雙排樁錨桿聯合支護在深基坑支護中的工程實踐

曹俊秀，張健，馬立群

（中鐵四局集團有限公司設計研究院，安徽 合肥 230023）

0 前言

隨著城市發展，超高層建筑和城市軌道建設帶動了基坑工程的發展。但是，老城區由于城市規劃紅線的嚴格控制和建設場地周邊環境的限制，使得傳統的放坡、內支撐、連續墻等方案受到很大制約，而雙排樁錨桿聯合支護不需要占用較大的施工空間[1-2]。本文在借鑒以往類似工程經驗的基礎上，結合實例利用雙排樁支護側向剛度大和錨桿支護橫向拉力大的優勢，對其聯合支護方式的可行性進行分析總結，研究成果可作為類似基坑設計的參考[3-4]。

1 工程概況

1.1 項目概況

中鐵四局機關大院體育場地下車庫項目位于合肥市太湖路和紅領巾路交叉口，該項目有地下2層停車場，1層運動場，基坑開挖深度8.2～12m。基坑尺寸：東西長172m，南北寬97m。

1.2 場地周邊環境

場地北側和西側緊鄰太湖路和紅領巾路，下埋電纜和污水管網；南側距離職工家屬樓外墻約15.5m，西側距離職工家屬樓外墻約12.8m。基坑支護設計和施工必須考慮到周邊的復雜環境，不能影響道路交通和已有建筑物的安全。基坑工程不具備放坡條件，需垂直開挖，還需兼顧周邊建筑物的沉降和變形。

1.3 工程水文地質條件

根據勘察報告，場地地處江淮丘陵地帶，微地貌單元為崗地，地勢較平坦。場地土層層序如下。

第①層：雜填土(Q4ml)，層厚 0.50～4.50m；雜色，松散，以回填黏土夾碎石為主，局部含磚塊等建筑垃圾及植物根系；場地東側局部見黑色淤泥及淤泥質粉質黏土，含腐殖質，軟塑～可塑。

第②-1層：黏土(Q3al+pl),層厚0.50～2.80m。灰褐色，可塑；第②-2層：黏土(Q3al+pl),層厚10.80～16.50m。灰黃色，硬塑。

第③層：強風化泥質砂巖（K2z），層厚4.70～7.30m；紫紅色，泥質結構，層狀構造，原巖結構部分已破壞，巖體風化裂隙發育。

第④層：中等風化泥質砂巖（K2z），該層未揭穿，最大揭示厚度13.30m；紫紅色，泥質結構，層狀構；巖芯多呈短柱狀，巖體較破碎；巖石飽和單軸抗壓強度測標準值frk=1.19MPa。

其中第②層黏土屬于膨脹土，自由膨脹率一般為38～65%，平均為56.13%。依據《膨脹土地區建筑技術規范》（GB50112-2013），判定該層土的膨脹潛勢為弱～中膨脹潛勢，脹縮等級為Ⅰ級，其抗剪指標按照70%折減采用。

場地下水類型主要為包氣帶水。勘探期間鉆孔測得的穩定地下水位埋深0.80～3.36m，其分布不連續，富水性不等。

圖1 場地周邊環境平面圖

土層地基承載力特征值和抗剪指標參數 表1

2 基坑設計的重點和難點

①場地東南角開挖深度最大，達12m；且該區域原為池塘回填，回填土厚度達4.5m，底部黑色淤泥及淤泥質粉質黏土強度低，易形成軟弱滑動面。該部分邊坡穩定性和地表控制變形設計要求較高。

②根據合肥市建委要求，基坑設計構筑物不能超過用地紅線，即錨桿或錨桿不能伸出用地范圍。本工程地下可利用的最大空間只有12m，且不能影響上部交通和居民生活。

③第②層黏土為膨脹土，具有弱～中膨脹潛勢。其高嶺土成分遇水易膨脹軟化，網狀裂隙結構易崩解。旱季邊坡自立性較好，但雨季易坍塌。本工程開挖面積大，工期超過1年，應考慮雨季對邊坡穩定性的影響。

④場地無放坡條件，需垂直開挖。邊坡距離已有建筑物較近，邊坡穩定性和沉降要求高。

3 基坑支護設計

本次設計充分考慮周邊環境和重難點，采用雙排樁錨桿聯合支護結構。支護樁采用樁徑d=900mm，樁長l=18m，樁間距4m，沿基坑周邊雙排布置。錨桿結構采用長度l=8m，間距2m，按照土層結構和彎矩大小從上往下布置3排，采用“工”字鋼與支護樁連接，表層掛網噴射混凝土支護。

