旋挖樁加預應力錨索深基坑組合支護變形監測與分析

王 鵬

中國二十冶集團有限公司 上海 201900

旋挖樁加預應力錨索組合支護形式適用于粘土、粉質粘土、粉土、細砂、卵石、泥巖等土層的工業、民用建筑和市政工程等基坑支護結構，以及因地下結構較復雜不便設置內支撐且又不允許有較大變形的基坑支護工程。該組合式支護結構，主要通過旋挖樁來承擔支護結構上的荷載，以及用預應力錨索代替內支撐，即可控制錨固體的側向位移，又可改善施工條件。

1 工程概況

中國郵儲銀行金融后臺服務中心（一期）項目位于成都市高新區，總建筑面積為137388m2，地下室為3層，地上主樓為26層，裙樓為4層，采用框架—核心筒結構形式。基坑開挖深度平均為-20.24m，局部最大埋深-25.64m，深基坑支護形式采用旋挖樁加預應力錨索的組合式支護結構。

2 工程地質特點

根據四川省蜀通巖土工程公司地質勘察報告，場地主要地層為第四系上更新統沖積、冰水堆積粘土、粉質粘土、粉土、細砂、卵石和泥巖等土層，基坑開挖范圍內的土層具體情況如下：

①素填土（Q4ml）：褐色，主要為粘性土，局部地段含植物根系，厚度0.5～2.0m。

②粘土（Q3al+fgl）：褐黃色，青色，以粘粒為主，含氧化鐵、鐵錳質結核，見灰白色礦物質。厚度2.4～9.7m，該層分兩個亞層，其中②1可塑狀，厚度0.8～5.4m；②2硬塑狀，厚度2.4～9.7m。

③粉質粘土（Q3al+fgl）：褐黃色，以粘粒為主，次為粉粒，含氧化鐵、鐵錳質結核。該層場地內局部分布，厚度0.6～8.5m，該層分兩個亞層，其中③1可塑狀，厚度1.0～2.0m；③2硬塑狀，厚度0.6～8.5m。

④粉土（Q3al+fgl）：褐色，褐黃色，中密狀，稍濕～濕，由粉粒、粘粒、砂粒及云母碎片等組成，厚度0.5～5.4m。

⑤細砂（Q3al+fgl）：褐灰色，褐黃色，青色，稍密狀，礦物成分以石英、云母為主，該層場地內局部分布，厚度0.5～3.0m。

⑥卵石（Q3al+fgl）：褐黃色，灰色、青灰色等雜色，稍濕～飽和，礦物成分以砂巖、灰巖為主，粒徑一般2～20cm，卵石層孔隙間主要由細、中砂充填。層厚4.6～8.4m。

⑦白堊系上統灌口組泥巖（K2g）：紫紅色，泥質結構，中厚層狀構造，礦物成分以粘土礦物為主，次為石英、長石等礦物質，局部砂質富集，巖層呈水平層理，基巖面近似水平，基巖面埋深16.6～17.8米，分為強風化、中風化兩個亞層，其中強風化亞層厚度1.5～2.6m，中風化亞層厚度3.5～7.5m。

3 組合式支護結構設計方案

3.1 旋挖樁參數

旋挖樁圍繞基坑環形布置，分為A-B段、B-C段、C-D段、D-A段， 共210根，樁號Z1～Z210，設計樁長27.0m，其中嵌固段7.0m，樁徑1.2m，樁間距為2.5m，樁身混凝土強度等級為C30。樁頂處設置冠梁一道，截面尺寸1200mm×1000mm，砼強度C30。

