▍摘 要

摘要：基于工程案例，介绍了全套管全钻进咬合桩施工工艺具有“扭矩大，转速慢，垂直度精度高，安全性好”的特点。通过分析观测数据，指出了桩体深层水平位移最大值出现在4/5基坑深度处，得出了此种支护方式，既能起到支挡作用，又能发挥良好止水效果的结论。对基坑支护进行了数值模拟，分析了围护结构和地铁盾构的变形规律，与实测数据对比说明采用德鲁克-普拉格（Drucker-Prager）弹塑性本构模型模拟土体，能较好地反映围护结构的实际变形。

关键词：咬合桩；基坑支护；止水帷幕；深层水平位移

▍0 引 言

咬合桩作为一种特殊的围护结构，依靠桩体与桩体间的搭接，能起到支挡和止水的双重作用，已在邻近轨道交通的基坑支护工程中得到一定的应用和推广。在粉土和砂土中施工咬合桩可采用钢护筒护壁，护筒施工一般采用锤击式或摇动式，锤击式振动荷载较大，对饱水状态的粉砂土扰动严重，容易造成震动液化。摇动式扭矩小，效率低，无法保证入岩深度，止水效果差。

全套管全钻进施工工艺采用套管360度回转钻进，全程护壁的成孔工艺，与传统套管锤击施工相比，全钻进工艺由于旋转摩擦更有利于套管下沉进尺，且转速较慢，可有效地减小对周边地层的扰动，保护外围环境，适用于紧临地铁或对位移敏感的建（构）筑物等复杂环境下的基坑支护桩体的施工，具有较好的应用前景。

▍1 工程概况及周边环境

某工程设置2层地下车库，人挖桩基础，基坑外形轮廓近似矩形，长约122 m，宽约52 m，开挖深度10.4 m。基坑北侧为新建的高层建筑（20F,2层地库），西侧距离高铁线73.5 m，距离待建的有轨电车线仅7.1 m，南侧距离南淝河65.7 m，东侧距离地铁严格保护线仅0.9 m，支护桩边距离地铁线路仅6.26 m。

▍2 工程地质条件

该工程场地微地貌为河漫滩及一级阶地前缘，自上而下各土层分布情况及性质指标见表1。地下水有填土中上层滞水和④层粉土夹粉砂、⑤层粉土夹粉砂中的孔隙水及⑥层强风化砂岩、⑦层中风化砂岩(frk=32.4 MPa)中的基岩裂隙水，勘察期间水量较丰富，与南淝河存在密切的水力联系，水位受大气降水和河水位深度影响明显，稳定地下水位埋深约3.00 m。

▍3 设计施工方案

本基坑被地铁、河流、高铁及新建高层建筑物所包围，周边环境复杂，地库的人工挖孔桩施工前须先进行基坑降水，水位降深达18.0 m，如此大降深增加了周边地层的有效应力，加剧了土层的沉降，势必对外围交通及周边建筑物安全产生不利影响。

基坑东侧，地铁线路铺轨已完成，且基坑坑底以下，地铁隧道以上为富含承压水的粉土夹粉砂层，土层一旦失水或有施工扰动，就会影响盾构周边的应力分布，导致其上浮或下沉，造成巨大的经济损失和严重的社会影响。按照相关规范要求，支护结构施工影响安全等级为特级，地铁保护对支护结构的施工及围护结构的变形提出了更加严格要求。

结合场地环境地质条件和工程特点，本项目基坑应先在外围施工沉底式止水帷幕，以减小基坑降水对周边环境产生的不利影响。基坑西侧采用高压旋喷桩止水帷幕+支护桩+竖向斜撑支护形式，由于东侧施工空间仅有0.9 m，且支护桩距离地铁隧道较近，止水帷幕须入中风化砂岩施工,以保证止水效果，故采用全套管全钻进咬合桩十水平角撑支护形式，具体支护形式如图1、图2所示。

全套管全钻进将套管回转钻进，全程护壁，避免施工过程中出现塌孔、缩颈、断桩、水土流失等安全隐患，保证富含地下水粉砂地层中支护桩的成桩质量。边回转边压入，扭矩大，保证止水帷幕在较硬岩中的沉底深度。经过调控，桩体垂直度可达1/500，有效保证桩体的紧密搭接，形成良好的连续整体结构，抗渗能力强。套管较低的旋转速度，有利于减小其与土体的摩阻力，降低对周边地层的扰动，进而保护地铁线路的安全。

▍4 变形监测结果分析

由于本基坑周边环境复杂，场地土质较差，地下水丰富，为确保地铁盾构的安全及本基坑围护结构的顺利施工，须进行信息化施工监测，遂对基坑周边地铁盾构沉降、支护结构水平位移、支护桩测斜及地下水位降深等进行观测。

