樁錨支護體系在成都地區深基坑支護中的應用

聶浩帆 石 岳 陳竹淼

(四川省川建勘察設計院，四川 成都 610017)

1 概述

近幾年來，成都地區城市高層建筑越來越多，深度越來越大，如2004年開工建設的位于春熙路南段的群光大陸廣場達-23.8m，深基坑開挖與支護過程中遇到的周邊環境（既有建筑物、道路橋梁、地下管線、地鐵隧道或人防工程等）也越來越復雜，基坑支護的難度也隨之越來越大，支護費用越來越高。排樁是成都地區采用最多的一種支護形式，單純采用排樁支護已經難以滿足深基坑支護的變形和穩定性要求，將排樁與預應力錨索結合，形成樁錨支護體系，具有剛度大，位移小，施工簡便，施工方法的可選性大，無噪音等優點，很適合在周圍建筑群密集的深開挖工程中使用，尤其適用于復雜施工場地及對變形控制嚴格的深基坑工程。

本文結合群光大陸廣場基坑支護工程的設計，對樁錨支護體系進行了計算分析，向讀者展示了樁錨支護體系在深基坑支護中的應用。并結合工程實際經驗，提出樁錨支護體系設計中應注意的要點及未來需要進一步研究解決的問題。

2 工程實例

2.1 工程概述

群光大陸實業（成都）有限公司擬建群光大陸廣場，位于成都市春熙路南段與城守東大街交匯處。該工程主樓地上33層，裙樓12層，地下5層，建筑高度140m,建筑面積約18萬m2,框架剪力墻結構，基坑開挖深度±0.00下-23.8m。

2.2 工程地質與水文地質條件

根據場地地勘報告，場地地層情況如下：

人工填土：雜填土，一般厚度3.6m左右；下部為素填土，分布不連續，透鏡體分布，厚0.5m。

粉質粘性土：可塑，平均厚度0.8m。

粉土：稍密、稍濕，平均厚度0.4m。

中砂：松散，稍濕，厚度較小，平均厚度0.30m。

卵石層：分為稍蜜、中密、密實三個亞層，其頂板埋深為5.0～6.0m,標高為493.85～495.46m。

泥巖：強風化～中等風化，頂面埋深16.4～18.20，標高 484.13～482.05m，強風化厚度約0.6m，下部為中等風化泥巖。

場地地下水位埋深約為5.2～6.0m，砂卵石層為含水層，下部泥巖為相對隔水層。地下水位年變化幅度1.50～2.00m。卵石層滲透系數:k=20.0m/d。

2.3 該基坑工程的特點

該建筑物地處成都市中心商業區，為成都市招商引資重點工程項目，通過對周邊環境的調查，該基坑工程具有如下特點，在進行降水 、深基坑支護與土石方開挖方案設計時必須采取相應的技術措施。

（1）該基坑工程開挖深度極深，達到23.30米，為當時成都地區最深基坑，成都地區已建基坑最大深度為17.0米左右，尚無大于20.0米的深基坑支護成功經驗，無工程類比實例。

（2）該基坑開挖面積大，開挖底面積達到9752平方米，最大邊長達到120.0米以上，支護結構內力與變形的空間效應明顯。

（3）場地狹窄，基坑1.0H（H為基坑深度）范圍內均有永久性建筑物和市政干道，分布有多條多種地下管線，對變形要求嚴格，對變形量的控制必須滿足其最大要求。

（4）基巖埋深較淺，其基巖埋深平均深度為17.4米，降水臨界深度為基巖面以上1.50～2.0米，降水難度大，同時基巖內部分布裂隙水較豐富。

（5）土方開挖深度與面積均較大，開挖方案必須分區與分層進行，充分考慮主、被動土壓力平衡作用，避免不同區域主動土壓力過大或過小，并與支護施工緊密結合，形成一個有機體系。

（6）變形控制的不確定性，變形控制是支護結構設計與施工的關鍵，影響因素眾多。

2.4 周邊環境條件

基坑北側距市工會宿舍建筑距離12.00米。基坑西側距緊臨春熙路南段距春南商場22.0米，基坑南側緊臨城守東大街，基坑東側緊臨城守街，距4～6層建筑物最近距離為13.0米。

