山西清華科技園深基坑樁錨支護工程應(yīng)用

徐 飚

(山西建筑工程(集團)總公司地基與基礎(chǔ)分公司，山西太原 030002)

深基坑采取樁錨支護應(yīng)用廣泛，預(yù)應(yīng)力錨索是樁錨支護體系中的重要結(jié)構(gòu)，因此預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計、施工是工程成敗的重要環(huán)節(jié)，本文通過13．0 m深基坑支護的工程實例，對錨索的設(shè)計與施工進行闡述。

1 工程概況

山西清華科技園工程場地位于太原市南中環(huán)街與濱河?xùn)|路東北角，工程由4棟高層建筑及地下車庫組成，基坑呈L形，南北長230 m，東西寬220 m，基坑周邊總長度920 m。

本工程 ±0．000絕對標高為782．9 m，基礎(chǔ)底標高 －14．7 m。場地呈南低北高，場地絕對標高介于779．57 m～783．11 m之間。其中場地東側(cè)、南側(cè)、西側(cè)自然地面標高－1．7 m，基坑開挖深度13．0 m;場地北側(cè)自然地面標高+0．3 m左右，基坑開挖深度達15．0 m。基坑支護結(jié)構(gòu)安全等級為一級，要求支護結(jié)構(gòu)樁頂變形不大于30 mm。

2 工程環(huán)境

基坑?xùn)|側(cè)、東北側(cè)距離新建城市道路3．0 m，道路下電纜、煤氣管網(wǎng)緊鄰支護結(jié)構(gòu)，對支護結(jié)構(gòu)的變形要求高?；游鞅眰?cè)地勢較高(基坑開挖深度15．0 m)，距離在建建筑物18．0 m。基坑南側(cè)距離南中環(huán)街30 m，距離圍墻20 m。基坑西側(cè)距離濱河?xùn)|路50 m，場地開闊(見圖1)。

圖1 基坑支護總平面圖

3 工程地質(zhì)

根據(jù)《巖土工程勘察報告》反映擬建場地所處地貌單元為汾河?xùn)|岸Ⅰ階地，場地地層情況如下:

第①層人工填土:可分為2個亞層。第①1層雜填土:結(jié)構(gòu)松散，均勻性差。平均厚度3．6 m。第①2層素填土:以粉土及粉質(zhì)粘土為主。平均厚度3．2 m。第②層粉土:標準貫入試驗實測擊數(shù)3．0擊～10．0擊，平均6．5擊。平均厚度6．45 m。第③層粉細砂:標準貫入試驗實測擊數(shù)9．0擊～15．0擊，平均12．1擊。平均厚度2．09 m。第④層粉土:標準貫入試驗實測擊數(shù)10．0擊 ～20．0擊，平均13．7擊。平均厚度6．6 m。第⑤層細砂:標準貫入試驗實測擊數(shù)17．0擊～39．0擊，平均26．3擊。平均厚度24．05 m。

場地首層地下水類型為孔隙潛水，主要由大氣降水補給。主要含水層為第③層粉細砂、第⑤層細砂、第⑦層細砂、第⑨層細中砂，以第②層粉土、第④層粉土、第⑥層粉質(zhì)粘土及第⑧層粉質(zhì)粘土為相對隔水層，實測穩(wěn)定水位埋深6．7 m～10．6 m之間。

4 基坑支護設(shè)計

基坑支護設(shè)計方案根據(jù)現(xiàn)場周邊環(huán)境情況，采取混凝土灌注樁樁錨支護體系為主。

4．1 灌注樁

灌注樁樁頂連梁標高均為－6．2 m，東側(cè)、南側(cè)、西側(cè)灌注樁樁徑800 mm，樁長為17．5 m，東北側(cè)灌注樁樁徑900 mm，樁長為20．5 m，混凝土強度等級均為C30。

土方開挖后，樁間采取掛網(wǎng)噴射混凝土護面措施，網(wǎng)片采用Φ3@100 mm預(yù)制網(wǎng)片，噴射混凝土面層厚度80 mm，混凝土強度等級C20。

南側(cè)、西側(cè)支護措施:卸載深度4．5 m，平臺寬度3．4 m，邊坡坡率1∶0．7，灌注樁樁徑800 mm，樁間距 1．4 m，預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計2排(見圖2)。

圖2 南側(cè)、西側(cè)支護剖面圖

東側(cè)、東北側(cè)支護措施:無卸載區(qū)域，三軸攪拌樁緊貼灌注樁施工至－1．7 m。設(shè)計灌注樁樁徑800 mm，樁間距1．3 m，預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計2排(見圖3)。

西北角支護措施:基坑開挖深度15．0 m，卸載深度6．5 m，平臺寬度2．5 m，放坡坡率1∶0．3，采取土釘支護護坡措施。灌注樁樁徑900 mm，樁間距1．2 m，預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計為3排。

