樁錨支護結構在深基坑支護中的應用

【摘 要】：文章介紹了樁錨支護結構在深基坑支護中的成功應用，對施工結果進行了深入分析，從文中可以看出深基坑工程的支護結構形式決定了基坑工程的安全性和經濟性。本文對類似深基坑開挖支護設計與施工具有一定的借鑒作用。

【關鍵詞】：深基坑、樁錨支護、抗拔試驗、變形觀測

1.前言

隨著高層建筑的發展，充分利用地下空間，深基坑工程支護結構形式的選用受到基坑開挖面積、場地的巖土工程性質、水文地質條件、周邊環境條件等諸多因素的影響。因此，深基坑支護結構的類型具有多樣性和復雜性。樁錨支護結構是基于排樁支護結構基礎上的一種改良方法，是通過剛性支撐和柔性支擋兩種不同支護結構形式的組合，通過設置單層或多層預應力錨索使排樁坑底嵌固深度顯著降低，沿豎向排樁應力分布趨于均勻，并有效減小主動側壓力產生的水平側移，以保證基坑的安全性[1]。為此，本文結合工程實例對樁錨支護結構在深基坑設計與施工中的應用進行了探討。

2.工程概況及地質條件

2.1工程概況

該工程位于合肥市繁華大道與松谷路交口西南角，地上33層，高120m，框剪結構，設3層地下室，基礎類型為大直徑人工挖孔樁，基坑長約135米，寬約90米，基坑開挖深約14米。

該建筑場地周邊環境條件較復雜，場地北側、東側緊臨城市主干道，人行道下有電纜、供水、污水、通信等重要市政管線，這些設施距基坑6-10米不等，場地西側和南側為主題公園，距用地紅線僅3m。因此本工程必須進行垂直支護，且應嚴格控制支護后基坑邊坡的水平位移。

2.2地質條件

擬建場地地勢平坦，地質條件簡單，地下水主要為雜填土中的上層滯水，地質情況及支護設計計算參數見表1。

3.1基坑的特點

綜合分析本工程周圍場地地理位置、土質條件，基坑開挖深度及周邊環境條件等多種因素。本基坑具有以下幾個特點：

（1）開挖深度比較深，大面積開挖深度達14m，屬一級基坑。

（2）場地受用地紅線及施工通道的影響，整個基坑全部采用樁錨支護結構垂直支護。

（3）雖然地基土質以粘性土為主，土層滲透系數不大，但基坑周邊有雨、污水管，需特別注意管線滲漏對土質造成的影響，特別是上層雜填土的影響。

（4）基坑開挖深度內是具有膨脹性的膨脹土層，土方開挖后支護的及時性對基坑的成敗有很大影響。

3.2設計方案

由于擬建場地狹小，周邊建（構）筑物在基坑施工中不允許發生較大變形的沉降。經多種方案比較，從安全與經濟角度考慮，采用大直徑灌注樁與錨索聯合支護結構型式，通過樁與錨形成復合體，提高基坑的整體穩定性，充分利用了灌注樁剛度好的特點，保證下層土體的整體穩定性，典型的支護剖面如圖1所示。

樁錨支護結構是一端與圍護結構（樁）連接，另一端錨固在土體中，將圍護結構承受的側向荷載通過錨索的拉結作用傳遞到周圍穩定的地層中去。它具有開挖工作面開闊、工期較短、工程結束后不必拆除等優點。本基坑采用大直徑人工挖孔樁+預應力錨索進行支護，樁徑0.9mm，樁長20.0m，嵌固深度6.0m，樁間距2.0m，內置22B22螺紋鋼，錨入冠梁不少于0.5m，樁身和冠梁砼強度等級均為C30。共設三層預應力錨索，錨索孔徑150mm，錨索長度22m、22m、20m，錨索間距同樁間距，傾角15°。