圖2 雙排樁錨桿聯支護結構設計

本工程對位移變形控制要求較高，故采用增量法進行基坑計算邊坡穩定性。雙排樁計算模型如圖3。

抗傾覆驗算：

Mp——被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩,對于內支撐支點力由內支撐抗壓力決定;對于錨桿，支點力為錨桿或錨桿的錨固力和抗拉力的較小值；

圖3 雙排樁計算模型

MG——雙排樁自重對樁底的抗傾覆彎矩；

Ma——主動土壓力對樁底的傾覆彎矩；

Ks=6.235＞=1.200,滿足規范要求（式中負彎矩按0考慮）

抗隆起驗算：

4 基坑施工監測

基坑周邊地表每隔15.0～40.0m布設12個斷面，每個斷面布設3地表沉降變形觀測點，累計布設36個地表沉降變形觀測點（DB-1-1～DB-12-3）,由于基坑東南角部位發生監測報警加密了4個地表沉降監測點（DB01～04)。監測隨著基坑開挖的不斷加深和主體結構施工的進行，基坑周邊地表沉降的大小及變化發展情況。

4.1 基坑周邊地表點沉降變形監測

基坑周邊地表點沉降觀測自基坑開挖前夕開始進行，地表沉降采用水準觀測。從地表沉降累計變化量-時間曲線圖可以看出：地表沉降均未超過累計報警值。累計沉降值較大的監測點分別為DB1-1、DB2-1、DB3-1、DB01。其中 DB1-1 以及 DB2-1 由于出口馬道位置邊坡塌方影響，造成的監測值突變；DB3-1、DB01（見圖4）是因為處于基坑陽角位置且基坑開挖較深，由于第一層錨索鋼絞線斷裂造成錨索不生效并長期堆放大量荷載，上部地表裂縫未及時修補造成樁后土體長期受水浸泡，因此才發生沉降監測累計值過大。總的來說，地表沉降在基坑開挖初期位移量增長較慢，隨著基坑開挖進程加快，地表沉降量隨之激增，直到基坑開挖至設計標高，并隨著支撐安裝完成以及底板的及時澆筑以后，變形逐漸減小并趨于穩定，說明基坑的支護結構有效控制了周邊土體的變形，基坑開挖對周邊環境沒有產生太大的不利影響。

圖4 地表沉降累計變形最大點變化量-時間曲線圖

4.2 樁體測斜監測

從各測斜累計變化量時間曲線圖可以看出，樁體測斜監測點ZQT01（4.5m處）累計變形43.6mm，接近報警值（累計變形最大點累計變化量-時間曲線圖見圖5），主要原因是由于上層錨索失效以及基坑暴露時間過長導致。根據觀測結果表明，圍護樁深層位移在基坑開挖初期位移量增長較慢，樁體測斜曲線呈“垂直線形”，直至基坑開挖到設計標高以后，樁頂位移變化激增，伴隨基坑的開挖部分監測點逐漸變成“弓形”，表明上層錨索約束了樁體的上部變形，使得樁體中部向坑內位移形成“弓形”，也有部分監測點如ZQT01、ZQT04等是從上部開始向坑內傾斜，主要由于上層錨索失效引起，但隨著底板的及時澆筑，位移速率減緩明顯，并逐步趨于穩定狀態，說明基坑的支護結構已安全穩定，且有效控制了周邊土體的變形。

從監測各項統計數據可知，基坑開挖至設計標高以后，各項監測項目變形較大。隨著底板的及時澆筑及主體結構的不斷完工至基坑封頂以后，基坑支護結構和基坑周邊環境沒有發生任何過大位移和沉降。總體來看，基坑變形在基坑施工期間是正常穩定的，本基坑的支護設計和施工是安全合理的。目前該項目已經竣工一年多，未出現質量問題。

圖5 測斜累計變形點累計變化量-時間曲線圖

5 結論

①本文介紹了在老城區有限空間下，雙排樁錨桿聯合支護結構施工簡單，但有效地限制基坑邊坡位移變形，是一種較為合理的支護體系。

②雙排樁錨桿聯合支護發揮了雙排樁側向剛度大和錨桿橫向拉力大的特點，調整了支護結構的內力和彎矩分布，減小了地表位移變形和沉降，支護效果明顯。

③雙排樁錨桿聯合支護結構在無放坡條件下，樁間土易掉塊、脫落，使得部分錨桿失效，影響整體結構穩定性。在雙排樁錨桿聯合支護結構中布置一定數量的預應力錨索效果更佳。