樁錨結構在青島深基坑支護中應用實例

郝勝利，吳剛

(青島市勘察測繪研究院，山東青島 266033)

1 前言

青島沿海地區地層砂層較厚，滲水性好，淤泥呈軟塑狀，基巖揭露深度較淺，青島沿海深基坑工程面對涌沙冒水情況嚴重，而且基坑周邊復雜，處理不及時容易造成地面塌陷，影響基坑安全。本文通過對周邊環境復雜的深基坑工程設計、施工經驗的介紹，希望能給同行提供類似可借鑒的經驗。

2 工程概況

擬建民航綜合樓位于青島市市南區香港中路以南、深圳路以北，西鄰貴都國際會議中心，北東兩側與民航大廈和五礦大廈相望，其主體為1棟29層的高層建筑，局部25層～28層，共設計兩層地下室，地下室層高5 m，采用框架剪力墻結構。設計室內地坪±0.00=5.05 m，地下室周長約200 m，坡頂地面標高按絕對標高約 4.5 m考慮，基坑開挖深度為 13.15 m、14.15 m。本基坑工程安全等級為一級。

2.1 環境條件

青島民航綜合樓周邊環境情況如圖1所示。擬建地下室外墻距西側貴都國際會議中心地下室外墻約10 m;北側距民航大廈廚房約 3 m，距民航大廈約14 m;東側距五礦大廈和數碼港地下室外墻約21 m。東側改造后暗渠寬6 m，深約4.5 m，毛石砌筑，暗渠走向與深圳路斜交，改造后暗渠邊距紅線1 m，距新建地下室外墻約2 m～3 m，南側隔深圳路與世紀大廈距離超過2倍基坑開挖深度。其中貴都國際會議中心為4層框架結構，地下2層;民航大廈為7層框架結構，地下2層;五礦大廈為29層框剪結構，數碼港為28層框剪結構，地下均為2層;場區地下管線較復雜，南側深圳路上布有煤氣管道、供水管道，西側距地下室外墻約4.5 m有一條使用中的煤氣管，北側民航大廈的下水管道距地下室外墻約2 m。

圖1 基坑總平面圖

2.2 工程地質及水文地質條件

擬建場區地形平坦，場區地貌形態類型單一，均為第四系全新統以來形成的濱海淺灘，表層經人工回填改造。場區第四系厚度約10.80 m～13.00 m，主要由第四系全新統人工填土、全新統海相沼澤化層及上更新統洪沖積層組成。地層編號采用《青島市區第四系層序劃分》標準地層層序編號，其中包括第①層:素填土，層厚約3.60 m～6.20 m，第④層:中砂，層厚約 1.70 m～4.00 m，第⑥層:淤泥質砂土，層厚約1.20 m～3.10 m，第[11]層:粉質粘土，層厚約 0.8 m ～3.10 m，第[12]層:粗礫砂，層厚1.50 m～2.10 m。場區內基巖以中粗粒花崗巖、煌斑巖巖脈及細粒花崗巖巖脈為主，其中煌斑巖呈帶狀穿插分布于中粗粒花崗巖體中。各主要巖土層與邊坡支護相關的主要物理力學指標特征值如表1所示。

地下水類型主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要賦存于第④層中砂及第⑥層淤泥質砂土中。場區內穩定水位絕對標高1.01 m～1.42 m，年變幅1.0 m左右。

主要巖土層物理力學特征值表 表1

3 基坑支護設計

3.1 方案選型

根據基坑周邊環境、地質狀況及開挖深度，經過比選后，確定了如下支護方案:①基坑支護主要采用鉆孔灌注樁與預應力錨桿組合的樁錨結構支護方式;②考慮西側貴都國際會議中心地下室開挖回填已對原狀地層擾動及上部錨桿長度受限，該部位采用雙排樁結合錨桿支護;③場區地下水豐富，水位較高，采用高壓旋噴樁止水帷幕止水，坡頂采用混凝土硬化并設置截水溝，防止大氣降水流入基坑或滲入坑側土體。

