樁錨支護在某緊鄰CFG樁復合地基深基坑工程中的應用*

唐 君

(1.建筑安全與環境國家重點實驗室，北京 100013；2.中國建筑科學研究院有限公司地基基礎研究所，北京 100013；3.北京市地基基礎與地下空間開發利用工程技術研究中心，北京 100013)

0 引言

隨著我國經濟發展、人口增長、城市化進程加快，城市用地越來越緊張，大規模深基坑逐步發展，鄰近既有建(構)筑物基坑開挖的工程也越來越多[1]。孫洋波等[2]研究鄰近地鐵側的基坑開挖，結果表明，在適當范圍內增加預留土體坡肩寬度可有效減少地下連續墻水平位移。楊敏等[3]對鄰近樁基工程基坑開挖時樁基受力情況進行分析。黃沛等[4]針對軟土地區深基坑現狀，在對深基坑施工造成鄰近樁基建筑物事故分析的基礎上，結合工程水文地質條件及勘察、設計、施工和建設等因素，建立了深基坑施工對鄰近樁基建筑物影響的安全評判方法。

基坑支護可分為支擋式結構、土釘墻、重力式水泥土墻和放坡。其中支擋式結構中樁、墻支護結構宜于控制支護結構變形，是深基坑工程中經常采用的主要結構形式。支撐式和錨拉式是2種為樁、墻式支護結構提供約束的方式。其中，支護樁、墻與內支撐系統形成的支護體系結構受力明確，計算方法較成熟，施工經驗豐富，在軟土地區或受場地條件所限的深基坑工程中應用廣泛。但內支撐結構給土方開挖、主體結構施工造成困難，且造價較高。采用支護樁、墻+錨桿為支護結構的基坑內部空間開敞，有利于提高施工效率和工程質量，可滿足工期和造價的要求。但錨桿不應設置在未經處理的軟弱土層、不穩定土層和不良地質地段及鉆孔注漿引發較大土體沉降的土層，而且錨桿設置受周邊環境的影響較大[5]。

本項目通過前期方案比選、后期專業設計計算[6-9]及高精度定位施工，成功實現了樁錨支護方案在緊鄰CFG樁復合地基深基坑工程中的應用。在保證基坑及鄰近建(構)筑物安全的前提下，縮短了工期，節約了成本。

1 工程概況

1.1 擬建基坑概況

擬建項目位于北京市昌平區，該地塊主要為保障房、商業、辦公樓及純地下車庫。基坑開挖深度11.80～18.10m(見圖1)，槽底標高變化較大。東南側為已施工的1～3號住宅樓，地下1層，地上14～15層，筏板基礎，采用CFG樁復合地基。其中，1，2號樓CFG樁北側約7m范圍內為方形布樁，間距1.6m，南、北側區域CFG樁在東西方向上整體錯位0.7m。3號樓CFG樁則基本采用方形布置，間距1.6m。

圖1 基坑開挖深度及周邊環境

1.2 工程地質及水文地質條件

根據地質勘察報告，45m深度范圍共分10大層：①層為填土層；②層為新近沉積層；③～⑧層為一般第四系沖洪積層(其中，③層重粉質黏土、黏土，④層粉質黏土、重粉質黏土，⑤層粉細砂，⑥層重粉質黏土、黏土，⑦層重粉質黏土、黏土，⑧層粉細砂)；⑨層重粉質黏土，黏土；⑩層細中砂。

根據地質勘察報告，場地地下水分布情況如表1所示。

表1 地下水分布情況

2 基坑支護設計

支護方案以安全可靠、技術先進、經濟合理、保護環境等為原則，綜合考慮工程水文地質條件、周邊環境條件、經濟及技術因素。

2.1 支護設計方案比選

根據工程水文地質條件，在確保基坑及鄰近建(構)筑物安全的前提下，采取支護樁+內支撐形式，基坑施工周期至少240d，主體施工時因逐層拆除內支撐，將影響結構施工至少60d，直接影響該項目交付使用。采用樁錨方案可減少支護與土方和結構施工交叉作業，有利于提高施工效率和工程質量，可滿足工期和造價要求。但由于場地對錨桿長度有限制，且錨桿需穿越緊鄰CFG樁復合地基，對錨桿施工角度控制提出了較高要求。

綜合考慮，最終采用上部土釘墻+下部樁錨支護方案，并于樁間設置旋噴樁止水帷幕，坑內設置疏干井進行降水。同時，南側支護樁與鄰近1，2號樓CFG樁平行同間距布置，東南側支護樁則與3號樓CFG樁平行同間距布置，為錨桿穿越緊鄰CFG樁復合地基創造條件。

