預應力錨桿復合土釘基坑支護監測分析★

葛 燕 鋒

(1.北方工業大學土木工程學院，北京 100144；2.北京興電國際工程管理有限公司，北京 100048)

預應力錨桿復合土釘基坑支護監測分析★

葛 燕 鋒1,2

(1.北方工業大學土木工程學院，北京 100144；2.北京興電國際工程管理有限公司，北京 100048)

結合北京某研發樓工程，介紹了預應力錨桿復合土釘基坑支護結構的方案設計及施工方法，通過基坑支護監測，分析了基坑坑壁水平位移和錨桿拉力的分布情況，指出采用土釘墻和預應力錨桿復合土釘支護可提高基坑的安全性。

基坑支護，復合土釘墻，預應力錨桿，水平位移

預應力錨桿復合土釘支護是在土釘支護基礎上發展起來的新型基坑支護結構，彌補了土釘支護的一些不足，增加了工程適用性，近年來已在我國深基坑支護施工中得到了越來越多的應用。預應力錨桿復合土釘支護應用于較深基坑支護，具有較好的經濟性，基坑邊坡變形小，施工簡便等優點。本文結合實際工程闡述復合土釘支護設計、施工、監測技術要點。

1 工程概況

北京某研發樓工程，主體結構為框架剪力墻結構，地上4層，地下2層，基礎為筏板基礎，埋深11.2 m～13.35 m，建筑面積約45 800 m2。本場地表層土為人工填土層，其下為新近沉積土層及一般第四紀沉積土層。擬建場區的地層自上而下情況如下：

表層為人工填土層：粘質粉土砂質粉土填土①層：黃褐色(暗)，松散～中密，濕～很濕，含少量磚渣、白灰渣、植物根、螺殼、角礫。本層厚度1.10 m～4.80 m。

新近沉積土層：粘質粉土砂質粉土②層：褐黃色，中密～密實，稍濕～濕，含氧化鐵、云母、樹根、有機質，屬中高～中壓縮性土層，本層厚度0.40 m～2.10 m；粘質粉土砂質粉土③層：灰色，密實，濕～稍濕，含氧化鐵、云母、有機質，局部夾粉砂透鏡體，屬中高～中低壓縮性土層；本層厚度0.20 m～9.90 m；粉質粘土重粉質粘土④層：灰色，很濕，可塑局部硬塑，含氧化鐵、云母、有機質，屬中高～中壓縮性土層，本層厚度0.80 m～6.20 m。

第四紀沉積層：粉質粘土重粉質粘土⑤層：褐黃色，很濕～濕，可塑局部硬塑，含氧化鐵、云母、姜石，屬中高～中壓縮性土層；粉質粘土重粉質粘土⑥層：褐黃色，很濕，可塑局部硬塑，含氧化鐵、云母、姜石，屬中高～中壓縮性土層；粉質粘土粘質粉土⑦層：褐黃色，很濕，可塑局部硬塑，含氧化鐵、云母、姜石，屬中～中低壓縮性土層；粉質粘土重粉質粘土⑧層：褐黃色，很濕，可塑局部硬塑，含氧化鐵、云母、姜石，屬中～中低壓縮性土層。

依據水文勘察報告，在勘察深度范圍存在兩層地下水，地下水類型分別為上層滯水和潛水。上層滯水水位埋深為2.19 m～4.60 m，潛水水位埋深為7.10 m～8.10 m。降水施工采用管井井點降水，管井為φ400無砂混凝土管，井深25.0 m，井點間距8.0 m。

2 基坑支護設計

根據地質條件和基坑深度較大，周邊環境及地質條件較復雜的具體情況，本工程基坑采用支護施工。基坑安全等級為二級，通過對多種支護方案的優化，最終確定基坑支護方案采用土釘墻和預應力錨桿復合土釘墻支護。1)基坑深度為11.2 m部位，采用土釘墻支護。土釘墻坡度1∶0.7，布置8排土釘，土釘支護設計參數見表1。土釘孔徑110，灌注M20純水泥漿。面層為80 mm厚C20噴射混凝土，鋼筋網為雙向φ6@250×250,加強鋼筋為Φ16 HRB335@1 500。2)基坑深度為13.35 m部位，采用預應力錨桿復合土釘墻支護。土釘墻坡度1∶0.7，設置8排土釘和1排預應力錨桿，其中第4排為預應力錨桿，土釘支護設計參數見表2。土釘孔徑110，錨桿孔徑150，均灌注M20純水泥漿。支護面層為80 mm厚C20噴射混凝土，鋼筋網為雙向φ6@250×250,加強鋼筋為Φ16 HRB335@1 500。復合土釘支護剖面見圖1。3)預應力錨桿復合土釘墻支護穩定性驗算，采用穩定性分析方法對每步施工工況進行計算，土層物理力學參數如表3所示，坡頂荷載按20 kN/m，距坑邊2 m，作用寬度6 m。預應力錨桿設計荷載200 kN，鎖定荷載100 kN，計算中不考慮錨桿的預應力，按土釘對待，計算獲得的不同工況穩定安全系數如表4所示。

表1 土釘支護設計參數

表2 復合土釘支護設計參數

表3 土層物理力學參數

3 預應力錨桿復合土釘墻施工

3.1 土釘墻施工工藝流程與施工方法

土釘墻施工隨土方開挖進行，基坑邊坡開挖采用分層分段開挖。土方分層開挖深度由土釘豎向間距確定，分段開挖長度為20 m～30 m。施工流程：抄平放線→開挖工作面→修坡→土釘鉆孔→插筋→注漿→綁扎鋼筋網→土釘與加強筋焊接、加墊塊→噴射面層混凝土→養護→第二步支護重復上述流程→設置護頂、護腳。土釘成孔采用人工洛陽鏟成孔，成孔后及時插放鋼筋，并注漿；置筋前在鋼筋上每隔2.0 m焊一定位支架，以保證鋼筋在孔中的位置，注漿采用注漿泵孔底常壓注漿,水灰比為0.5左右。土釘支護面層C20噴射混凝土，采用干式錨噴機噴射，兩遍成活；噴射混凝土配合比為：水泥∶水∶砂∶石=1∶0.6∶2∶2，添加速凝劑3%～5%。