圖2 基坑支護平面布置圖

3.2 設計方案

考慮到基坑工程施工影響范圍內的周邊環境比較復雜、地質狀況和開挖深度也有所不同，基坑支護共劃分了6個支護單元。1單元位于基坑西側，鄰近貴都國際中心，基坑開挖深度13.15 m;2單元位于基坑北側，鄰近民航大廈廚房，基坑開挖深度13.15 m;3、4單元位于基坑東側，鄰近改造后的暗渠，其中3單元開挖深度為13.15 m;4單元開挖深度為14.15 m;5單元位于基坑東南側，基坑開挖深度14.15 m，其中在出土坡道處亦采用了雙排樁的支護模式;基坑西南側為6單元，基坑開挖深度為13.15 m。各單元的具體位置和范圍詳見支護平面圖:

(1)設計計算

本工程主要采用了以下方法進行設計計算:

①支護結構內力、變形計算采用增量法;

②鉆孔灌注樁的配筋計算采用沿圓形截面周邊均勻配筋沿長度方向根據計算彎矩分段配筋的方法(見建筑基坑支護技術規程附錄D);

③錨桿的設計主要進行了錨桿類型、材料的選擇、錨桿的截面面積、錨固段長度、自由段長度計算和錨桿的剛度計算;

④整體穩定性驗算采用瑞典條分法;

⑤進行了抗傾覆驗算;

⑥5單元雙排樁計算采用了樁間距為0.5倍雙排樁樁間距的單排樁來近似計算。

(2)各單元的主要技術參數:

①高壓旋噴樁中心間距1.2 m/1.0 m，設計樁徑不小于1 200 mm，樁端進入隔水層0.5 m以上，采用三重管工藝，水泥用量 600 kg/m，風壓 0.7 MPa，水壓38 MPa，漿壓 1.0 MPa，提升速度小于 10 cm/min，轉速8.0 r/min;

②鉆孔灌注樁直徑800 mm，間距1.2 m，5單元雙排樁樁間距2.4 m，排距1.4 m，嵌固深度不小于3 m，樁頂冠梁寬800 mm，高600 mm;

③考慮到該地層施工過程中容易造成涌砂冒水，土層預應力錨桿采用自鉆式錨桿、入巖的預應力錨桿采用鋼絞線，水平間距2.4 m，成孔直徑140 mm，設計中錨固體摩阻力取值考慮二次高壓注漿，施工中采用了二次高壓注漿工藝，二次注漿壓力 2.5 MPa～5.0 MPa。第1、3、5單元錨桿技術參數、標高如圖3～圖5所示。

圖3 1單元支護剖面圖

圖4 3單元支護剖面圖

圖5 5單元支護剖面圖

3.3 主要的施工工藝

(1)鉆孔泵送砼灌注樁的施工工藝流程(見圖6)

圖6 鉆孔泵送砼灌注樁的施工工藝流程圖

(2)高壓旋噴樁止水帷幕的施工工藝流程(見圖7)

圖7 高壓旋噴樁止水帷幕的施工工藝流程圖

(3)冠梁的施工工藝流程

場地整平→定位放線→地槽開挖→支設模板→鋼筋籠加工安裝→澆筑混凝土→養護→拆除模板→檢查驗收

(4)預應力錨桿的施工工藝流程

施工準備→放線→鉆機就位→校正孔位調整成孔傾角→鉆孔至設計孔深→注漿養護→現澆混凝土腰梁→上錨頭→預應力張拉鎖定

4 施工過程中遇到的主要技術問題及解決方案

4.1 SMW工法應用

鉆孔樁施工過程中，民航廚房周邊位置遇地下障礙物、污水管道和自來水管道，鉆孔灌注樁無法達到設計深度。經專家討論，該位置取消鉆孔灌注樁設置了雙排加鋼管旋噴樁SMW工法，在拐角位置設置角撐如圖8所示。該部位監測資料表明，該方案合理有效，保證了民航大廈廚房的正常運營。

圖8 民航廚房部位設計變更平面圖

4.2 自進式錨桿應用

錨桿施工過程中，局部地層遇2 m～3 m厚粗砂層，且水頭較高，錨桿成孔時容易產生涌砂冒水現象，導致地面塌陷。為解決此問題，砂層中施工采用特制的自進式錨桿和二次高壓注漿技術。采用自進式錨桿成孔后立即封孔，同時在水泥漿終凝前進行了二次高壓注漿。實踐證明經過上述措施后，大大提高了施工速度，砂層中錨桿施工涌砂量減少，錨桿抗拔力有了較大提高。

