深基坑樁錨支護體系的設計、施工及質量通病防治

孔得會，申旭慶

（北京市機械施工有限公司，北京 100045）

樁錨支護體系在北京等土質較好地區作為邊坡支護結構被廣泛應用，由于土的物理和力學性質差異，深基坑施工過程中支護結構選型十分重要。深基坑支護設計需滿足擋土、擋水、支撐三方面要求。要進行深基坑支護結構設計，首先需要對擬建場地工程地質條件、水文地質條件進行足夠了解從而進行支護結構的選型，再根據已經確定的支護形式確定具體的施工工藝，同時施工過程中應注意相應工藝質量通病的防治。

1 工程概況

本工程場區自然地面標高在44.00～46.00m。按巖性及工程特性劃分為11個大層，由上到下分別為：①雜填土層厚3.5m；②粉土層厚4m；③粘性土層厚4m；④細砂層厚2m；⑤卵石層厚3m；⑥卵石層厚1.8m；⑦粉土層厚3.5m；⑧粘性土層厚1.4m；⑨細砂層厚1.8m；⑩卵石層厚6.5m；?粘性土層厚5.1m。工程場區內量測到4層地下水，各層地下水的類型、埋深標高情況詳見表1。

2 深基坑支護形式設計

2.1 設計方案的選擇

必須根據深基坑的開挖深度、土的性狀及地下水條件、基坑周邊環境對基坑變形的承受能力及支護結構一旦失效可能產生的后果、主體結構地下結構及基礎形式、支護結構施工工藝的可行性、施工場地條件及季節性施工等來設計深基坑支護結構，并進行多種方案對比，選擇經濟合理、安全可靠、易于實施的最優方案。

表1 各層地下水的類型、埋深標高情況

王府井深基坑工程開挖范圍內主要為素填土、粉土、粘性土、細砂、卵石層，土質條件較好。基坑開挖深度約為23m，開挖深度較深。擬建基坑周邊地下管線設施極其密集，分布有多條雨污水、給水、電力、電信、熱力、燃氣管線及人防結構等，周邊環境復雜。同時基坑周邊分布有王府井大街、新東安商場、丹耀大廈等人流密集商業街及重要建筑物，場地條件十分有限且對變形敏感。若采用降水措施會對基坑周邊建（構）筑物、地下管線、道路等造成危害。

綜合以上信息，確定采用適用于土質較好地區的深基坑開挖，對場地要求小，造價較低的樁錨支護體系，并輔以帷幕樁+坑內疏干井的方式對坑外地下水進行有效阻截，對坑內地下水進行有效排降。

2.2 計算原理簡述

2.2.1 擋土系統

樁錨支護體系中主要擋土構建為護坡樁。護坡樁的計算可分為土壓力計算、嵌固深度計算、內力及變形計算、混凝土截面配筋4個部分。

1）土壓力計算 土壓力計算采用經典法土壓力模型，基坑外側土壓力選擇主動土壓力進行計算。

式中 pak—— 支護結構外側第i層土中計算點的

主動土壓力強度標準值；

ppk—— 支護結構內側第i層土中計算點的

被動土壓力強度標準值；

ρak、ρpk—— 分別為支護結構外側、內側計

算點的土中豎向應力標準值；

ka,i、kp,i—— 第 i層土的主動、被動土壓力

系數。

當位于地下水位以下且水土分算時，還需考慮水壓力。

2）嵌固深度計算 采用圓弧滑動條分法進行嵌固深度計算，其整體穩定性應符合下列要求

式中 ks,i—— 第i個滑動圓弧的抗滑力矩與滑動力矩的比值；

ks——圓弧滑動穩定安全系數。

3）內力、變形計算 結構內力與變形計算值、支點力計算值應根據基坑開挖及地下結構施工過程的不同工況、根據受力條件分段按平面問題計算。變形計算包括位移與沉降計算。

①采用彈性分析法中的增量法計算模式進行內力、位移計算。

外荷載相當于前一個施工階段完成后的荷載增量，支承由支撐彈性作用和地層彈性作用組成，求得的圍護結構位移和內力相當于前一個施工階段完成后的增量，當墻體剛度不發生變化時，與前一個施工階段完成后的墻體已產生的位移和內力疊加，可得到當前施工階段完成后體系的實際位移和內力。

