樁錨工程基坑支護設計

袁珍梅

（甘肅有色工程勘察設計研究有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

擬建建筑場地位于黃河南岸Ⅱ級階地，擬建建筑為11層，場地地面高程介于1 530.63～1 532.09 m之間，基礎頂標高為-14.7 m，柱下承臺按1 800 mm考慮，基底標高為-16.5 m（1 515.30 m）。基坑最大開挖深度約為15.8 m。筏板外邊緣挑出地下室外墻1 000 mm，筏板外邊線距基坑下口線留800 mm工作面。

1.2 場地巖土工程水文地質條件

擬建建筑場地區域地層自上而下依次分布如下:

（1）雜填土層（Q4ml）:厚度2.5～3.5 m,土質不均勻，雜色，以粉土顆粒為主，含少量的煤渣、磚塊等，稍濕，稍密。表層0.2 m為砼地面。

（2）黃土狀粉土層（Q4al+pl）:厚度7.7～9.3 m，土質較均勻，褐黃色，孔隙及蟲孔較發育，局部含少量的粉細砂及粉質黏土，無光澤，韌性低，干強度低，搖振反應中等，稍濕～濕，稍密。其中9.0 m以下為很濕～飽和，稍密～中密狀。

（3）粉質黏土層（Q4al+pl）：厚度1.3～2.4 m，土質不均勻，褐灰色～青灰色，稍有臭味，孔隙、蟲孔較發育，局部夾少量粉細砂薄層，干強度高，稍有光澤，韌性中等，無搖振反應，軟塑～可塑狀。

（4）粉細砂（Q4al+pl）：埋深12.1～13.7 m，青灰色，主要礦物成分為石英、云母等，砂質較純，稍濕，中密。該層呈透鏡狀，居于卵石層頂面。

（5）卵石層（Q4al+pl）：勘察厚度為5.3～8.0 m（該層未穿透），雜色、青灰色為主，成分以石英石、花崗巖、變質砂巖等為主，以砂類土充填，磨圓度較好，呈圓形～亞圓形，級配不良，粒徑以2～8 cm為主，偶見漂石，卵石顆粒含量約占全重的55%～60%，1.5 m以上稍密，其下中密～密實狀。

工程勘察期間，在勘探深度范圍內未見地下水出露。場地由于受上部給排水管道、地溝滲漏等影響，地表水入滲至黃土狀粉土層及粉質黏土層，形成局部的上層滯水，使地基土處于飽和狀。飽和層面埋深約9.0 m。

2 治理工程設計

2.1 基坑支護方案設計原則

確保主體工程得以實施、結合周圍環境等影響因素；保障基坑自身邊坡，周邊的構筑物、建筑物，以及道路、地下管線等的安全穩定；最大限度節約施工現場的可用空間；確保安全前提下，優化支護方案的結構形式，以減少項目施工造價，節約工程資金；達成該項目對工程安全、質量、工期及資金的控制目標。

2.2 基坑周邊環境條件

基坑西北角下口線距住宅樓（井樁基礎）最近距離約為4.64 m；基坑北側緊鄰院內道路，該道路北側為既有辦公樓（1F,淺基礎），基坑下口線與其最近距離約為7.52 m；基坑東側下口線與街道的最近距離約為10.94 m；基坑南側緊鄰院內道路，其南側為院內圍墻，基坑下口線距圍墻的最近距離約為7.6 m；基坑西側與項目一期、二期工程相接。

2.3 基坑支護設計計算參數

綜合本工程的重要性等級、場地復雜程度、場地工程地質條件、基坑開挖深度及周邊環境等作用因素，擬定本工程基坑側壁支護安全等級為一級。

依據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012）[1]，基坑支護后有效安全期考慮為12個月，基坑重要性系數取γ0=1.10；排樁圓弧滑動穩定安全系數考慮為Kr=2.2；基坑抗隆起安全系數采用Kb≥1.8；錨桿抗拔安全系數采用Kt=1.8。

根據本項目巖土工程勘察報告，結合該地區的設計、施工經驗參數，基坑支護設計計算中所采用的巖土特征參數見表1。

表1 巖土特征參數表

2.4 支護方案的選擇

為保障基坑邊坡、鄰近建構筑物、管線及道路的安全，結合基坑開挖、地下工程作業環境等，必須對基坑邊壁進行有效支擋。支護形式根據基坑周邊各段空間條件、土層地質條件、邊坡坡高坡率、邊坡變形要求等約束條件，將工程的安全性、經濟性作為關鍵因素，選用適宜的支擋形式。

因基坑開挖深度約為15.8 m，且周邊臨近的建、構筑物及道路、管線等繁雜且距離受限，施工可利用空間十分狹小，因此場地不具備能夠自然放坡的條件。為切實保證基坑坑體及四周建、構筑物的安全不影響正常使用，該基坑工程擬采用樁錨工程進行支護。