考慮到1，2號樓復合地基北側7m范圍外，與南側復合地基CFG樁在東西方向上有0.7m錯位。采用增加錨桿錨固體直徑至220mm的方式，有效減少了錨桿設計長度，將穿越1，2號樓的錨桿設計長度控制在該樓CFG樁采用方形布置且未發生錯位交叉區域。基坑支護結構平面及錨桿布置如圖2所示。

圖2 基坑支護結構平面及錨桿布置

2.2 支護結構設計計算

本基坑支護工程采用中國建筑科學研究院地基所編制的基坑支護設計軟件RSD(V3.0)及理正深基坑軟件7.0PB5計算。其中，樁錨支護剖面安全等級為1級，掛網噴簡易支護高低臺剖面安全等級為3級。

2.2.1錨桿穿越CFG樁典型剖面

錨桿穿越既有建筑CFG樁典型剖面如圖3所示，采用上部土釘墻+下部樁錨方案。支護結構變形及內力計算結果如圖4所示，樁身最大水平位移為37.8mm，樁頂最大水平位移為12.9mm，樁身最大正彎矩為879.7kN·m。

圖3 典型剖面

圖4 典型剖面計算結果

采用圓弧滑動條分法進行整體滑動穩定性計算。整體抗滑穩定安全系數為1.39，滿足JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規程》設計要求。

支護底部抗隆起安全系數為1.907；深度39.600m處，抗隆起安全系數為17.933，均滿足《建筑基坑支護技術規程》設計要求。

2.2.2樁錨兩級邊坡剖面

南側汽車坡道區域槽底標高為-11.600m，與地下3層和地下4層形成高差分別為4.1，6.3m的高低臺，典型剖面如圖5所示，支護結構變形及內力計算結果如圖6所示。其中，一級邊坡樁身最大水平位移為12.6mm，樁頂最大水平位移為10.0mm，樁身最大正彎矩為339.7kN·m；二級邊坡樁身最大水平位移為13.2mm，樁頂最大水平位移為3.4mm，樁身最大正彎矩為200.2kN·m。

圖5 兩級邊坡剖面

圖6 兩級邊坡剖面計算結果

兩級邊坡整體抗滑穩定安全系數為1.40，滿足《建筑基坑支護技術規程》設計要求。支護底部抗隆起安全系數為1.857；深度39.600m處，抗隆起安全系數為18.058，均滿足《建筑基坑支護技術規程》設計要求。

3 基坑支護施工

3.1 支護樁施工

支護樁采用長螺旋成孔混凝土后插筋成樁工藝。為使錨桿能從既有CFG樁中穿過，南側支護樁與鄰近1，2號樓CFG樁采用平行同間距布置，東南側支護樁則與3號樓CFG樁平行同間距布置，施工放線時需嚴格控制樁位偏差。通過已有基準點及基坑支護結構平面布置圖，獲取每根支護樁中心坐標，現場利用全站儀按坐標布設樁位點，樁機就位，鉆桿垂直對位，開機鉆孔至設計深度，然后邊壓灌混凝土邊提拔鉆桿，最后下放鋼筋籠。

鋼筋籠制作采用加勁箍成型法，以保證鋼筋位置與角度準確無誤。混凝土坍落度控制在180～220mm。應連續灌注混凝土，并在混凝土初凝時間內完成灌注且超灌厚度應≥0.5m，確保支護樁成樁質量。

檢測單位對89根護坡樁進行低應變動力檢測，抽檢數為護坡樁總數的20%。檢測結果表明，受檢的89根護坡樁均為I類樁。

3.2 錨桿施工

本工程預應力錨桿需穿越鄰近既有復合地基，3號樓局部區域錨桿則需橫穿整排CFG樁。CFG樁樁距為1.6m，錨桿設計長度為24m，角度偏差需控制在1.9°以內。施工時，對鉆機進行精確定位，嚴格控制角度偏差，是錨桿成功穿越復合地基的關鍵。先采用作圖法，通過已有基準點及基坑支護結構平面布置圖，獲得每根錨桿樁邊坐標及反向延長線上控制點的準確坐標，現場利用全站儀布設樁邊點及錨桿控制點，并在錨桿控制點拉線形成錨桿理論延長線的水平投影，使錨桿鉆機鉆頭方向與延長線在投影方向重合，以達到控制錨桿水平角度偏差的目的。

