樁錨支護在深圳某軟土地層基坑支護中的應用

龔錦釗

（廣東省地質局第三地質大隊，廣東韶關512030）

1 概述

1.1 工程概況

該軟土地層基坑支護工程位于深圳市寶安區，深圳寶安區為珠江三角洲深港穗黃金經濟走廊的重要節點，位于深圳市的西北部，符合典型的軟土分布區特征。本項目位于深圳市寶安區民治街道辦，三面均毗鄰市政路，北側、西側、東側三面鋪設有地下市政管道及設施及電子、電訊光纜等管線?；游鞅苯俏恢糜凶冸姺?。

本文所選工程的基坑開挖支護平均深度約為9m，為不規則形狀基坑（呈倒V型），基坑支護全長約813m。本次選題取該項目GL段（呈倒V型，315°陽角段，應力最集中處）作為研究對象，分析軟土地區基坑支護坑壁的受力變形特點，統計分析該段基坑變形監測數據。該段巖土層自上而下分布為：素填土，土層厚2～3m；淤泥，層厚6m；粗砂，層厚3m；礫質粘性土，層厚6m。其中淤泥質層對基坑支護的影響較大。

本文所選工程擬建場地上層滯水主要賦存于填土中，無穩定水位，具毛細水特征，孔隙潛水主要賦存于②層淤泥、粗砂、③層礫質粘性土層。補給來源于大氣降水和地表徑流水，排泄主要為沿地表蒸發，其水位動態變化主要受控于大氣降水和地表徑流水，且隨氣候的變化而變化，具自由水位特征。④層花崗巖中賦基巖裂隙水、裂隙發育較好、閉合性好、水量貧乏。地下水位呈下降趨勢，下降原因除季節影響外，還和工業園區周邊棚戶區的地下水抽取及周邊建筑基礎施工開挖有關。

本文所選基坑支護安全等級為一級，本次重點研究的GL段為異形基坑的陽角段，基坑周邊有民房，對基坑變形要求較高，是整個基坑受力最為復雜，最為危險的剖面段?；又ёo形式采用的是灌注樁+錨桿（索）的方式。

1.2 選題目的

通過監測分析，研究原基坑設計方案的合理性；同時通過有限元分析法分析軟土地區基坑受力變形的機理，與實際變形情況進行對比分析。使用Midas/GTS軟件對本項目設計方案進行優化。

1.3 選題意義

在珠三角地區，基坑深度越來越深，而軟土分布又極為廣泛，軟土的復雜性、高壓縮性對于基坑支護的影響極大，如何在軟土地區中設計出既安全又經濟深基坑支護方案是一個十分有意義的課題。同時，深基坑工程涉及了工程地質學、土力學、巖石力學、工程監測技術和地基處理等多學科交叉，綜合性較強，加之深基坑工程具有較強的地域性差異以及事故不確定性，主要表現為隨著基坑工程的開挖推進，基坑所處的復雜地層、不同的施工工序和工法以及特殊的極端環境因素均可以引發基坑變形、基底隆起和圍護結構的破壞。統計表明，通常在基坑事故的誘因中，設計不當占40%、施工不當占18%、止水、降水和排水等處理失當占10%、勘察等因素約占5%，由此可見，設計不當是誘發深基坑事故的主要因素。因此，本文立足于深圳某軟土地層基坑的樁錨支護結構，通過對基坑進行優化設計。為以后的基坑支護設計提供一定的參考和借鑒，特別是為同類型的異形深基坑的設計施工提供指導。

2 基坑工程設計

2.1 支護方案

華業玫瑰四季馨園基坑支護工程為異形深基坑，在綜合考慮安全性和經濟性的基礎上，為縮短施工工期，本設計采取排樁+錨桿（索）的支護方式。止水帷幕采用雙排深層攪拌樁，規格為Φ550@雙向300。取典型剖面5-5剖面GL段，剖面圖見圖1。

2.2 設計計算依據

圖1 5-5剖面GL段剖面圖

（1）《華業深圳龍華項目大地塊巖土工程詳細勘察報告》，2012年4月，核工業衡陽第二地質工程勘察院深圳勘察院；

（2）建設單位提供的總平面圖等相關圖紙；

（3）《深圳市基坑支護工程技術規范》（SJG 05-2011）；

（4）《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）。

本基坑安全等級為一級，在進行支護方案設計時，采用北京理正深基坑支護F-SPW V 6.5軟件進行計算，重點針對基坑的具體情況取基坑開挖較深情況進行計算。

2.3 支護方案設計計算

本文將以陽角斷面GL段5-5剖面為例進行說明。

（1）護坡樁設計。本文所采用的護坡樁設計參數如下：

①樁頂標高為-1.50m；地面設計標高0.00m，超載值為25.00kPa；含冠梁高度的樁全長為14.50m；樁中心距2.00m、直徑1.00m、嵌固深度7.00m；

②樁身配筋：鋼筋籠直徑0.90m，均勻通長配筋，尺寸20Φ25；箍筋為Φ10@150；加強筋尺寸Φ18@2000，混凝土強度為C25；混凝土保護層厚度為50mm；

