型鋼+可拆卸漿囊袋預應力錨索組合圍護的設計與施工

浙江中成建工集團有限公司 紹興 312000

1 工程概況

瓜渚·御景園基坑工程位于紹興市柯橋瓜渚湖附近，耶溪路和百舸路交叉口，由多層住宅、排屋及地下室組成。該工程用地面積54 430 m2，總建筑面積113 850 m2。基坑平面形狀呈不規則長方形，東西為長向。基坑周長約500 m，基坑面積約17 000 m2，開挖深度為5.45 m。

2 工程地質情況

基坑開挖深度影響范圍內土層主要為：①1層雜填土、①2層粉質黏土、②1層粉質黏土、②2層黏質粉土、③層淤泥質黏土。坑底位于③層淤泥質黏土上，該層土厚度不小于8.70 m，土性較差。基坑開挖影響深度內地下水主要為孔隙潛水，地下水位埋深較淺，主要接受大氣降水及地表水體的補給，其變幅一般不大于1.50 m，場地地下水穩定水位在地表以下0.45～1.10 m。

3 基坑支護設計

3.1 基坑支護設計思路

該基坑采用型鋼+漿囊袋預應力錨索組合圍護的結構形式，500 mm×200 mm×10 mm×16 mm的H型鋼與單軸水泥攪拌樁分離，型鋼間距可以根據受力情況靈活設置。型鋼主要用來承受彎矩與剪力，φ15.20 mm鋼絞線制作的漿囊袋預應力錨索鎖定型鋼并承擔拉力，水泥攪拌樁用來止水防滲。具體圍護結構如圖1、圖2所示。

圖1 平面結構示意

圖2 側面剖視結構示意

基坑開挖至坑底為最不利工況，通過漿囊袋預應力錨索與土體的摩阻力緊緊鎖住型鋼，控制基坑變形并保證整體穩定。該圍護結構體系考慮軟土本構關系與結構空間效應，采用理正深基坑軟件和PLAXIS有限元軟件評估開挖過程中的支護體系動態響應、基坑安全性以及環境影響，通過監測數據表明其基坑安全可靠，滿足基坑設計規范要求。

3.2 基坑支護特點

1）圍護樁每延米H型鋼自重輕、抗彎性能好且打設、回收方便。

2）漿囊袋預應力錨索具有成本低、支護效果好、操作簡便、可拆卸回收、占用施工凈空少等優點。其施工機械化程度高，質量易保證，可提供較大且穩定的錨固力。

3）由于基坑內部無支撐，機械挖土施工面積大、工作面廣，施工方便、安全，且大幅提高了工作效率、縮短了基坑施工工期。

4）型鋼漿囊袋預應力錨索組合圍護形式環保效果顯著，不增添地下土體額外垃圾，且在施工中可大大減少取土量和混凝土的使用量，有效保護土地資源。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

開挖導溝→施工止水帷幕→放坡開挖并施工土釘墻→定位型鋼→打設型鋼→施工漿囊袋預應力錨索→施工冠梁→張拉固定錨索→開挖土方至坑底→施工地下室結構→拆卸錨索→回填基坑土方→拔出型鋼

4.2 施工止水帷幕

4.2.1 施工流程

鉆機就位→攪拌下沉、制漿→攪拌提升→重復上下攪拌、噴漿→清洗樁機、導管→移位重復施工

4.2.2 施工要求

1）水泥土攪拌樁采用直徑500 mm的單鉆頭，搭接寬度為150 mm，攪拌樁采用P.O 42.5水泥。水泥摻量為15%，水泥漿的水灰比為0.45，并摻加0.05%的三乙醇胺及0.2%的木質素。

2）水泥攪拌機械就位時應對中，偏差不得大于20 mm，并且調整機械的垂直度，偏差不得大于1%樁長。相鄰攪拌樁之間搭接時間不得大于12 h。

3）當攪拌頭下沉到設計深度時，應再次檢查并調整機械的垂直度。采用下沉（或提升）噴漿，提升（或下沉）攪拌各2次，噴漿時提升（或下沉）速度為0.80～1.00 m/min。

4）水泥攪拌樁作為主動區止水帷幕、被動區土體加固，應充分保證成樁質量，且水泥土無側限抗壓強度不小于0.80 MPa。

4.3 施工型鋼

4.3.1 施工流程

定位放線→吊樁→插樁→錘擊下沉→控制型鋼標高→基坑土方回填后拔出型鋼→填實鋼樁孔隙

4.3.2 施工要求

1）型鋼樁的平面布置應保證軸線平直順暢，應盡可能避免不規則的轉角。

2）型鋼樁使用之前應進行矯正，彎曲、企口不正等用機械方法或火焰矯正，局部孔洞用焊接修補，端頭矩形比失控時應予以切割修正。

3）拔樁前應進行土方回填，使板樁兩側土壓力平衡。拔樁設備要同板樁保持一定距離，以減小板樁受到的側向壓力。拔樁順序宜與打樁順序相反，拔樁后形成的樁孔應及時回填處理（圖3、圖4）。