同時，為減少錨桿施工對既有建筑的影響，采用套管跟進鉆機成孔，注漿采用P·S·A42.5水泥，水灰比0.5，清孔完成后將注漿管插至孔底，注漿管口應始終埋入注漿液面下，應在水泥漿液從孔口溢出后停止注漿；注漿后漿液面下降時，應進行孔口補漿，保證注漿質量。注漿管拔出后，放入錨桿桿體及二次注漿管，二次注漿管應固定在桿體上，待錨桿固結體強度達5MPa后，進行二次高壓劈裂注漿。錨桿固結體強度達15MPa或設計強度的75%后，利用500kN級穿心式千斤頂對其進行張拉鎖定。

對98根預應力錨桿進行抗拔承載力檢測。檢測結果表明，錨桿軸向抗拉承載力標準值滿足設計要求。其中，1—1剖面1-1-1-4號錨桿U-δ曲線如圖7所示，錨桿長度24m，最大位移量為32.08 mm，最大回彈量為5.91 mm，回彈率為18.4%。

圖7 錨桿U-δ曲線

4 施工監測

鑒于巖土工程復雜性及基坑工程重要性，采用信息化施工方法，對基坑支護結構及鄰近建(構)筑物進行施工監測。施工過程中，及時對監測數據進行分析，以了解和掌握基坑開挖過程中支護結構及鄰近建(構)筑物狀態，當監測數據異常時，立即分析原因并采取相應措施，確保基坑及鄰近建(構)筑物安全。

4.1 基坑監測

基坑及周邊環境監測包括坡頂水平位移及沉降、樁頂水平位移及沉降、樁身深層水平位移、錨桿內力、地下水位、基坑周邊建筑物沉降及傾斜等。目前基坑已開挖完畢并回填，整個過程各點監測數據無異常，均滿足GB 50497—2019《建筑基坑工程監測技術標準》、GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》相關規定及設計要求。

自基坑開挖至底板澆筑后28d基坑沉降穩定為止，整個沉降觀測周期內，基坑支護結構沉降曲線如圖8所示，最終沉降量平均值為12.34mm，最大值為19.58mm，位于基坑北側中部。基坑支護結構水平位移曲線如圖9所示，其中，正值代表基坑向內側移動，負值代表基坑向外側移動。向基坑內側水平位移最大值為17mm，位于基坑東北角；向基坑外側水平位移最大值為1.6mm，位于基坑南側距1號樓最近點。

圖8 基坑支護結構沉降曲線

圖9 支護結構水平位移曲線

4.2 周邊建筑物監測

基坑周邊建筑物1～3號住宅樓變形監測采用總沉降、傾斜和沉降速率指標控制，總沉降控制值20mm，報警值16mm；整體傾斜控制值0.15%，報警值0.12%；沉降速率報警值2.5mm/d。

1～3號住宅樓沉降觀測自基坑開挖至回填完成、建筑沉降穩定為止。整個建筑沉降觀測周期內，1號住宅樓最終最大沉降為-3.00mm，最大傾斜0.04%；2號住宅樓最終最大沉降為-6.88mm，最大傾斜0.019%；3號住宅樓最終最大沉降為-15.56mm，最大傾斜0.052%，均滿足《建筑基坑工程監測技術標準》《建筑地基基礎設計規范》相關規定及設計要求。

5 結語

本項目由于工期緊張，在保證基坑及鄰近建(構)筑物安全的前提下，取消常規內支撐做法，采用上部土釘墻+下部樁錨支護方案。結合樁錨支護在緊鄰CFG樁復合地基深基坑工程中的成功應用，可以得出以下結論。

1)從設計角度，支護樁采用與鄰近CFG樁平行同間距布置的方式，通過增加錨桿錨固體直徑，有效縮短了錨桿長度，將錨桿設計長度控制在CFG樁未發生錯位交叉區域。

2)從施工角度，支護樁現場準確定位及嚴格控制錨桿施工角度偏差，是錨桿成功穿越復合地基的關鍵。本項目支護樁利用坐標布設樁位點，錨桿施工則通過已有基準點及基坑支護結構平面布置圖，獲得每根錨桿樁邊坐標及反向延長線上控制點的準確坐標，現場利用全站儀布設樁邊點及錨桿控制點，并在錨桿控制點拉線形成錨桿理論延長線的水平投影，使錨桿鉆機鉆頭方向與延長線在投影方向重合，以達到控制錨桿水平角度偏差的目的。

為減少錨桿施工對既有建筑的影響，錨桿注漿采用P·S·A42.5水泥，采用二次高壓劈裂注漿，及時補漿，嚴格控制注漿量，保證注漿質量。