关执行规范,按一级基坑控制的相关要求,确定监测内容为:坡顶水平位移及竖向位移、周边地表沉降、深层水平位移、预应力锚杆轴力、地下水位监测、周边建筑物沉降等。基坑工程双排桩支护对应的单元监测布点如图2所示。

　　 本基坑工程于2017年10月自东向西、自南向北开始基坑支护、开挖,双排桩+钢管桩+锚索支护单元于12月上旬完成支护施工,开始分区段的土方开挖,2018年1月中旬开挖至强风化下压带,开始石方控制爆破开挖,于2018年7月底开挖至基底标高,开挖基本完成。

　　 桩顶水平位移反映基坑变形效果最明显。选取水平位移监测点HV47～51,2018年该点位变形曲线如图3所示。

　　 由图3可以看出,随着基坑开挖深度增加,水平位变形不断增大,开挖完成后,逐步趋于稳定,最大变形值为17.2mm,在设计要求规定的20mm控制值以内,说明基坑围护结构处于安全状态。该支护单元边侧HV47,HV51点位变形明显小于中间部位HV48～50点位。2018年2月19日前后,因春节期间,基坑无施工作业,变形较平缓。6月初至中下旬,因青岛召开上合峰会,现场无施工作业,变化较为平缓。

　　 2018年3月10日—7月30日,受持续开挖、岩石爆破作用,变形幅度持续增加,经现场实际分析,爆破施工对基坑支护振动较大,导致坡顶水平位移急剧增加,幅度0.5mm/次,爆破振动对岩石基坑开挖的影响不容忽视。3月31日、4月19日、5月30日及7月10日变形有回调上升趋势,因为预应力作用使桩身变形回调,形成新的平衡,变形趋于稳定,当继续开挖土体时,平衡被打破,变形继续增加。

　　 大型货车动荷载作用前后桩顶水平位移监测数据如表3,4所示,选取会展中心承办国际车展期间(4月27日—5月1日、9月12日—17日,春季、秋季车展期间均无爆破作业)的变形监测数据进行分析。大型货车动荷载在一定程度上加大桩顶变形,春季车展期间基坑同步开挖施工,加大桩顶水平变形,但影响幅度控制在1.5mm。秋季车展期间基坑已开挖完成,影响幅度较小,控制在0.5mm,表明双排桩+钢管桩+锚索支护体系可有效承受邻边大型动荷载的作用。因场地及安全考虑,大型货车行驶速度有限,为减小动荷载对基坑支护影响,建议合理控制动荷载的移动速度。

　　 2018年桩顶竖向位移如图4所示,由图4可知,基坑开挖初期,桩顶竖向位移略微向上移动,随着开挖深度增加,均逐渐呈下沉趋势,当3月31日、4月19日锚索施工时,基底土体产生回弹和隆起,进而带动桩体呈上移趋势,随着开挖进行,平衡被打破,产生下沉趋势。2月19日春节及6月上合峰会停工期间,上移趋势最明显,期间现场无施工作业,基底土体隆起效应显著。

　　 监测点HV49位于该单元中间位置,桩顶沉降明显大于支护单元边侧监测点位,最大下沉值为-10.4mm,小于设计允许值20mm,表明施工过程满足设计要求。结合现场实际情况,爆破施工会导致桩体一定程度上移,但幅度较小,施工过程中应重点加强邻近支护结构爆破控制,确保支护结构稳定与安全。大型动荷载作用前后对桩顶竖向位移变化影响不明显,变化幅度<0.2mm,动荷载作用下桩顶变形监测以水平位移为主,竖向位移为辅。

　　 选取该支护单元测斜点CX1的监测结果进行分析,如图5所示,地表处水平位移最大,约14.5mm,与桩顶水平位移基本吻合,随着深度增加,位移量逐渐减小。

　　 基坑开挖过程中,坑内土卸荷导致围护桩两侧土体压力分布不均,桩后主动土压力导致桩向坑内变形。图5中-4.0,-10.0m拐点处较明显,因为桩顶与冠梁组成整体,且预应力锚索与岩土体形成整体共同约束桩体的变形。

　　 大型动荷载作用前后对深层水平位移造成一定影响,选取春季国际车展前后的监测数据进行对比分析,如图6所示,距地表越近,幅度越大,最大幅度在1.2mm以内;结合现场实际,爆破前后对深层位移的影响相对较小,幅度<0.5mm,同样距地表越近,影响越大。施工过程中应重视动荷载及爆破施工对深层水平位移的影响。

　　 该支护单元西侧为乐天玛特购物中心,地下3层,框架剪力墙结构,无地上结构。基坑开挖土体卸载及围护结构向坑内倾斜会引起围护桩与乐天玛特地下室外墙间的岩土体沉降变形。建筑物沉降变化曲线如图7所示。

　　 可以看出:VB1监测点位先上移后下沉,最后趋于-0.9mm。VB2,VB3监测点位先沉降后上移,最终分别趋于稳定值-1.6,-1.0mm,远小于设计规范值10mm,表明基坑支护设计安全有效。结合现场实际分析,由于基坑开挖初期围护桩向坑内变形导致围护桩与地下室外墙间土体应力释放,引起建筑物沉降,而VB1位于建筑物拐角处,基坑边角效应在一定程度上限制沉降趋势。

　　 1)针对大型动荷载持续作用且电缆包封无法迁改的情况,提出双排桩+钢管桩+锚索新型支护体系,同时基坑外侧桩辅以竖向锚索,内侧桩辅以斜向锚索加吊脚钢管桩等形式。

　　 2)围护结构在大型动荷载作用下会产生较明显的动态效应,尤其对桩顶水平位移影响较显著,距地表越近,幅度越大;建议动荷载作用下桩身变形监测以水平位移为主、竖向位移为辅;同时应合理控制动荷载的移动速度。

　　 3)岩土爆破开挖对基坑变形产生的影响不容忽视,施工过程中应严格控制爆破的振动速度。

　　 4)监测结果表明,大型动荷载持续作用下,基坑支护桩水平、竖向位移、深层水平位移及周边建筑物沉降等均在设计值之内,证明双排桩+钢管桩+锚索支护体系可行。