4.位移監測結果

本工程圍護體施工、基坑開挖和地下結構施工期間實施動態管理，嚴密進行監測，監測內容主要為支護結構的水平位移，共20監測點，表2列出了最具代表性的3個監測點的水平位移結果，測量數據表明，在基坑開挖和使用期內，最大水平位移為28mm，基本與計算值相符，符合規范對基坑變形控制的設計要求，對基坑周邊建筑物、管線未造成不良影響。通過計算結果與實測位移的對比，說明了樁錨支護結構的可行性。

表2 基坑變形觀測結果

從圖2 可以看出，變形計算值在基坑開挖前期較小，在開挖后期變形速率明顯增大，而變形實測值的變形速率比較穩定。這和上層土質有較大的關系，土方開挖后，上層較差土質的原狀性質很容易被各種因素所破壞，土的力學性能變差，導致開挖前期，實測的變形值大于計算的變形值；而由于前期的變形，支護結構更快的開始發揮作用，導致開挖后期實測的變形速率要比計算變形速率要小。但總體來說，在基坑開挖到設計底標高時，變形實測值一般都要小于變形計算值。

5.錨索抗拔結果分析

對錨索的抗拔試驗結果分兩個方面分析，一是在各級荷載作用下，錨頭的位移量相對穩定；二是錨頭的彈性變形不應小于自由段變形計算值的80%，且不應大于自由段長與1/2錨固段長度之和的彈性變形計算值。錨頭的理論彈性變形量由下式計算：

式中： ：理論伸長值（mm）；

N：張拉荷載（N）

L：錨索自由段和張拉工作段長度（mm）

A：錨索面積（mm2）

E：錨索實測彈性模量，取1.95×105Mpa

按照《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）的有關規定，現場抽取了8根錨索進行了抗拔試驗，試驗采用分級加荷載法，并按錨索軸向最大受拉承載力設計值的10%、20%、40%、60%、80%、100%逐級加荷，試驗結果見表2。根據表2的結果，本工程所抽查的8根錨索的實測位移量均在允許范圍內，錨索抗拉力均達到設計要求，受檢錨索受拉尚未進入極限狀態。

從表2、表3可以看出，錨固段長度相同而自由段長度不同的錨索在同樣的試驗條件下，錨索總長度長的最大外拔量較大，而回彈率較小，這說明錨索的自由段的長度應比理論計算結果稍短更加符合實際的受力情況，這樣所施加的預應力可以適當提高，可以更好的控制基坑的變形。

表3 各級荷載作用下錨索的抗拔結果

從圖3可以看出，在錨固段長度一定情況下，自由段長度大的荷載–位移曲線斜率更陡，錨索更容易進入到極限狀態，產生相同位移時所需的荷載更小。所以，合理的錨索自由段長度應取理論計算值和滿足錨筋伸長率允許值所對應的錨筋長度兩者中的小值。

6.結語

1）、建設單位應重視深基坑的設計、施工工作，不能圖省錢，從源頭杜絕深基坑設計粗制濫造，深基坑施工偷工減料等不良問題，避免圍護結構倒坍事故的發生。

2）、基坑支護設計應綜合考慮基坑特點、土質條件、周邊環境及工程要求等因素，選擇技術先進、合理、安全、適用的支護型式。

3）、施工過程中必須堅持信息化管理，不僅一定要有專業技術人員在現場指導施工，對施工中出現的問題隨時進行調整，還要堅持監測系統和施工配合作業。根據現場情況及時分析原因，調整設計。

4）、土方開挖必須與土釘施工同步進行，嚴禁超挖，土方開挖不宜一味追求進度，土釘施工必須在漿液達到一定強度后方可進行下一層施工，否則事倍功半，嚴重影響施工質量且延誤工期。

參考文獻

[1] 王利風、余堯天、方建忠等.大型地下室深基坑綜合圍護施工技術[J].浙江建筑，2005，22（1）：33-36。

[2] 龔曉南主編。深基坑工程設計施工手冊[M]。北京：中國建筑工業出版社，1998。

[3] JGJ120-99 建筑基坑支護技術規程[S]