基坑支擋設計計算，使用深基坑設計軟件進行。結合該區域基坑支護、支擋的工程設計經驗，認真詳細總結該工程前期已完工工程的成功設計、施工作業等經驗，對設計參數適當微調，并經設計軟件驗算復核，最終確定了該支擋設計方案。

3 工程措施

（1）支護排樁設計樁徑為0.9 m，樁心距采用2.0 m，樁全長為24.0 m。支護樁與其頂部的冠梁砼強度等級均為C30，施工工藝采用旋挖鉆挖孔。鋼筋籠采用沿樁身通體通長均勻布筋,砼保護層厚度5 cm，主筋及加強筋均為HRB400鋼筋，箍筋選用HPB300鋼筋為螺旋箍。支護樁主筋植入冠梁的長度不得小于0.55 m，冠梁尺寸為1.2 m寬、0.6 m高。

（2）支護樁的樁間共布設3排預應力錨索及4排土釘。錨索水平間距為2.0 m，豎向間距采用2.5 m，位于相鄰兩根樁的中間。三排錨索長度不同，分別采用18.0 m、16.0 m、16.0 m，自由段長度各自為6.0 m、5.5 m、5.0 m。錨索材料選用3束直徑為15.2 mm的鋼絞線綁扎，錨孔內采用M 20水泥砂漿進行注漿。預應力錨索的成孔孔徑采用150 mm，第2及3排錨索底部5 m范圍內，采用20 MPa高壓注漿進行擴孔，擴孔后終孔徑為400 mm。

（3）冠梁下1.5 m處打入第1排土釘，選用1根直徑為18 mm的HRB400鋼筋，或直接打入DN40的錨管，長度為12 m；第2～4排位于3排錨索下部2 m處，直接打入DN40錨管，長度分別為6.0 m、3.0 m、3.0 m。土釘的水平及豎向間距均選用2.0 m，孔內注入的水泥砂漿強度等級為M10。

（4）如遇錨管打入卵石層進入困難，則需結合現場實際情況盡可能地打入，必要時也可采用加密土釘；如在雜填土層土釘難以成孔甚至不能成孔，則可直接打入DN40的錨管。第1排土釘打入時，需結合現場情況，必須避開地下管線等，土釘的具體位置、長度等，可以結合現場情況酌情調整。

（5）待支護排樁施工結束，邊坡開挖成型后，需在排樁樁間掛設土釘網，并且噴射素砼。在支護樁的樁身上，固定土釘鋼筋網片。噴射素砼的面層厚度采用0.1 m，強度等級為C25，骨料最大粒徑小于等于16 mm，水灰比宜為1∶0.45。混凝土護面鋼筋網，采用單層雙向網片。網片設計直徑為6.5 mm的鋼筋，間距設計為250 mm×250 mm，接頭可用搭接綁扎，搭接的長度不大于等于200 mm。鋼筋網的翻彎長度需要大于1.5 m。砼面層在其頂部位于基坑邊時，須向上翻澆。寬度設計為2 000 mm（鋼筋網片的翻彎長度、基坑頂部混凝土面層的寬度等，若施工時不能達到設計要求尺寸，可以結合場地實際條件酌情進行調整）。

（6）基坑頂外翻邊鋼筋網的邊緣位置處，須設置地錨。地錨選用豎向植入30～50 cm的HRB400鋼筋，或打入DN40鋼管而成。鋼筋網片需掛設在地錨外側的橫向鋼筋上，沿基坑周邊的布設間距以2.0 m為宜。

（7）沿基坑四周，需要鋪砌高度為0.3 m的磚砌擋水墻。因場地地形條件受限不能設置擋水墻的地段，必須保障地面排水順暢，嚴防坑頂積水。

4 基坑監測

鑒于基坑開挖成型后放置時間較長，故應在施做過程中及放置期間加強對周邊建構筑物、管線、地面及基坑頂的沉降及位移情況進行監測，隨時監控沉降位移發生量及其變化趨勢等，遇見異常情況立即停止施工作業，并立刻上報相關負責人，盡快查清問題原因后及時處置。

依據《建筑基坑工程監測技術標準》（GB 50497—2019）[2]，本項目基坑工程監測的主要內容有：因為基坑開挖從而引起的基坑底部及頂部的水平位移變形，基坑頂部四周地面的沉降豎向位移變形；支護排樁樁頂的水平位移變形；因為基坑開挖而引起的臨近建筑物、地面、管線、道路等的沉降豎向位移，以及基坑周邊產生的地表、道路管線的變形裂縫等。本工程基坑周邊及坡頂共布置17個水平位移監測點，基坑周邊的建筑及道路共布設豎向沉降監測點18個。

基坑監測時應當在開挖前測得初始值，并且不得少于2次，初期開挖時每天監測宜不少于2次。隨著開挖加深，監測的周期可適當加大，但當變形超過相關標準時，尚需加密日觀測次數。基坑支護完成后或邊坡變形趨于穩定時，監測的周期可以增大至1次/周。遇雨季時，必須增加觀測的密度，暴雨過后須及時進行變形觀測。變形觀測須一直持續至基坑回填完成后方可停止。