3.2 預應力錨索設計

A-B段旋挖樁在樁頂下-6.0m、-9.0m、-12.0m、-15.0m處上設四道預應力錨索，錨索長度分別為21.0m、17.5m、17.5m、13.0m。B- C段在樁頂下-6.0m、-9.0m、-12.0m、-15.0m處上設四道預應力錨索，錨索長度分別為19.5m、17.5m、17.0m、14.0m。C-D段在樁頂下-6.0m、-9.0m、-12.0m、-15.0m處上設四道預應力錨索，錨索長度分別為19.0m、17.5m、17.0m、13.5m。D- A段在樁頂下-5.5m、-8.5m、-11.5m、-14.5m處上設四道預應力錨索，錨索長度分別為21.0m、19.0m、17.0m、12.5m。錨索錨筋均采用5(4)（3）束Φs15.2的鋼絞線，錨孔直徑Φ150mm。

3.3 工程降水設計

采用管井降水，共布設29口管井，平均間距約18m，輔以明排。管井成孔直徑為φ600mm，井管內壁直徑為300mm，外徑為360mm。抽水時含砂量監控值≤1/10000。

3.4 樁間支護設計

基坑墻面樁間支護采用鋼筋網與噴射混凝土組成的鋼筋混凝土板式結構，網筋采用Φ8@200，通過Φ16鋼筋與冠梁及樁身作有效連接。噴射混凝土采用干性配合料，強度等級為C20，采用PC32.5R普通硅酸鹽水泥，噴射混凝土的粗骨料最大粒徑不宜大于8mm，水灰比不宜大于0.45，噴射混凝土厚度一般為80mm，分兩次噴射。

4 深基坑施工信息化監測與分析

4.1 施工部署與觀測點布置

4.1.1 施工部署

土方開挖分A、B區域進行，開挖時從東向西由A區向B區推進。由于土方開挖需結合預應力錨索施工，所以在立面上采用分層開挖，共分八層，每層厚度約3.0m。

為便于土方運輸，在基坑西北角設置7.5m寬的馬道，供車輛和施工人員出入基坑使用。馬道按1：1放坡，面層采用200mm厚C25鋼筋混凝土澆筑，側面采用鋼筋混凝土素噴。馬道外側設置人行通道，通道兩側設置防護欄桿和踢腳板，保證人車分流。

4.1.2 觀測點布置

基坑監測內容主要包括基坑變形觀測、基坑周邊沉降觀測，以及樁身變形和鋼筋應力監測等。

1)基坑變形觀測點布置

在基坑不同區域上口邊緣共布設34個基坑變形觀測點，見圖1：基坑變形觀測點布置圖（Fig.1：Layout of observation points of the foundation pit deformation.）。

2) 基坑周邊沉降觀測點布置

根據相關規范要求，在基坑相鄰周邊道路上共布設了28個沉降觀測點，見圖2：基坑周邊沉降觀測點布置圖（Fig.2：Layout of observation points of ground settlement of deep foundation pit.）。觀測點采用鉆孔埋入成型標志。

3）樁身變形及鋼筋應力監測點布置

根據相關規范要求，選取了11根樁進行監測。樁身變形監測采用預先在樁內預埋測斜管，樁身鋼筋應力監測采用在樁內主筋上的不同位置預先焊接鋼筋計。見圖3：樁身變形及鋼筋應力監測點布置圖（Fig.3：The deformation of the pile body and the stress of steel bar layout of monitoring points.）。

4.2 觀測頻次及監控值

基坑上口樁頂冠梁施工完畢后，開始埋設基坑變形觀測點，現場條件允許后進行初始值觀測。變形觀測精度按一級位移觀測精度要求，即觀測點坐標中誤差≤±1mm。根據《建筑基坑工程監測技術規范》（GB50497）規定，基坑上口水平最大位移監控值為30mm。基坑變形觀測頻次和周期為：基坑開挖深度≤5m時，2天1次；基坑開挖深度＞5m時，1天1次。底板混凝土澆筑后≤7天時，1天1次；7～14天時，2天1次；14～28天時，3天1次；＞28天時，5天1次，連續觀測3次，其后每10～15天觀測一次，直至地下室回填施工完畢。遇有特殊情況，如開挖速度較快、降雨量較大等應增加觀測次數。