从图3、图4可知，土方开挖前期，土压力较小，水平角撑整体刚度较大，可有效控制桩顶位移，桩体深层水平位移成直线变化。开挖第二道撑下部土方至基坑降水结束，土压力不断增大，深层水平位移最大值不断向桩体下部迁移，最大值出现在4/5基坑深度处，且位置不变，桩顶位移变化速率约为0.122mm/d。工程桩浇筑完毕后，桩顶位移趋于稳定，后期拆撑施工出现了约10.1 mm的变形，桩体深层水平位移变化较小，变形曲线几乎重合。

从图5可知，开挖前期，基坑虽未进行降水施工，但观测点出现了水位下降和上升两种情况，水位下降最大值为40 cm，上升最大值为30 cm。分析其原因，01#和02#观测点部位支护桩上部有漏水点，随着上部土体开挖，外围土体中的地下水渗流入坑内，水位下降，03#和04#观测点部位由于降雨，水位上升。开挖至坑底后进行基坑降水，坑外各观测点水位同时下降，下降幅度为10 cm/d，最大降深为93.9 cm，满足规范要求。其间，由于降雨，部分观测点水位上升。待工程桩施工完成，降水施工亦结束，基坑外侧水位缓慢回升至初始水位以上。说明全套管全钻进咬合桩止水效果明显，有效地阻断了地下水向坑内渗流。

在咬合桩施工过程中，对盾构各观测点相关指标初始值进行了3次采集，采集值几乎无变化，说明该施工工艺可有效地减小对周边地层的扰动，且全套管也可减小地层中水土流失，进而起到保护地铁的作用。从图6可知，由于基坑降水，地铁盾构前期以波动上浮为主，最大值为1.69 mm，多数观测点上升幅度在1.0 mm以下，满足规范要求。说明全套管全钻进咬合桩支护方式，既起到了支挡作用，又发挥了良好的止水效果，可有效地保护地铁安全。随着地库及上部结构的施工，盾构拱顶出现下沉，最大值为1.51 mm，当地丰水期到来后，地下水位上升，拱顶随之上浮。

以上监测数据显示，基坑开挖至回填，基坑支护结构冠梁顶累计最大位移值为21.2 mm，基坑深层水平位移最大值为17.75mm，地下水位降深最大值为93.9 cm，地铁盾构拱顶上浮最大值为1.69 mm，各项监控指标均控制在设计及规范要求范围内，深基坑支护工程取得了圆满成功。

▍5 有限元模拟分析

采用有限元分析软件MIDAS GTS NX对本基坑工程进行模拟，围护结构几何尺寸按实际情况取值，所建立的计算模型中，土体材料采用德鲁克-普拉格（Drucker-Prager）弹塑性本构模型；内支撑、冠梁、腰梁等混凝土材料的结构均采用梁单元；围护桩按照等刚度原理折算成地下连续墙，采用板单元模拟，衬砌结构、区间结构按线弹性考虑。

通过分析得出，有限元计算所得结果和实测变形曲线形态接近。从图7、图8可知，支护结构的变形主要集中在基坑中下部及坑底下一定范围内，与桩体的深层水平位移实测值基本相符，位移最大值出现在水平角撑的下部。

基坑东侧围护结构水平位移最大值为12.30 mm，小于实测深层水平位移最大值17.75 mm，分析其原因，有限元分析工况中未考虑坑内降水对支护结构变形的影响。由图9可知，区间盾构竖向位移最大值为2.02 mm，大于盾构拱顶实测上浮最大值1.69 mm，由此可推断本构模型中的变形参数取值偏于保守。

▍6 结 论

综上，在基坑复杂环境条件下，全套管全钻进咬合桩支护型式能够有效地控制基坑变形，阻止地下水渗流，保护周边环境。通过本案例的实施，有以下几点体会：

（1）全套管全钻进采用套管360度回转钻进，扭矩大，可保证帷幕桩体在较硬岩中的沉底深度。较低的旋转速度，可减小与土体的摩阻力，降低对周边地层的扰动。

（2）咬合桩支护型式兼顾支挡和止水双重作用，较高的垂直度精度和一定的入岩沉底深度，是保证止水效果的关键。

（3）实测数据表明，各项变形观测指标均在设计和规范要求范围内，说明全套管全钻进咬合桩止水帷幕有效地降低了基坑开挖和降水对临近地铁区间的不利影响，保护了周边环境安全。桩体深层水平位移最大值出现在4/5基坑深度处。

（4）在基坑工程中采用德鲁克-普拉格（Drucker-Prager）弹塑性本构模型模拟土体，能较好地反映围护结构的实际变形。

来源：《工程与建设》

作者：刘振杰

编辑整理：项 敏

如涉侵权，请回复公众号

▍全回转全套管主要工作范围