人工挖孔灌注樁支護結構加土釘支護體系在水晶城小區高層住宅樓工程深基坑工程中的應用

劉　濤，鄭　勇，康　劍，陳　鋒

（新疆地礦局第二水文工程地質大隊，新疆昌吉831100）

人工挖孔灌注樁支護結構加土釘支護體系在水晶城小區高層住宅樓工程深基坑工程中的應用

劉濤*，鄭勇，康劍，陳鋒

（新疆地礦局第二水文工程地質大隊，新疆昌吉831100）

人工挖孔灌注樁支護結構與土釘支護結構各有其優缺點，當基坑土層較差時，為保證基坑下部施工安全，可采用樁錨支護結構與土釘支護結構聯合支護技術，有效地發揮樁錨支護結構與土釘支護結構各自的優點。水晶城小區高層位于新疆呼圖壁縣二工路，其周邊環境相對復雜，整體基坑實際開挖深度在自然地面以下-6.0m左右，現擬開挖基坑布局呈矩形，基坑開挖后的西側及北側臨近市政公路，東側臨近已有住宅建筑，基坑開挖放坡系數有限。實踐證明，該基坑采用土釘與樁錨聯合支護結構取得了較好的技術與經濟效益。

樁錨支護；土釘支護；深基坑

1　概述

土釘支護結構與樁錨支護結構各有其優缺點，土釘支護的優點在于施工速度快、經濟、可靠，但在土質較軟、水文地質條件復雜、開挖較深且周邊環境嚴峻的條件下的基坑，土釘支護則不適用；樁錨支護適用各種條件下的深基坑，這種支護結構能較好地控制邊坡變形、安全性高，但其施工周期長、費用較高。當基坑上部土層較好而下部土層較差時，可采用土釘支護結構與樁錨支護結構聯合支護技術，有效地發揮土釘支護結構與樁錨支護結構各自的優點。

2　支護結構設計與計算

當基坑開挖較深時，可充分利用上部地層工程性質好的特點，基坑上部采用土釘支護，按土釘支護模式進行計算，由此來確定土釘的排數、間距與長度。

為較好解決基坑的穩定性，對基坑下部可采用樁錨支護，根據支護深度和土質條件，錨桿可設置一層或多層，其錨固段宜置于較好的粉土、圓礫層中，根據土質和施工條件可選用灌漿錨桿、螺旋錨桿等不同錨型，根據變形控制要求，可選用預應力錨桿或非預應力錨桿。

當進行樁錨計算時，上部土釘支護段的土層可轉換成超載參與計算，樁錨支護可按極限平衡法、彈性抗力法或其他能考慮支護結構與土體共同作用的方法計算樁身內力、錨桿力和樁身的變形。

3　工程實例

3.1工程概況

新疆鴻新房地產開發公司水晶城小區高層住宅樓工程擬建場地位于呼圖壁縣水利局院內。擬建建筑物為1棟地上17層、地下1層的高層住宅，其上部結構為框架剪力強結構，基礎采用筏板基礎，基礎埋深預計在-4.0m，建筑物占地面積1800m2左右。

本基坑開挖深度H=6.00m，根據邊坡工程損壞后可能造成的破壞后果的嚴重性、邊坡類型和坡高等因素，按照《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013），此邊坡工程等級按三級考慮。

3.2場地周邊環境條件

基坑開挖后的西側及北側臨近市政公路，東側臨近已有住宅建筑，基坑形狀及周邊環境參見圖1。

3.3場地巖土工程地質條件

根據《新疆鴻新房地產開發公司水晶城小區高層住宅樓巖土工程詳細勘察報告》，擬建場區屬山前沖洪積平原中下部，在本次勘察深度范圍內，場區地層自上而下可分為3層，該擬建場地地層主要由雜填土、粉土和圓礫組成。

3.3.1工程地質條件

下面僅對與基坑支護相關的地層描述如下：

圖1　基坑概況與周邊環境條件（單位：m）

①層雜填土（Qml4）：雜色，稍濕，中密，主要成分為粉土。層間夾有磚塊、水泥塊及生活垃圾。該層在場地內連續分布，層厚為1.5～2.4m。

②層粉土（Qal+pl4）：土黃色，稍濕—濕，稍密—中密；干強度中等—高，韌性低，搖震反應低—中等，切面粗糙—光滑；包含物為粉砂，層頂埋深1.5～2.4m，基坑的東側在勘探深度20m范圍內全為粉土。

③層圓礫（Qal+pl4）：青灰色，稍濕，中密；礫石多呈次圓狀，一般粒徑5～10mm，最大粒徑可達100mm，級配不良；母巖成分以凝灰巖及砂巖為主，微風化；充填物為中細砂，充填程度良好。主要分布在基坑的西側。與基坑支護設計相關地層的巖土設計參數取值見表1。

表1　與基坑支護設計相關地層的巖土設計參數取值表

3.3.2水文地質條件

在本次勘探深度范圍內未揭露到地下水。根據該區水文地質資料，地下水潛水水位埋深大于30m，故施工時不考慮地下水對工程建設的影響。

3.4設計方案比選

3.4.1本基坑工程之特點

（1）本基坑周邊距東側樓房有7～8m寬的空場地，且場區上部巖土層填土之下即為粉土，粉土層的物理力學性質好，有較大的自立高度；西側可適當放坡開挖，有利于支護結構更加經濟合理；