5 監測項目及成果分析

5.1 監測項目

主要包括深層水平位移監測、坡頂水平位移監測、沉降監測和地下水位監測，監測點的布置情況如圖9所示。

圖9 監測平面布置圖

(1)深層位移監測是本基坑監測項目中最重要的測試內容之一，能直接反映基坑支護結構的穩定性和設計的準確性和合理性。其警戒值設為累計位移達到±35 mm或連續三天變化速率超過±3 mm/d。共埋設了測斜管5根。基坑開挖前，每0.5 m作為一個采樣點，采集導管各點的初始數據，其后監測頻率一般為1次/2d，雨后加測1次。

(2)坡頂水平位移監測采用視準線法，使測量基準樁、遠端基準參考點和同側各測點處于同一直線上，通過觀測各測點偏離該直線的位移，用鋼尺量測，即為各測點坡頂水平位移。基坑周邊共布設了水平位移觀測點10個。其報警值設為累計位移達到 ±35.0 mm或連續三天位移變化速率超過±3 mm/d。

(3)沉降監測采用相對高程系，利用建立的水準測量監測網采用水準儀引測。對于坡頂沉降，當累計沉降達到±35.0 mm或連續三天沉降變化速率超過±3 mm/d時，達到警戒值;對于民航廚房，當累計沉降達到 ±10.0 mm或連續三天沉降變化速率超過±2 mm/d時，達到警戒值。

(4)地下水位監測共布設了5根地下水位監測管，管口高程用水準儀測量，高差用鋼尺水位計測量，管底部預留進水孔并用濾網布裹住，孔四周的空隙內回填粗砂，管頂用蓋子封好。

5.2 監測成果分析

坡頂各水平位移觀測點的最大水平位移量，如表2所示。

各水平位移監測點最終位移表 表2

深層位移監測點中的最大累計位移量為16.87 mm，沉降觀測點中最大累計沉降量為5.56 mm。現以坡頂水平位移和深層水平位移的監測數據來分析本基坑側壁位移與開挖深度、開挖工況之間的關系。圖10給出了基坑周邊坡頂各水平位移監測點隨時間的變化規律，其變化趨勢與施工現場的工況有直接的關系，如由SP7、SP8監測點的歷時曲線可以看出，12月中旬位移量變化較大，其主要原因是基坑南側土方開挖相對比其他各邊較晚，且南側中段當時有運輸坡道支撐，12月中旬前后坡道移至東南角，對位移變化有較大影響;SP4點11月下旬的位移量和位移速率較大主要是由于當時土方開挖作業時挖掘機陷入淤泥質土中，對基坑東側中段側壁擾動所致。

圖10 水平位移觀測點坡頂水平位移歷時曲線

圖11給出了基坑東側側壁中點位置處深層位移隨時間的變化規律，在此需要指出該處受空間效應影響最小，可以認為是簡單的平面應力狀態。隨著開挖及支護過程的進行，支護結構后土體總體呈現向基坑內的深層位移趨勢。開挖初始階段，坡頂的位移隨著開挖的進展不斷增大，錨桿預應力的施加在深層位移曲線上表現為同深度向基坑外側的異常波動，開挖到一定深度后，支護結構頂部由于冠梁的約束作用明顯限制了位移的發展，坡頂位移甚至由1月26日的最大值19.5 mm逐步減小到7月10日的16.87 mm。

圖11 CX3深層位移曲線

6 小結

通過對民航綜合樓基坑工程設計和施工技術研究結合監測數據分析，我們可以得出如下結論:①支護設計方案中采用了鉆孔灌注樁、預應力錨桿、雙排樁、SMW工法和角撐等多種支護型式因地制宜，針對性強，取得了良好的支護效果。②在基坑施工過程中實施了全過程監測。從監測結果來看，基坑支護結構安全穩定，基坑周圍地面沉降值很小，基坑開挖對西側貴都國際會議中心、北側民航大廈廚房等建筑物及周邊道路上的復雜的管網影響不大，達到了基坑支護的預期目的。③根據現場監測數據分析總結了基坑側壁位移與開挖深度、開挖工況之間的變化規律，為類似工程場地的進一步優化設計奠定了基礎。

［1］JGJ120－2002.建筑基坑支護技術規程［S］.

［2］GB50021－2001.巖土工程勘察規范［S］.

［3］GB50497－2009.建筑基坑工程監測支護技術規范［S］.