圖3 東側(cè)、東北側(cè)支護剖面圖

4．2 預(yù)應(yīng)力錨索

基坑?xùn)|側(cè)、南側(cè)、西側(cè)預(yù)應(yīng)力錨索標高分別為－8．2m，－11．7 m，錨索長度分別為24．0 m，29．0 m，自由段長度分別為8 m，5 m，錨固段長度分別為16．0 m，24．0 m，錨索分別選用3束和4束7φ5低松弛1860級預(yù)應(yīng)力鋼絞線;預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)計值分別為480 kN，750 kN，預(yù)應(yīng)力張拉鎖定值分別為280 kN和440 kN。

基坑西北側(cè)預(yù)應(yīng)力錨索標高分別為－6．9m，－8．9m，－11．4 m，預(yù)應(yīng)力錨索長度均為19．5 m，自由段長度分別為9．5 m，7．5 m，6．0 m，錨固段長度分別為10．0 m，12．0 m，13．5 m，預(yù)應(yīng)力錨索抗拉設(shè)計值分別為360 kN，410 kN，450 kN。錨索均選用3束7φ5低松弛1860級預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計成孔直徑均為150 mm，水平夾角為15°，成孔要求采取套管跟進、管內(nèi)鉆進工藝，水泥采用P．O42．5普通硅酸鹽水泥，水灰比0．45，采取二次劈裂注漿工藝，水泥用量不少于80 kg/m。鋼腰梁采用雙肢25b槽鋼。

4．3 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計及計算

本工程結(jié)構(gòu)計算采用理正深基坑支護計算軟件。計算13 m基坑第一層，第二層預(yù)應(yīng)力錨索水平反力分別為:F1=338．0 kN，F(xiàn)2=525．4 kN。

軸向拉力值計算:NiK=FiS/bacosα，其中，S，ba分別為錨索水平間距、結(jié)構(gòu)計算寬度，本工程S，ba均為1．4 m，α=15°。得N1K=350 kN，N2K=543．9 kN。

錨桿極限抗拔承載力標準值計算:Ri=πd∑qsikLi，其中，d=0．15 m;qsik綜合取定為90 kPa(要求采取二次劈裂注漿工藝);錨索錨固段長度 L1=16．0 m，L2=24．0 m。得 R1=678．3 kN，R2=1 017．3 kN。

錨索抗拔安全系數(shù)計算:Ki=Ri/Ni，得 K1=1．93，K2=1．87。計算錨索抗拔安全系數(shù)均大于規(guī)范中一級基坑錨索抗拔安全系數(shù)不小于1．8的要求。

錨索軸向拉力設(shè)計值計算:N=γ0γFNk，其中，γ0為結(jié)構(gòu)安全性系數(shù)，取1．1，γF為作用基本組合的綜合分項系數(shù)，取1．25。得N1=481．3 kN，N2=747．9 kN。

第一層3束7×φ5 mm 1860級預(yù)應(yīng)力鋼絞線(鋼絞線抗拉強度設(shè)計值fpy=1 320 N/mm2)，抗拉驗算:fpyAp=3×7×15．2 mm2×1 320 N/mm2=543．3 kN。fpyAp＞N1=481．3 kN。

第二層4束7×φ5 mm 1860級預(yù)應(yīng)力鋼絞線抗拉驗算:fpyAp=4 ×7 ×19．6 mm2×1 320 N/mm2=724．4 kN，與 N2=747．9 kN 相差3．1%＜5%，按4束7×φ5 mm 1860級預(yù)應(yīng)力鋼絞線設(shè)計。

預(yù)應(yīng)力錨索張拉鎖定值按錨索軸向拉力標準值的0．8倍取定，分別為280 kN，440 kN。

4．4 預(yù)應(yīng)力錨索施工要求

1)錨索成孔必須采取套管跟進、管內(nèi)成孔工藝。下放預(yù)應(yīng)力錨索，進行完一次注漿后方可拔出套管。錨索成孔采取“隔一打一”的跳打施工方法。

2)預(yù)應(yīng)力錨索下料長度應(yīng)大于設(shè)計孔深1．5 m，每2 m設(shè)一道定位支架，要求錨索在注漿固結(jié)體中的保護層厚度不小于10 mm，2根注漿管隨錨索下放至孔底，二次注漿管自由段采用鋼管。鋼絞線的自由段要求滿涂黃油，并用塑料套管包裹隔離。

3)腰梁采用25b雙槽鋼組合腰梁，腰梁間用綴板焊接，錨索位置、腰梁與灌注樁接觸位置在槽鋼翼緣端口設(shè)置加勁肋板。要求組合腰梁與灌注樁連接處采用楔形鋼墊板連接。