（2）本深基坑開挖深度H=6.0m，開挖深度不大，其開挖范圍受場地范圍局限，不能完全放坡開挖。應對坑壁土體采取有效支護措施，防止土體滑移坍塌，并應限制支護結構之側向位移。

3.4.2深基坑支護方案選擇

根據本基坑工程特點，經過經濟、技術及工期等綜合比較優選，確定采用土釘與樁錨聯合支護結構體系。基于以下幾點：一是場區上部地層主要為粉土，有一定自立高度和錨固力，為上部采用土釘支護提供了條件；二是錨桿施工范圍內時無地下障礙物（如樁基礎及其他地下設施）；三是樁錨施工具有較成熟的施工經驗；四是可為土方開挖與地下室施工提供足夠空間，利于后續施工。

3.5深基坑支護結構設計

本深基坑支護方案確定為土釘與樁錨支護聯合支護結構體系：沿基坑東側根據環境條件及建筑物結構特點，基坑采用支護樁加錨桿的樁錨支護結構。

支護樁采用人工挖孔灌注樁。為有效控制支護樁的側向位移以及防止錨桿體在土層的蠕動變形而導致錨拉力的損失，樁錨支護體系的錨桿設計采用預應力錨桿。

典型的支護結構剖面圖如圖2所示。

圖2　A-A′段支護結構剖面圖（單位：mm）

3.5.1土釘支護結構設計

地面超載一般取q=5kPa（無重載運輸車輛沿坑邊行駛）；另根據周邊臨近建筑物距離與層數一數二計入其附加荷載。土壓力采用朗肯土壓力理論，根據地質條件及開挖深度概化成代表性地質剖面進行計算，由此來確定土釘的排數、間距與長度。

3.5.2樁錨支護結構設計

（1）支護樁結構設計。支護樁采用人工挖孔灌注樁：采用600mm×700mm的矩形樁，設計有效樁長L= 10.0m，沿基坑東邊線布置；支護樁樁頂設置冠梁：截面尺寸400mm×700mm，冠梁沿支護樁軸線形成封閉圈。

支護樁樁身設計砼強度等級C25，主筋?18@200，箍筋為8@200。樁頂冠梁設計砼強度等級為C25，主筋為?12Φ18，箍筋為?8@200，支護樁主筋插入冠梁內400mm。

（2）預應力錨桿設計。預應力錨桿主動對支護樁施加反力，可有效減少和控制支護樁的側向位移，并能使支護樁樁身彎矩明顯減小，同時可減少錨桿體在軟弱土層的蠕動變形而導致錨拉力的損失。

錨桿設計參數：錨桿水平間距Sx=2.0m，錨桿成孔直徑d=150mm，錨桿對水平方向傾斜角θ=15°。計算結果如表2所示。

表2　錨桿計算參數

①錨固體采用高壓灌漿施工工藝，灌漿壓力應控制在0.4～0.5MPa。灌漿材料采用純水泥漿（亦可采用水泥砂漿），水灰比0.40～0.5，水泥選用32.5MPa普通硅酸鹽水泥。注漿體的強度等級應達到M10（配合比由試驗確定）。錨桿施工完畢且達到設計強度的70%后方可進行預應力張拉，張拉鎖定荷載為0.4～0.6倍的設計值。

②錨桿抗拔試驗在錨固體強度達到70%以后進行，檢驗數量不少于錨桿總數的1%，且每個剖面不少于5根。

3.6基坑施工與基坑監測

3.6.1基坑施工

在基坑施工的過程中，人工挖孔樁在砂層段采用鋼護筒，克服了砂土、流土、流砂造成的孔壁坍塌的困難。

3.6.2基坑監測

為確保該項目地下工程安全、順利地完成，在基坑開挖及地下室施工過程中，采用了信息法施工進行施工，運用了多手段進行了基坑監測。

基坑周邊建筑物、鄰近道路共布3個觀測點，周邊土體水平位移觀測點共3個，從監測結果來看，基坑變形均在允許范圍內。

基坑監測及其運行結果表明該基坑的設計是成功的。

4　結語

（1）當基坑開挖過程中不能有效放坡時，可采用土釘支護結構與樁錨支護結構聯合支護技術，有效地發揮土釘支護結構與樁錨支護結構各自的優點。

（2）基坑上部采用土釘支護，按土釘支護模式進行計算，由此來確定土釘的排數、間距與長度。

當進行樁錨計算時，上部土釘支護段的土層可轉換成超載參與計算，樁錨支護可按極限平衡法、彈性抗力法或其他能考慮支護結構與土體共同作用的方法計算樁身內力、錨桿力和樁身的變形。

（3）土釘支護結構與樁錨支護結構的連結部位宜采用軟連結，而不宜采用鋼性連結，以防止2種支護結構變形不協調而帶來的相互影響。

TU74

B

1004-5716（2016）02-0023-04

2015-02-13

2015-02-25

劉濤（1982-），男（漢族），山東肥城人，工程師，現從事水文地質、工程地質、環境地質工作。