圖3 打設型鋼樁

圖4 型鋼樁成型

4.4 施工漿囊袋預應力錨索

4.4.1 施工流程

土方開挖→放樣、鉆機就位→造孔→安裝錨索→注漿→錨索張拉鎖定→基坑完成后拆卸錨索→錨孔封閉

4.4.2 施工要求

1）鉆孔直徑為150 mm，鉆孔深度大于錨桿設計長度0.50 m。鉆孔孔位誤差垂直向≤50 mm，水平向≤100 mm。

2）錨固段地層為淤泥質黏土，具有高含水量、高靈敏度的特點，采用慢轉速鉆進，盡可能減少鉆進過程中對錨固地層的擾動。

3）為防止鉆孔頸縮，鉆具應確保氣孔暢通，必要時采用邊拔、邊注泥漿的方法來拔出鉆具。

4）錨索注漿采用水泥漿，水灰比為0.45，孔體注漿的注漿管端部至孔底的距離不宜大于200 mm，在注漿及拔管過程中，注漿管口應始終埋入注漿液面內。

5）鋼絞線應平行、間距均勻，不應相互穿繞，避免錨索體插入孔內時，鋼絞線在孔內彎曲或扭轉。鋼絞線不得接長使用，成孔后及時插入桿體并注漿（圖5、圖6）。

圖5 制作漿囊袋錨索

圖6 安放漿囊袋錨索

6）錨索的預應力張拉在注漿、冠梁完成以后，且冠梁和錨索漿體達到設計強度方可按方案進行有序張拉[1-4]。

4.5 開挖土方及施工地下室結構

1）基坑內土方開挖應嚴格按照相關規范，分層、均勻開挖。挖土次序嚴格遵循大基坑、小開挖的原則，基坑底標高以上300 mm留作保護層，采用人工挖土。

2）開挖至坑底時，混凝土墊層應做到隨挖隨澆，無墊層坑底暴露面積不大于150 m2。電梯井、集水井等局部落深區必須先挖至大面積坑底標高，等大面積墊層形成后再向下開挖。

3）及時記錄基坑監測原始數據，控制和調整施工進度和施工方法，對施工全過程進行動態控制。

5 質量控制

1）對每個施工環節嚴格把關，對成孔深度、錨索制作質量、水泥漿配合比、注漿飽滿程度、張拉鎖定等進行嚴格監督檢查。

2）認真如實填寫鉆孔、下錨記錄表、注漿記錄表及錨桿的預應力張拉記錄表等原始記錄表格。

3）型鋼樁頂標高偏差不大于100 mm，垂直度偏差不大于1%，樁間距偏差不大于50 mm。型鋼樁接長可采用坡口對焊或加魚尾板焊接，相鄰樁的焊縫宜間隔設置，錯開1.00 m以上。

4）錨索鉆孔深度宜大于錨索設計長度0.50 m以上，鉆孔軸線水平夾角誤差不得大于5%，孔徑誤差小于5 mm，成孔孔深誤差小于50 mm，成孔位置誤差不得大于100 mm。

5）錨索錨固段的長度允許偏差為±200 mm，自由段內的套管長度允許偏差為±200 mm。

6）錨索分別用20 kN、50 kN二級荷載進行張拉，在正式張拉前先施加20 kN荷載進行預張拉，預張拉后卸荷到零再正式張拉， 張拉至50 kN后鎖定。

6 基坑監測成果

基坑監測結果是基坑施工過程中結構與土層相互作用的真實反映，是各種復雜因素影響下基坑系統的綜合體現。本工程按基坑開挖順序對土體水平位移、地面沉降及地下水位等項目進行監測。

1）深層土體的水平位移。當開挖至坑底時，由于預應力錨索和坑底土嵌固作用這兩方面的約束，型鋼樁呈簡支狀態，變形在坑底附近側移最大，為36 mm；底板傳力帶施工完畢并回填部分土后拆除預應力錨索，型鋼樁呈懸臂狀態，樁頂側移最大，為23 mm。從空間分布上看，基坑形狀為狹長形，在長邊方向中部土體所受約束力最小，水平位移比其他測點要大。相鄰測點位移差值最大為5 mm，最大位移值在控制范圍內。

2）地面沉降。本工程基坑型鋼樁插入深度到位時的坑底塑性隆起量比較小，且施工速度比較快、暴露時間短，基坑被動承壓區土體流變的速率和幅度都比較小，減少了墻體被動壓力區的土體位移和墻外土體向坑內的位移，因而地表沉降最大為20 mm。

3）地下水位。本工程采用單軸水泥攪拌樁作為止水帷幕，插入不透水層，坑外地下水位變化在300 mm以內。

7 效益分析

1）型鋼+可拆卸漿囊袋預應力錨索組合圍護與工法樁不同的是型鋼與水泥攪拌樁分離，型鋼外止水帷幕采用單軸水泥攪拌樁且長度較短，相對于三軸攪拌樁費用便宜不少，且型鋼間距可以根據受力情況靈活設置；與剛度相近的拉森鋼板樁相比，每延米自重大幅度降低，型鋼與止水帷幕的聯合費用也比拉森鋼板樁的費用低一些[5,6]。

2）在保證同樣拉拔力的前提下，拉錨體選擇漿囊袋錨索比鋼筋或鋼絞線等介質的長度要短，且可以拆卸、重復利用，能節省不少費用。如表1、表2所示。

經對比分析，方案三造價最便宜，方案一與方案二比較接近。與最高價相比，型鋼+可拆卸漿囊袋預應力錨索組合圍護可節約42.00萬元人民幣，降低費用約14.2%。

表1 支護結構形式

表2 造價比照