4)二次劈裂注漿宜在固結(jié)體強度達到5 MPa后進行，出漿口沿錨固段全長設(shè)置。

5)預(yù)應(yīng)力錨索張拉鎖定要求:a．當(dāng)注漿水泥固結(jié)體強度達到設(shè)計強度的75%且不小于15 MPa后，方可進行張拉鎖定。b．錨索張拉前應(yīng)進行錨索張拉試驗，檢測數(shù)量不少于總數(shù)量的5%，同一土層中的錨索檢測數(shù)量不少于3根。c．張拉鎖定時應(yīng)先不放置鎖具夾片預(yù)張拉至1．4倍張拉鎖定值，松弛后再加夾片張拉至鎖定荷載鎖定。d．張拉分四級進行，張拉應(yīng)平緩加載，加載速率不宜大于0．1，每級張拉靜置時間不小于3 min。e．鎖定時應(yīng)考慮鎖定過程的預(yù)應(yīng)力損失量，鎖定時錨索拉力取鎖定值的1．1倍～1．15倍。f．施工過程按錨索數(shù)量的3%設(shè)置錨索測力計對錨索應(yīng)力進行監(jiān)測，錨索鎖定后若發(fā)現(xiàn)有明顯的預(yù)應(yīng)力損失，應(yīng)及時進行補償張拉。

5 地下水控制

本工程地下水控制采取支護周邊設(shè)三軸水泥攪拌止水帷幕樁、基坑內(nèi)設(shè)管井降水、基坑外設(shè)回灌井措施。

5．1 止水帷幕

止水帷幕采取三軸水泥攪拌樁，東側(cè)、東北側(cè)三軸水泥攪拌樁樁頂標高為－3．2 m，樁長20．5 m;南側(cè)、西側(cè)、西北側(cè)三軸水泥攪拌樁樁頂標高為 －6．2 m，樁長17．5 m。

三軸水泥攪拌樁樁徑850mm，幅寬1 200mm，水泥采用42．5MPa普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為360 kg/m3，施工水灰比1．2～1．5，要求墻體無側(cè)限抗壓強度不小于1．5 MPa。

5．2 降水及回灌井

降水采用坑內(nèi)管井降水，降水井共計布置90眼，井距16．8 m～18．0 m，其中18 m 井58眼，23 m井32眼，井口標高為 －6．2 m。井位布置要避開基礎(chǔ)梁、柱位置，成井直徑800mm，井管采用400mm無砂管。井管外裹雙層60目濾網(wǎng)，濾料采用級配砂石，其中中粗砂70%，1 mm～5 mm礫石30%。

回灌井:沿基坑四周共設(shè)30眼回灌井，井深18 m。

要求控制基坑降水后坑內(nèi)穩(wěn)定水位標高低于基底標高0．5 m，不得超降，并控制坑外回灌水位標高不得高于原地下水位標高。

6 施工過程發(fā)生的異常情況及措施

本工程基坑于2012年5月～10月進行土方開挖、預(yù)應(yīng)力錨索施工，累計施工預(yù)應(yīng)力錨索1 610根，施工總延長米38 000 m，基坑監(jiān)測由第三方進行，施工過程按照信息化施工、動態(tài)設(shè)計原則，工程整體施工質(zhì)量滿足設(shè)計及地下工程施工要求。期間發(fā)生的個別異常情況分析及處理措施如下:

1)基坑?xùn)|側(cè)地下管道較多，東北角場地地勢較低，降雨期多次在東北角形成積水，并造成基坑支護結(jié)構(gòu)變形過大，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，設(shè)計采取增加一排(兩樁一錨)預(yù)應(yīng)力錨索措施，有效地控制了基坑變形。

2)南側(cè)場地第一層預(yù)應(yīng)力錨索成孔、注漿過程，發(fā)生輕微沉降變形，主要原因為場地地層為雜填土，土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，二次注漿量過大、注漿后引起地面沉降。采取措施:成孔、注漿采取隔孔施工，嚴格按照設(shè)計要求控制注漿量施工。

3)東北側(cè)第二層預(yù)應(yīng)力錨索場地地層為細砂層，個別錨索成孔過程發(fā)生孔內(nèi)涌砂現(xiàn)象，引起局部地面沉降。采取措施:嚴格采取套管跟進、管內(nèi)成孔工藝，成孔后及時下放預(yù)應(yīng)力錨索，并及時注漿。

4)對監(jiān)測過程發(fā)現(xiàn)的預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力損失情況，第一次張拉鎖定3 d～5 d，進行二次補張。

7 結(jié)語

本工程設(shè)計將樁頂標高設(shè)置于地面以下4．5 m～6．5 m，并且采取了放坡、土釘防護措施，提高了結(jié)構(gòu)安全度，有效的減少了工程造價。

施工過程嚴格按信息化施工、動態(tài)設(shè)計原則，對工程施工過程發(fā)現(xiàn)的問題及時、有效地采取相應(yīng)措施，確保了整個工程結(jié)構(gòu)安全，取得了較好的經(jīng)濟效益。

［1］GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］．

［2］JGJ 120-99，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程［S］．

［3］GB 50086-2001，錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范［S］．