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摘要：本文总结了土岩组合地层深基坑“吊脚桩”应用情况及设计特点，分析了“吊脚桩”上部及下部的设计思路、分析方法，通过实际工程的计算模拟与实测数据的对比分析，支护结构受力和变形均满足设计控制标准。结论：“吊脚桩”是适用于土岩组合地层的基坑支护形式。
关键词：土岩组合；吊脚桩；深基坑；微型钢管桩；桩撑体系
引言
近年来城市轨道交通高速发展，青岛、大连、广州等地深基坑设计中经常会遇到土岩组合地层 “吊脚桩”问题。刘红军等人对“吊脚桩”支护进行了模拟分析计算，得出嵌岩深度与锁脚锚索的预加力、吊脚桩岩肩宽度与基坑变形、桩体位移的关系的结论[2]。地铁车站一般位于城市主干道路路口位置，无放坡空间；上部土层、下部岩层的土岩组合地层决定亦无法采用“一桩到底”的支护方案，“吊脚桩”的结构形式可较好的解决占地及土岩组合地层的问题。本文以青岛地铁某站为载体，主要研究复杂周边环境条件下的小岩肩“吊脚桩”支护方案，对该类基坑“吊脚桩”问题进行讨论，为类似工程地质、环境条件下的基坑支护提供参考。
1 概述
青岛地铁某站为地下二层岛式站台车站，主体为双层双跨箱形框架结构，总长196.3m，标准段宽18.8m。车站顶板覆土厚2.9～4.0m，结构底板埋深16.9～17.2m。
车站规划周边以居住用地和商住用地为主，站址西南侧有2栋6层居民楼，其它均为平房。振华路现状为双向4车道，最新规划道路红线为30m。现状周边共有4 个公交站点，9 条公交线路。车站总平面图如图1所示。
2 水文地质
场区地形总体较平坦，地面以下3～10m为软土层，下部为中风化及微风化岩层，本场区地下水主要赋存在第四系松散土层及基岩的裂隙中。基岩裂隙水水量不大，但与第四系孔隙潜水水力联系明显。总体上，场地内地下水富水性中等，水量一般。各岩土层物理力学指标见于表1。
3基坑支护设计
3.1基坑支护设计思路
青岛地区地势起伏较大，民建基坑由于深度较小、周边场地条件较好，一般采用土钉墙、桩锚支护体系。地铁标准两层明挖站基坑深度一般大于15m，周边环境条件复杂、交通繁忙、占地有限，几无放坡条件，结合“上软下硬” 土岩组合地层实际条件，地铁基坑桩锚结构形式一般采用“一桩到底”或“吊脚桩”，其中以“吊脚桩”桩锚式居多，本站为典型“上软下硬”土岩组合地层，围护结构形式采用“吊脚桩”。
“吊脚桩”下部岩石边坡一般采用直壁开挖，开挖前一般打设超前微型钢管桩，其作用主要有：
（1）“超前支护”作用，通过钢管的超前及钢管注浆，保证了开挖支护前岩体的稳定，减少基坑变形。
（2）“预裂岩石”作用，对岩石进行预裂，可较好的控制超欠挖，进而保证开挖精度。
（3）“减振隔离”作用，降低了爆破对基坑岩石和周边建（构）筑物的振动影响。
（4）“协调受力”作用，锚索至腰梁至微型钢管桩由点及面的传力体系，更好的对坡面进行防护和变形控制。
3.2 支护方案
站址范围交通繁忙，调流路宽度紧张，基坑周边迁改后的管线密集，为保证周边环境条件安全，第一道支撑采用钢支撑，吊脚桩中部及锁脚位置各设置一道预应力锚索，既保证了吊脚桩根部的稳定性，又降低了桩中弯矩，降低了桩的配筋。
下部岩石边坡，受周边环境条线限制无放坡条件，故而采用垂直开挖，辅以超前微型钢管桩起到预裂、减振作用。综上，本站最终了确定“上部桩+撑（锚），下部微型钢管桩+锚索（杆），岩肩处通过“L”型冠梁和预应力锚索锁脚”的复合型支撑体系。基坑围护剖面图如图2所示。
3.3支护参数