基坑沉降點的初始觀測在井點降水之前開始進行，其后每周觀測一次，基坑開挖時觀測周期與基坑變形觀測同步進行。沉降觀測精度按二等水準精度要求，即觀測中誤差≤±0.5mm。基坑周邊地面最大沉降量監控值為25 mm。

樁身水平位移監控值為30mm，位移速度監控值為2mm/d。樁身主筋應力監控值為300N/mm2。

4.3 施工觀測結果分析

4.3.1 樁身完整性檢測

基坑開挖前，項目部委托成都市建工質量檢驗測試站對210根護壁樁的樁身完整性進行了低應變檢測，檢測結果表明樁身均完整，其中208根樁質量等級為Ⅰ類，2根樁質量等級為Ⅱ類。

4.3.2 預應力錨索檢測

根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330）和《高層建筑巖土工程勘察規范》（JGJ72）等，錨索驗收檢測數量為每種類型錨索按5%抽檢，且不少于5根。至11月21日止，抽檢錨索共計31根。

檢測結果表明，所測31根錨索在最大荷載作用下，錨頭位移值在驗收合格范圍內，且趨于穩定，錨索抗拔承載力滿足設計要求。

4.3.3 基坑變形監測結果分析

基坑于4月初開始挖土，至9月底挖至-12.00m標高處，至11月1日挖至基底標高-20.24m處，11月1日至9日開始施工墊層，到11月21日底板防水施工完畢，至12月8日底板施工完畢，12月30日地下室負三層施工完畢翌年1月15日地下室負二層施工完畢，3月26日地下室負一層施工完畢，7月15日地下室外墻回填土施工。

施工期間監測結果表明，水平位移最大變形為2#點，向坑內方向累積變形達29mm，參見圖4所示（Fig.4：The deformation of foundation pit 2# observation point of the main numerical.）。

分析其原因， 2#點位于基坑道路一側，受材料運輸、土方車影響較大，同時2#點南側緊鄰柘新西二街，是當地交通主干道，雖然距基坑20m左右，但是其繁忙的交通對于2#點向基坑方向的位移變形均產生一定的促進作用。另外隨著底板的施工，2#點累計變形值略有下降，并逐步趨于穩定。

4.3.4 樁身變形及鋼筋應力監測結果分析

在基坑開挖至底板澆筑期間，11根監測樁的樁身水平位移均小于30mm的監控值，且位移速度均小于2mm/d的監控值，鋼筋最大拉應力值和鋼筋最大壓應力值也均遠小于警戒值。其中樁身變形最大的Z87#樁的數據匯總見表1 （Table 1：The deformation of foundation pit 2# observation point of the main numerical.）：

表1 Z87#樁樁身變形及樁內鋼筋應力值匯總表

分析其數值較大的原因，主要是Z87#樁其位于施工道路一側，施工中受運輸車影響較大，且東側緊鄰交通繁忙的益州大道，導致了其向基坑內方向發生變形。另外Z87#樁的樁內鋼筋應力值遠小于300MPa的監控值，表明是安全的。

4.3.5 基坑周邊沉降監測結果分析

在基坑施工期間，基坑周邊沉降最大變形為19#點，累積最大沉降達6.56mm，小于本工程最大沉降量監控值。相鄰道路累計沉降最小點為25#點，累計沉降量3.66mm。19#點位于鋼筋加工場和材料臨時堆場之間，且受到運輸車輛的影響較大。25#點距離基坑較遠，處于項目部辦公大臨院內，受到基坑施工影響較小，故累計沉降量最小。

5 結束語

采用大直徑旋挖樁作為基坑護壁樁，具有成樁質量較高，護壁變形較小的優點。基坑開挖前，應結合臨時道路施工將基坑四周場地3～5m寬的范圍用100mm厚的混凝土將地表進行封閉，以防止雨水滲入護壁內增加土體側壓力。施工中還需做到預應力錨索施工與土方開挖施工的有機結合。對于深基坑且周邊場地有限的基坑工程，建議基礎鋼筋采用外委加工，以降低基坑周邊的堆載值。