（1）東大街：城市干道，道路寬40.0m,路中線距建筑紅線20.0m,地下室邊線距建筑紅線4.3m。地下分布管網情況如下：

①電力線溝：自地面到地下1.2m,寬1.5m,北側溝邊線與建筑紅線重合。

②自來水管：距建筑紅線2.5m,管頂埋深1.5m,管徑φ600。

③天然氣管：距建筑紅線4.0m,管頂埋深 1.25m,管徑 φ350。

④雨水管：距建筑紅線11.0m,管頂埋深 2.0～3.5m,管徑 φ600～900。

⑤道路污水管：距建筑紅線13.0m,管頂埋深 3.5～5.0m,管徑 φ600～700。

⑥通信線管溝：距建筑紅線15.0m,管頂埋深1.20m,高約0.3m。

（2）春熙路步行街：路寬20.0m,路中線距建筑紅線10.0m,地下室邊線距建筑紅線3.3m。地下分布管網情況如下：

①電力線溝：道路東西兩側均分布一電力線溝，溝深自地面到地下1.15m,寬0.4m,東側溝邊線距建筑紅線0.4m,西側溝邊線距建筑紅線18.4m。

②自來水管：距建筑紅線17.5m,管頂埋深1.5m,管徑φ300。

③天然氣管：道路東西兩側均分布一天然氣管，管頂埋深1.25m,管徑φ300，東側管線距建筑紅線4.0m,西側溝邊線距建筑紅線16.5m,。

④雨水管：距建筑紅線13.0m,管頂埋深 2.0～2.34m,管徑 φ600。

⑤道路污水管：距建筑紅線7.0m,管頂埋深 2.5～2.7m,管徑 φ400。

⑥通信線管溝：距建筑紅線2.5m,管頂埋深1.40m,高約0.3m。

（3）聯升巷：為一規劃道路，寬12.0m,北與城守街71號和陽光酒店相臨，其中城守街71號為一5層建筑，距建筑紅線6.4m,基礎形式不詳；陽光酒店3～4層裙房距建筑紅線12.0m，設一層地下室，基礎形式及基礎埋深約6.0m。

（4）城守街：為一規劃道路，寬12.0m,與四川省圖書館屬建筑物（5層，屬拆除范圍）相臨，現有一臨時道路，位于擬建場地內，設有臨時排水管，其它管網未設。

2.5 支護設計參數

（1）基坑開挖深度±0.00下 23.8m，地下水位坑外16.0m，坑內25.0m。

（2）巖土物理力學參數根據場地巖土工程勘察報告，結合成都地區基坑支護設計、施工的經驗進行取值。

（3）設計計算時采用理正深基坑支護軟件及中國建筑科學設計研究院PKPM軟件計算后綜合取值。

（4）基坑四周均布荷載q=15KN/m2（離坑邊大于1.50米），基坑安全等級為一級，側壁重要系數γ0=1.10。

（5）變形控制：水平位移30mm。

2.6 支護設計方案

根據巖土工程勘察報告，場地基巖面上覆第四系地層在基坑開挖中為易失穩地層，特別是卵石層上覆人工填土層、砂土層最易失穩，邊坡開挖時產生的主動土壓力很大，而基巖面下由于地層整體性好，抗剪強度高，邊坡開挖時產生的主動土壓力很小。通過穩定計算及多種加固方案比較，確定采用多層支點樁錨支護體系，即采用排樁（人工挖孔樁）+三排預應力錨索支護，并用槽鋼將預應力錨索、排樁連成整體的樁錨支護結構體系。

（1）降水：采用管井降水措施，將地下水位降至基巖面上1.5～2.0m左右，井徑0.28m,井深30.0m，共28口。基巖面以下采用明排水措施。

（2）排樁：采用人工挖孔樁，樁長28.0m，其中錨固段 5.5m，外徑1.5m,內徑1.2m，間距3.0m，冠梁1.2m×0.8m。人工挖孔樁護圈砼設計強度為C20,采用現場機械拌制，樁芯及冠梁砼設計強度為C30，采用商品砼。

（3）預應力錨索：基坑開挖至地面下4.50m時，在兩樁之間4.0m深度設置第一排預應力錨索，長20.0m,錨孔傾角20°（可避開管網及相臨建筑基礎）；開挖至地面下9.5m時，在兩樁之間9.0m深度設置第二排預應力錨索，長18.0m,錨孔傾角15°，開挖至地面下14.5m時，在兩樁之間14.0m深度設置第三排預應力錨索，長18.0m，錨孔傾角 15°，孔徑 Φ130，采用 36a號槽鋼將預應力錨索連接成整體。