表4 不同工況穩定安全系數

3.2 預應力錨桿施工工藝流程與施工方法

預應力錨桿施工流程如下：抄平放線→成孔、錨索加工→下錨索→注漿→養護、面層施工→張拉鎖定。錨桿成孔采用立軸式地質鉆機配螺旋鉆具等工藝成孔；拉桿在現場制作，每2.0 m綁一個支架，將錨桿自由段套入注入油脂的套管中，套管管段用工程膠布固定；采用BW200泥漿泵孔底壓力注漿，一次注漿待孔口溢漿，即可停止注漿，在滯水層與潛水層采用二次注漿，注漿壓力宜控制在2.5 MPa；面層養護達到15 MPa且錨固體強度大于15.0 MPa(約5 d)，并達到設計強度70%后方可在面層上進行張拉鎖定。錨桿正式張拉前，抽取5%做試驗。錨桿張拉使用液壓電動張拉機，錨桿張拉至設計值，觀察10 min后于設計值鎖定。

4 預應力錨桿復合土釘支護現場監測

4.1 監測方案

本工程基坑支護監測包括預應力錨桿復合土釘支護坑邊水平位移監測、錨桿水平位移監測、錨桿拉力監測、土釘支護坑邊水平位移監測。坑邊水平位移監測點布置在基坑坡頂，每隔20 m設置一個觀測點，采用視準線法進行邊坡水平位移監測，坑頂水平位移報警值為60 mm；錨桿水平位移監測點設置在已張拉錨具上，采用極坐標法使用Leica TCA1800全站儀進行觀測。錨桿拉力采用MSJ-201型振弦式應變計進行錨桿軸力量測，共設3個測點。

現場量測隨著基坑開挖與支護施工分步進行，分步開挖深度由土釘豎向間距確定。土方開挖前設置坑邊水平位移觀測基準點，第一步土方開挖后，在基坑四周復合土釘墻頂設置觀測點，監測頻率為基坑開挖期間開挖深度小于5 m，1次/2 d；開挖深度超過5 m到見槽底14 d內，1次/1 d；14 d～28 d，1次/2 d；28 d以后，1次/3 d；經數據分析確認達到基本穩定后1次/月。

4.2 監測結果

基坑變形檢測點沿基坑周邊布置，間距20 m，選取位于基坑中部的測試點的現場量測數據進行分析：1)水平位移分布。基坑開挖前設置測試水平位移基準點，第一步支護完成后，在支護頂部設置觀測點，進行水平位移初始值的量測，以后隨基坑的開挖情況進行量測，每開挖一步后進行一次測量，兩步之間進行一次測量，水平位移的分布曲線見圖2。2)錨桿拉力分布。錨桿張拉到設計鎖定荷載后進行錨固，測試錨桿拉力初始值，以后每開挖一步和按計劃監測頻率進行量測，錨桿拉力測試結果見圖3。

圖2 水平位移分布曲線

圖3 錨桿拉力分布

5 結語

1)本工程基坑支護采用土釘墻和預應力錨桿復合土釘支護方案，是一個成功的實用案例。實施過程中監測數據都在規范允許范圍內，該方案既經濟實用，又保證基坑支護安全。2)坑頂水平位移隨基坑開挖深度增加逐步增大，前期增幅明顯，基坑開挖一定深度后漸趨穩定。3)預應力錨桿復合土釘支護中，錨桿是主動受力體，對約束基坑壁水平位移起較大作用。4)隨著基坑挖深增大，錨桿拉力增大明顯，到一定深度后拉力基本穩定。5)若場地允許，土釘墻設計坡度較小，可以有效控制坑壁的水平位移。

[1] 李亮輝，曹笑肇.復合土釘墻在復雜地層條件下的應用[J].巖土工程學報,2008，30(sup)：608-611.

[2] 魏煥衛，賈 強，孫劍平，等.深基坑復合土釘墻的變形控制設計和施工[J].建筑技術，2009，40(2)：147-150.

[3] 賈金青，張明聚.深基坑土釘支護現場測試分析研究[J].巖土力學，2003，24(6)：413-416.

[4] GB 50497—2009，建筑基坑工程監測技術規范[S].

Analysis on monitoring of prestressed anchor composite soil nailing wall★

Ge Yanfeng1，2

(1.CollegeofCivil.,NorthChinaUniv.ofTech.,Beijing100144,China；2.BeijingScientechInternationalProjectManagementCo.,ltd,Beijing100048,China)

Combining with some research and development projects in Beijing,the paper introduces the scheme design and construction methods for the prestressed anchor nailing foundation pit support structures,analyzes the horizontal displacement of the foundation pit walls and distribution of the anchor stress by the supervision of the foundation pit support,and points out the nailing walls and prestressed anchor composite nailing support can improve the safety of the foundation pits.

foundation pit support,composite nailing wall,prestressed anchor,horizontal displacement

2015-10-17 ★：北京市教育委員會科技發展計劃面上項目資助(項目編號：KM201410009011)

葛燕鋒(1964- )，男，副教授，國家一級建造師

1009-6825(2015)36-0043-02

TU463 < class="emphasis_bold">文獻標識碼：A

A