车站基坑深约16.8m，上部“吊脚桩”桩径0.8m，桩间距1.2m，冠梁上钢管内撑采用D=609mm，t=14mm鋼支撑，第一道锚索采用3φ15.2钢绞线，锁脚锚索采用4φ15.2钢绞线。下部岩石边坡采用φ168mm钢管桩，桩间距1.0m，嵌固基底1.5m，第一道锚索采用2φ15.2钢绞线，岩石锚杆采用2 28螺纹钢筋，2mx2m梅花形布置，锚杆长7m、5m。
4.围护结构计算
4.1上部桩撑（锚）体系计算
上部吊脚桩采用弹性支点法分析计算，算最不利工况，基坑开挖到桩底，岩肩作用未予考虑，仅作为安全储备。计算模结果如图3、图4示。
由图4可以得出：围护桩采用φ800mm主筋采用21 20，桩顶冠梁上内撑设计轴力为1290kN，预加轴力为200kN；第一道锚索自由段6.0m，锚固段6.0m，预应力锁定值240kN；第二道锚索自由段6.0m，锚固段6.0m，预应力锁定值320kN。抗倾覆检算结果满足设计要求。
4.2下部岩石边坡计算
岩石基坑的稳定性主要取决于组成基坑的岩体结构面的发育情况。其中沿单一平面滑动类型是岩体基坑中最为常见的滑动方式，稳定性分析计算公式[1]如下：
式中，H为边坡高度，W为滑体重量，分别为结构面粘聚力和内摩擦角，T为沿结构面法线方向的锚固力，为结构面倾角，K为安全系数。
根据本基坑地质条件，对基坑下部岩石边坡采用极限平衡法进行简单平面滑动稳定分析。采用理正岩土计算软件，支护参数如表2所示，计算简图如图5所示。
表2 基坑下部支护参数表
计算结果显示：总下滑力1253.6（kN），总抗滑力为1873.0（kN），安全系数为1.490，满足设计要求。
5 监控量测数据
本线已通车运营，在建设过程中，“吊脚桩”桩顶水平位移最大值为6.4mm，桩顶竖向位移最大值为5.1mm，地表沉降最大值为10.8mm，围护桩桩体挠曲位移最大值为8.5mm，施工过程中的地表沉降及桩体位移均小于设计允许值，监控量测变形数据均小于设计计算值，基坑支护结构安全。通过监测数据可以得出，基坑实际的变形较小，“吊脚桩”的支护体系可以满足保证基坑安全及变形控制的要求。
6 结论与建议
（1）“吊脚桩”的支护型式，即上部“桩+支撑（锚）”，下部“锚喷支护”的组合支护形式，可较好的适应青岛等地的土岩组合地层，基坑稳定性及变形控制亦有保证。
（2）“吊脚桩”的特殊组合支护型式，对桩根部“L”型冠梁及锁脚锚索的质量及预应力控制提出了较高的要求，“L” 型冠梁设置位置的合理性、锁脚刚度，将直接决定“吊脚桩”组合支护型式能否成功实现。
（3）对于“吊脚桩”方案下部完整性极好的中、微风化地层，可取消钢管桩仅施做200mm直径减震、预裂孔，此方案在青岛地铁2号线某站成功实践，取得了较好的效果。
（4）青岛地区岩石结构面沿单一平面滑动占比较高，若能将动态设计的理念充分发挥，根据开挖过程中揭示的结构面信息，动态的调整设计参数，可极大地缩短施工周期、降低支护费用。
（5）“吊脚桩”在青岛等地应用较多，但关于“吊脚桩”理论分析、计算模型等有待进一步研究，并通过大量工程案例进行验证。
参考文献：
[1]刘国彬，王卫东.基坑工程手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社.
[2]刘红军等.二元结构岩土基坑“吊脚桩”支护设计数值分析[J].土木建筑与环境工程，2009，10：43-47.
[3]赵文强.上软下硬复合地层条件下深基坑支护设计探析[J].隧道建设，2014，02（34）：154-157.