（4）基坑開挖按2.0～2.5m高度分層開挖，樁間土采用φ6@200×200鋼筋網,并用φ14加強鋼筋與φ48鋼管土釘連接,噴射C15砼進行支護。基坑開挖至基底后，應在坑底四周設計排水溝、集水坑，并與降水井管連通。當開挖至地下水位至基巖頂面一段時，可采用樁間設置φ50塑料管將地下水排至基坑底部排水溝；當樁間基巖中出現少量地下滴水時，采用設置滲水土工布后用薄膜覆蓋，再掛網噴射砼,滴水滲至基坑底面時，采用埋設暗管將地下水排至排水溝。

2.7 結果

該深基坑支護工程除在施工過程中，遵循"動態設計、信息化施工"原則，根據變形觀測結果和土層開挖情況，對局部地段進行了設計變更。經對已建物及基坑的變形觀測，均達到了理想效果，支護結構和基坑四周土體變形得到有效控制，四周建筑物和管線均完好無損，得到了很好的保護，成功的解決了變形控制設計的難題。該深基坑工程樁錨支護體系的成功運用不僅保證了基坑本身的穩定和周邊建筑物、管線的安全，使工程順利展開，取得了良好的社會效益和經濟效益，更是開創了樁錨支護體系在成都地區大于20m深基坑支護工程運用的先例，為成都地區基坑支護工程積累了寶貴的經驗，為后來的航天科技大廈、山水.琨玉商住樓、成都國際商城等一系列深基坑支護工程等提供了可供借鑒的工程范例。

3 幾點體會

盡管樁錨支護體系在深基坑支護工程中得到了廣泛應用，也發揮了良好的社會效益和經濟效益，但樁錨支護體系的設計理論及施工方法仍需要完善。

（1）錨固段應力分布：通常都是按照平均分配來進行設計的，而經過大量實驗研究，實際上的應力分布是不均勻的，大致按照高斯曲線分布。

（2）預應力損失：造成預應力損失的因素眾多，目前從大量的工程實驗和研究中發現主要因素包括錨索的張拉鎖定損失、錨索材料松弛造成的損失、注漿混凝土徐變造成的損失、巖土體變形造成的損失。

（3）群錨效應：預應力錨索設計時不僅要按照相關規范避免產生群錨效應，在基坑陽角位置，更要考慮錨索交叉造成的群錨效應。

（4）膨脹土地區的適宜性：由于膨脹土地區預應力損失嚴重，預應力錨索極易產生松弛現象，以及膨脹土裂隙發育情況各場地差異較大，預應力錨索正式施工前應至少抽取3根進行抗拔力基本試驗，驗證設計抗拔力等相關參數，以便及時作出必要的調整。

（5）設計方法：現目前大多采用二維分析，選擇典型斷面設計，但對于巖土設計更應三維分析，巖土數值分析方法，如有限元法，離散單元法等。

（6）動態設計，信息化施工：在現階段，理論設計還不完善的情況下，最行之有效的方法實施跟蹤監測，并將信息及時反饋。掌握支護結構和基坑內外土體移動，隨時調整施工參數，優化設計，或采取相應措施，以確保施工安全，順利進行。施工監測的作用還在于檢驗設計的正確性，并有利于積累資料，為今后改進設計理論和施工技術提供依據。同時，應選擇專業的巖土工程施工隊伍，選擇同時具有工程勘察綜合類甲級和地基基礎施工壹級的單位進行施工，由注冊巖土工程師擔任項目經理，這些單位和個人既懂設計有懂施工，能夠及時處理施工中出現的問題，否則，再好的設計也難以得到有效實施，最后支護工程還是會失敗。

（7）周邊環境條件：在深基坑支護設計中，作為基坑支護設計人員要對基坑支護的周邊環境進行高度重視和詳細分析，采用合理的支護體系，嚴格控制支護結構和周邊環境的變形，既能保護臨近建筑物和管線的安全，又可節約基坑支護的工程造價。

[1]蔣忠信.拉力型錨索錨固段剪應力分布的高斯曲線模式 [J].巖土工程學報，2001，23（6）.

[2]韓光，朱訓國等.錨索預應力損失的影響因素分析及其補償措施[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版)，2008，27（2）.

[3]徐勇，楊挺等.樁錨支護體系在大型深基坑工程中的應用[J].地下空間與工程學報，2006（4）.

[4]JGJ120-99，建筑基坑支護技術規程[S].

[5]GBS0007-2002，建筑地基基礎設計規范[S].