新增荷載計算：每一步工況都只考慮當前工況新增的荷載，新增加的荷載包括以下方面。

開挖過程：荷載增量為主動側土壓力的增量、被動側土體彈性作用由于開挖而造成的剛度損失以及主動側土體彈性作用卸載后的土反力；支撐由支撐彈性作用和開挖面以下的土體彈性作用組成。

加撐過程：荷載增量為加在該支撐上的預加力，支承由其他支撐彈性作用、開挖面以下土體彈性作用以及主動側土體彈性作用組成。

拆撐過程：荷載增量為與該支撐受力方向相反，大小相等的力。

加樓板（剛性鉸）過程：沒有荷載增量，但加剛性鉸處的位移在以后的工況中將不再變化。

內力、位移計算：當前工況的位移、彎矩、剪力和支撐反力可以通過前面工況每一步的位移、彎矩、剪力以及支撐反力值進行累加后得到。

②采用拋物線法進行沉降計算。各點的沉降

地表最大沉降

4）混凝土截面配筋計算 截面彎矩設計值

圓樁縱筋采用均勻配筋

配筋率ρ范圍取0.6%ρ≤5%。

2.2.2 擋水系統

擋水系統主要分為坑外截水與坑內疏水兩個部分。

1）坑外截水計算 王府井深基坑工程基底以下10m處存在連續分布、埋深較淺的隔水層，因此采用落底式帷幕（將帷幕底落入粘性土⑦層）。落底式帷幕進入下臥隔水層的深度應滿足下式要求，且不宜小于1.5m。

式中 l——帷幕進入隔水層的深度；

Δh——基坑內外的水頭差值；

b——帷幕的厚度。

2）坑內疏水計算 ①總涌水量計算：本工程場區地下水疏干的對象主要為基底以上卵石、圓礫④層的層間水，總涌水量為基坑內的含水層中總水量Q＝shn+sh1；②疏干井影響半徑計算：根據本工程層間水含水層的巖性及分布條件，采用以下公式進行影響半徑估算；③疏干井數量計算n=Q/(qT)。

式中 s——基坑面積；

h——含水層厚度；

n——含水層孔隙率；

h1——開挖期間降水量。

sw——井水位降深；

H——含水層厚度；

k——含水層的滲透系數；

q——單井設計流量；

T——抽水時間。

2.2.3 支撐系統

樁錨支護體系中主要支撐構件為錨桿。錨桿的計算以擋土系統每米寬度內的支點水平反力為依據，需進行錨桿軸向內力、錨桿長度、錨桿配筋三部分計算。錨桿參數如表2所示。

1）錨桿軸向內力計算

表2 錨桿參數

式中 Fh—— 擋土系統每米寬度內的支點水平反力；

S——錨桿水平間距；

α——錨桿傾角；

N——錨桿軸向拉力設計值；γ0——基坑重要性系數；

γF——錨桿荷載分項系數；Nk——錨桿軸向拉力標準值。

2）錨桿長度計算

①自由段長度計算

式中 h——簡化為各道錨索距離坑底高度；

φm—— 簡化為基底以上各土層按厚度加權

的等效內摩擦角。②錨固段長度計算

式中 Rk——錨桿極限抗拔承載力；

d——錨桿直徑，通常取0.15m；

qsk,i——第i層土錨桿極限粘結強度標準值；

li——第i層土中錨固段長度；

Kt——錨桿抗拔出安全系數。③錨桿長度計算

式中 Ap——計算配筋面積；

fpy——錨桿材料強度設計值。

2.2.4 王府井深基坑工程設計成果展示工程設計成果如圖1所示。

3 施工工藝選擇

3.1 擋土系統

王府井深基坑工程開挖深度大，護坡樁長度較長，場區地下水位較高，基于上述特點，護坡樁施工采用旋挖鉆機鉆進、靜態泥漿護壁的成孔工藝。

圖1 深基坑工程設計成果圖

3.2 擋水系統

根據工程地質條件、水文地質條件及施工條件等綜合確定，王府井深基坑工程基坑截水選用高壓旋噴與排樁相互咬合的組合帷幕。由于高壓旋噴樁徑較大采用三重管施工方法。

3.3 支撐系統

王府井深基坑工程地下水位標高位于地面以下約15m處，上方三道錨桿位于地下水位以上，因此本工程上方三道錨桿優先選用錨桿鉆機干作業成孔施工工藝施工，若出現局部土層砂性大、含滯水量大塌孔的部位可使用套管濕作業工藝施工；由于下方三道錨桿位于地下水位以下，采用套管濕作業工藝施工。