[4]刘红军，张庚成，刘涛.土岩组合地层基坑工程变形监测分析[J].岩土工程学报，2010，08：550-553.
关键词：土岩组合；吊脚桩；深基坑；微型钢管桩；桩撑体系
引言
近年来城市轨道交通高速发展，青岛、大连、广州等地深基坑设计中经常会遇到土岩组合地层 “吊脚桩”问题。刘红军等人对“吊脚桩”支护进行了模拟分析计算，得出嵌岩深度与锁脚锚索的预加力、吊脚桩岩肩宽度与基坑变形、桩体位移的关系的结论[2]。地铁车站一般位于城市主干道路路口位置，无放坡空间；上部土层、下部岩层的土岩组合地层决定亦无法采用“一桩到底”的支护方案，“吊脚桩”的结构形式可较好的解决占地及土岩组合地层的问题。本文以青岛地铁某站为载体，主要研究复杂周边环境条件下的小岩肩“吊脚桩”支护方案，对该类基坑“吊脚桩”问题进行讨论，为类似工程地质、环境条件下的基坑支护提供参考。
1 概述
青岛地铁某站为地下二层岛式站台车站，主体为双层双跨箱形框架结构，总长196.3m，标准段宽18.8m。车站顶板覆土厚2.9～4.0m，结构底板埋深16.9～17.2m。
车站规划周边以居住用地和商住用地为主，站址西南侧有2栋6层居民楼，其它均为平房。振华路现状为双向4车道，最新规划道路红线为30m。现状周边共有4 个公交站点，9 条公交线路。车站总平面图如图1所示。
2 水文地质
场区地形总体较平坦，地面以下3～10m为软土层，下部为中风化及微风化岩层，本场区地下水主要赋存在第四系松散土层及基岩的裂隙中。基岩裂隙水水量不大，但与第四系孔隙潜水水力联系明显。总体上，场地内地下水富水性中等，水量一般。各岩土层物理力学指标见于表1。
3基坑支护设计
3.1基坑支护设计思路
青岛地区地势起伏较大，民建基坑由于深度较小、周边场地条件较好，一般采用土钉墙、桩锚支护体系。地铁标准两层明挖站基坑深度一般大于15m，周边环境条件复杂、交通繁忙、占地有限，几无放坡条件，结合“上软下硬” 土岩组合地层实际条件，地铁基坑桩锚结构形式一般采用“一桩到底”或“吊脚桩”，其中以“吊脚桩”桩锚式居多，本站为典型“上软下硬”土岩组合地层，围护结构形式采用“吊脚桩”。
“吊脚桩”下部岩石边坡一般采用直壁开挖，开挖前一般打设超前微型钢管桩，其作用主要有：
（1）“超前支护”作用，通过钢管的超前及钢管注浆，保证了开挖支护前岩体的稳定，减少基坑变形。
（2）“预裂岩石”作用，对岩石进行预裂，可较好的控制超欠挖，进而保证开挖精度。
（3）“减振隔离”作用，降低了爆破对基坑岩石和周边建（构）筑物的振动影响。
（4）“协调受力”作用，锚索至腰梁至微型钢管桩由点及面的传力体系，更好的对坡面进行防护和变形控制。
3.2 支护方案
站址范围交通繁忙，调流路宽度紧张，基坑周边迁改后的管线密集，为保证周边环境条件安全，第一道支撑采用钢支撑，吊脚桩中部及锁脚位置各设置一道预应力锚索，既保证了吊脚桩根部的稳定性，又降低了桩中弯矩，降低了桩的配筋。
下部岩石边坡，受周边环境条线限制无放坡条件，故而采用垂直开挖，辅以超前微型钢管桩起到预裂、减振作用。综上，本站最终了确定“上部桩+撑（锚），下部微型钢管桩+锚索（杆），岩肩处通过“L”型冠梁和预应力锚索锁脚”的复合型支撑体系。基坑围护剖面图如图2所示。
3.3支护参数