③ 冠梁為矩形截面（1000mm×800mm），配筋：2Φ12、6Φ22（箍筋Φ8@200）。

（2）錨索設計。本文所采用的錨桿（索）設計共布置6層錨桿（索），預應力錨索采用4×7Φ5錨索。錨索的參數如表1所示。

（3）止水帷幕設計。本基坑支護工采用深層水泥攪拌樁作為止水帷幕，相關技術參數如下：樁徑D=550mm，間距為雙向300mm。

2.4 計算結果分析

本文在計算過程中，所采用的基坑工程實際施工工序如表2所示。

表1 錨桿（索）參數表

表2 基坑開挖工序表

（1）彎矩分析。根據計算，本項目基坑的最大水平位移為15.59mm?；拥淖畲筘搹澗嗉s距基坑底部2.4m的位置處、為951.06kN·m?；拥淖畲筘摷袅s距基坑底部2.7m左右處、約為382.89kN，最大正剪力約距基坑底部1.3m左右處、約為333.18kN。

（2）沉降分析。分別采用指數法、三角形法和拋物線法求得的基坑最大沉降量分別為24mm、15mm、9mm，實際工程中，我們通常取三者中的最大值作為基坑設計的依據。因此，本基坑工程滿足基坑設計要求。

（3）應力分析。通過計算，本文所采用的錨桿內力設計值如表3所示。

（4）驗算整體穩定性。基坑整體穩定安全系數Ks為1.746，滿足規范要求。

（5）驗算抗傾覆系數。本文采用公式（1）計算基坑的抗傾覆穩定性：

表3 錨桿內力值

根據計算，各種工況下，最小安全系數Ks為1.913≥1.250，符合規范要求。

（6）抗隆起驗算：

普朗德爾法：

計算得：Ks=4.066≥1.800，抗隆起穩定性滿足。

圓弧條分法：

計算得：Ks=2.058≥1.800，經計算所求的抗隆起安全系數為2.058，滿足規范要求。

因此，通過以上分析可知，采用本文提出的樁錨支護方案可滿足深基坑設計的安全性要求。

3 基坑樁錨支護的優化設計

為加強基坑陽角附近的結構支護作用和支護結構的安全穩定性，需對其進行針對性的優化設計。本文采用M idas/GTS軟件對陽角處考慮不同的樁間距、支護樁嵌固深度以及錨桿的傾角等因素進行了試算，以基坑水平位移為評價標準進行設計方案的優化。

3.1 試算結果

（1）樁間距的優化設計。本文在進行前期對陽角附近的設計方案進行試算時，采用了1.6m、1.8m、2.0m（原方案）和2.2m的試算樁間距試算時其余參量保持不變。對比結果如圖2所示。

圖2 不同樁間距求得基坑位移對比結果

由圖2可知，樁間距增加，會導致基坑位移呈逐漸增加的態勢。但同樣可以由圖2可以發現在達到第五步時，不同樁間距的基坑水平位移基本保持一致，差別不大，因此，本次維持原設計方案不變，樁間距仍取2.0m。

（2）支護樁嵌固深度的優化設計。前期試算時，選擇6.5m、7m（原方案）、7.5m的不同嵌固深度進行基坑開挖支護模擬，對比結果如圖3所示。

由圖3可知，3種嵌固深度對應的基坑位移相差較小，因此，本優化設計方案對陽角處的樁嵌固深度取6.5m。

（3）錨桿傾角的優化設計。研究表明，由于樁錨支護體系中，錨桿的主要作用在于依靠其軸力的水平分力平衡樁后土體的主動土壓力的水平分力，因此，錨桿的傾角直接導致錨桿的水平內力和基坑水平位移的大小。本文對比分析了11°、13°、15°（原方案）和17°不同的錨桿傾角的模擬計算結果，計算結果如圖4所示。

圖3 支護樁不同樁間距求得基坑位移對比結果

圖4 不同錨桿傾角求得基坑位移對比結果

可以看出，當錨桿的傾角越大，則其對基坑的支護作用越弱，主要表現為其軸力的水平分力將降低，基坑的位移將增大。故本次優化設計方案對陽角出的錨桿傾角取11°進行計算。

3.2 優化后的模型建立

本基坑工程分為7個工況進行開挖和支護，分別是：

工況1：開挖前的原始應力應變位移狀態分析；工況2：開挖深度至-0.9m；

工況3：在-0.4m水平處布置第一道預應力錨桿錨索；

工況4：開挖深度至-2.1m；

工況5：在-1.6m水平處布置第二道預應力錨桿錨索；

工況6：開挖深度至-3.3m；

工況7：在-2.8m水平處布置第三道預應力錨桿錨索；

工況8：開挖深度至-4.7m；

工況9：在-4.2m水平處布置第四道預應力錨桿錨索；

工況10：開挖深度至-6.1m；

工況11：在-5.6m水平處布置第五道預應力錨桿錨索；

工況12：開挖深度至-9m；

工況13：在-7m水平處布置第六道預應力錨桿錨索。

3.3 優化前后對比分析

采用了本文的優化設計方案后，基坑的受力更加合理，位移值更小。其中水平位移由15.59mm減少至9.7mm，沉降則由24mm減少至17mm，同時錨桿軸力也有所下降。這主要是因為對樁間距、嵌固深度和錨桿傾角3個方面進行了優化調整，使得整個支護體系受力更加合理。因此，在基坑支護設計中根據現場實際的情況選擇更為合理的樁間距、嵌固深度和錨桿傾角是工程設計應優先考慮的問題，它們對與基坑的安全性和經濟性有很大的影響，一是合理的樁間距、嵌固深度和錨桿傾角能更好地分配結構所受的主動土壓力，使樁和錨桿的受力更加合理，從而降低基坑的位移和沉降，提高基坑的安全性；二是能夠降低工程造價，節約資源，提高工程經濟性。

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