4 質量通病防治

4.1 擋土系統

質量通病1:成孔過程中塌孔

防治措施：根據地質報告和現場考察，結合工程實際情況，確定該工程不同地質段、會存在問題與處理辦法。使用挖土機向孔內回填可塑性好的粘性土，鉆機反轉向下加壓，正轉取土，充分壓實孔壁，重新成孔。本工程由于基坑周邊存在舊有人防結構，護坡樁施工時遇舊有人防結構或地下巨大障礙物地段，護坡樁施工前，有開挖作業面的區域還需采用機械開挖整體破碎，無開挖工作面區域采用人工開挖破碎，穿過障礙物后下放鋼套筒，再進行后續護坡樁施工。

質量通病2:混凝土水下灌注質量不佳，出現堵管、斷樁等現象

防治措施：①在施工前要對商品混凝土廠家的資質進行考查，混凝土生產廠家應出具所生產砼的開盤鑒定、材質檢驗報告等質量證明資料；②塌落度控制在180～220mm，防止堵管現象發生；③準確計量導管長度，確保導管下口在混凝土中的埋深，杜絕導管提離混凝土面導致斷樁事故發生。

4.2 擋水系統

質量通病1:旋噴樁固結體強度不均、縮頸

防治措施：①由于噴射方法與機具沒有根據地質條件進行選擇可能造成旋噴樁固結體強度不均、縮頸，因此應根據設計要求和地質條件，選用不同的噴漿方法和機具；②噴射設備出現故障（管路堵塞、串、漏、卡鉆）中斷施工可能造成旋噴樁固結體強度不均、縮頸，因此噴漿前應進行壓水壓漿壓氣試驗，一切正常后方可配漿準備噴射，保證連續進行，配漿時必須用篩過濾；③拔管速度、旋轉速度及注漿量不配合，會造成樁身直徑大小不均，漿液有多有少，因此應根據固結體的形狀及樁身勻質性，調整噴嘴的旋轉速度、提升速度、噴射壓力和噴漿量；④穿過較硬的粘性土可能產生縮頸，因此應對易出現縮頸部位及底部不易檢查處進行定位旋轉噴射（不提升）或復噴的擴大樁徑辦法；⑤噴射的漿液與切削的土粒強制拌和不充分、不均勻，會影響加固效果，因此應控制漿液的水灰比及稠度；檢查噴嘴的加工和安裝精度，必須符合設計要求，確保噴漿效果。

質量通病2:疏干井成井效果不佳

防治措施：①疏干井垂直度不滿足要求，此時鉆機安裝應周正平穩，嚴格按操作規程施工，保證鉆孔垂直度誤差小于1%。下管時濾水管接頭處要用竹片夾好綁牢，防止在下管過程中發生位移；下管時應輕提慢放，遇阻時應查明原因后再下放，嚴禁強行墩放，以防損壞井管；②避免成孔過程中出現塌孔現象，提升、下放鉆具時要輕提慢放，避免產生抽吸作用；③含水層部位的井管外要纏繞80目尼龍濾網；下至設計位置后，要保證井管口高出地面20cm以上，井口用蓋板蓋好，防止雜物掉入；填入濾料時，要仔細檢查濾料質量，控制其含泥量不超過5% ；填入過程中要用鐵鍬沿井管四周緩慢均勻填入，防止投料不均或中途架橋；在降水過程中，如遇濾料下沉，應及時補充。否則疏干井發生易堵管現象。

4.3 支撐系統

質量通病：錨桿被拔出。

防治措施：嚴格控制好注漿工序，檢查水泥漿的配合比是否滿足設計要求，注漿上是否飽滿，必須進行及時補漿，必要時進行二次壓力注漿。

5 結 語

樁錨支護體系從設計理論和施工工藝上都較成熟。用于深基坑支護工程，安全性較好，且工程造價較地下連續墻等其他適用于深基坑的支護結構低，經濟性好。通過施工過程中的信息反饋，能夠及時靈活的通過調整錨桿設計來達到調整受力體系的目的。配合基坑監測系統，可以實現深基坑工程的動態管理，從而達到保證基坑安全的目的。因此值得在深基坑工程中進一步推廣。 O