车站基坑深约16.8m，上部“吊脚桩”桩径0.8m，桩间距1.2m，冠梁上钢管内撑采用D=609mm，t=14mm鋼支撑，第一道锚索采用3φ15.2钢绞线，锁脚锚索采用4φ15.2钢绞线。下部岩石边坡采用φ168mm钢管桩，桩间距1.0m，嵌固基底1.5m，第一道锚索采用2φ15.2钢绞线，岩石锚杆采用2 28螺纹钢筋，2mx2m梅花形布置，锚杆长7m、5m。
4.围护结构计算
4.1上部桩撑（锚）体系计算
上部吊脚桩采用弹性支点法分析计算，算最不利工况，基坑开挖到桩底，岩肩作用未予考虑，仅作为安全储备。计算模结果如图3、图4示。
由图4可以得出：围护桩采用φ800mm主筋采用21 20，桩顶冠梁上内撑设计轴力为1290kN，预加轴力为200kN；第一道锚索自由段6.0m，锚固段6.0m，预应力锁定值240kN；第二道锚索自由段6.0m，锚固段6.0m，预应力锁定值320kN。抗倾覆检算结果满足设计要求。
4.2下部岩石边坡计算
岩石基坑的稳定性主要取决于组成基坑的岩体结构面的发育情况。其中沿单一平面滑动类型是岩体基坑中最为常见的滑动方式，稳定性分析计算公式[1]如下：
式中，H为边坡高度，W为滑体重量，分别为结构面粘聚力和内摩擦角，T为沿结构面法线方向的锚固力，为结构面倾角，K为安全系数。
根据本基坑地质条件，对基坑下部岩石边坡采用极限平衡法进行简单平面滑动稳定分析。采用理正岩土计算软件，支护参数如表2所示，计算简图如图5所示。
表2 基坑下部支护参数表
计算结果显示：总下滑力1253.6（kN），总抗滑力为1873.0（kN），安全系数为1.490，满足设计要求。
5 监控量测数据
本线已通车运营，在建设过程中，“吊脚桩”桩顶水平位移最大值为6.4mm，桩顶竖向位移最大值为5.1mm，地表沉降最大值为10.8mm，围护桩桩体挠曲位移最大值为8.5mm，施工过程中的地表沉降及桩体位移均小于设计允许值，监控量测变形数据均小于设计计算值，基坑支护结构安全。通过监测数据可以得出，基坑实际的变形较小，“吊脚桩”的支护体系可以满足保证基坑安全及变形控制的要求。
6 结论与建议
（1）“吊脚桩”的支护型式，即上部“桩+支撑（锚）”，下部“锚喷支护”的组合支护形式，可较好的适应青岛等地的土岩组合地层，基坑稳定性及变形控制亦有保证。
（2）“吊脚桩”的特殊组合支护型式，对桩根部“L”型冠梁及锁脚锚索的质量及预应力控制提出了较高的要求，“L” 型冠梁设置位置的合理性、锁脚刚度，将直接决定“吊脚桩”组合支护型式能否成功实现。
（3）对于“吊脚桩”方案下部完整性极好的中、微风化地层，可取消钢管桩仅施做200mm直径减震、预裂孔，此方案在青岛地铁2号线某站成功实践，取得了较好的效果。
（4）青岛地区岩石结构面沿单一平面滑动占比较高，若能将动态设计的理念充分发挥，根据开挖过程中揭示的结构面信息，动态的调整设计参数，可极大地缩短施工周期、降低支护费用。
（5）“吊脚桩”在青岛等地应用较多，但关于“吊脚桩”理论分析、计算模型等有待进一步研究，并通过大量工程案例进行验证。
参考文献：
[1]刘国彬，王卫东.基坑工程手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社.
[2]刘红军等.二元结构岩土基坑“吊脚桩”支护设计数值分析[J].土木建筑与环境工程，2009，10：43-47.
[3]赵文强.上软下硬复合地层条件下深基坑支护设计探析[J].隧道建设，2014，02（34）：154-157.
[4]刘红军，张庚成，刘涛.土岩组合地层基坑工程变形监测分析[J].岩土工程学报，2010，08：550-553.