5 基坑工程應急預案

深基坑支護工程，屬于危險性較大的分部分項工程。施工過程中可能遭遇各種意外工況，施做中要切實加強觀測，采用信息法施工，對應急處理措施進行專項論證，以防患于未然，有備無患。

（1）基坑開挖前，應預見可能發生的事故，相應準備一定的應急材料、設備，籌備好搶險加固的工作。若基坑開挖施做引起涌土、流砂或坑底隆起失穩時，或圍擋結構變形過大有失穩預兆的，應立刻停止施工作業，并采取有效的應急措施，確保施工安全、順利地進行。

（2）基坑開挖時如遇位移速率過大，在位移沉降過大區域，應立即采用坡腳堆載土體以控制繼續變形，待邊坡穩定后再行支擋加固。

（3）坑體土方的開挖應分區、分層、分段進行，嚴禁出現一次性開挖到底及超挖。挖出的棄土不得堆放在支擋外側基坑邊，嚴禁施工設備觸碰支擋結構。開挖至設計坑底標高后，立即做墊層、砌筑磚模、澆筑混凝土底板，嚴禁長時間暴露。

（4）對于位移、沉降過大區域，應結合成因，或加密錨索、或坡頂卸荷，或采用坡后小壓力注漿等措施以加固坡體。

（5）坑壁局部坡面剝離坍塌的處理：輕微時，迅速采用噴錨掛網固定，噴射速凝砼（噴射料中依比例加入適量速凝劑）[3]；較嚴重的應在塌方位置向下打入豎向鋼管，并于坑外一側插入竹笆，然后向塌方處填埋草袋，使加強筋與豎向鋼管焊接，并與支護樁樁體植筋相連，并綁扎鋼筋網片，立刻噴射速凝砼。當遇暴雨或因其他特別情況，坡體存在坍塌的風險，致使無法及時實施加固時，應立即停止該險情處的土方開挖作業，同時疏散現場施工人員至安全區域。用挖掘機等機械迅速回填土方于險情處支護體系的底部，預防引發支護體系的整體滑移而帶動更大面積的支擋體險情。

（6）因本基坑雜填土厚度變化較大，在較厚部位土方的開挖應分區域、分層、分段開挖作業，若雜填土垃圾較多導致穩定性較差時，分層厚度應調整為0.3～1.0 m，分度長度為5～10 m，開挖完成后應及時進行素噴，待素噴砼初凝后，再進行鋼筋網片的捆扎、上層噴射砼的施工，待上層砼強度達到80%后，再實施下層開挖作業。

（7）在施工過程中，遇厚層粉細砂層、飽和粉土地層時，應采用分段、分層開挖作業，分段長度5～10 m，分層厚度0.5～1.0 m。開挖后迅速采用植入錨管掛網固定，噴射速凝砼；土層坍陷較嚴重時，向下植入豎向鋼管，坑外一側打入竹笆，然后向塌方處填入草袋，將加強筋同樁身植筋焊接，捆扎鋼筋網片，立即噴射速凝砼。

（8）地下室結構施工，應于基坑安全使用期內完成，若未能完成地下室四周回填，應結合基坑監測、基坑周邊建筑荷載等，對支擋結構安全有效性評價，同時確定是否需采取加固等處理措施。

（9）險情發生時，強化位移變形監測，如裂縫較小且趨于穩定，可對原支擋體系加固。如果變形較大，原有支擋體系已完全失效，則宜用機械輔助，人工分段分層重新加固險情處。

6 施工注意事項及安全文明施工要點

6.1 施工注意事項

（1）支護排樁、錨索及土釘等加固措施實施前，必須仔細查明場地周邊的地下管線（網）、構筑物等的埋深及走向等情況，杜絕工程支護措施所占用的空間與地下已有的管網等構筑物交叉引起安全責任事故以及非必要的損失等。

（2）基坑開挖過程中應當連續施工，將暴露時間減少至最低。開挖時須遵守“自上而下，先撐后挖以及分層開挖”的原則。嚴格按設計的土釘位置進行分層開挖，嚴禁超挖后回填；嚴禁邊坡坡壁超挖而引起的土體松動，機械開挖宜與人工清坡相緊密結合，確保邊坡坡度、邊坡平整度等達到設計要求，坡面不得有虛土。若坡面上有較大的坑穴或孔洞時，應先行掛設鋼筋網后，再將坑體、洞穴用磚塊、砂石或沙袋等密實材料填平夯實。

（3）如土釘墻坡面遇滲水則極易誘發邊坡失穩，施工前須采取如防滲土工布等必要的措施以確保邊坡不發生滲漏現象。

（4）土釘掛網噴射砼應當分段、分層地施工，不得超挖或是將多層并為一層實施。

（5）基坑周邊嚴禁堆放開挖的土方及其他建筑材料等，棄土應及時清運出場。坑頂四周必須設置防護欄桿、安全防護網及標識牌等，進入施工現場的所有人員均須配戴好安全帽，杜絕從坑頂向下拋扔物體。

（6）勘探顯示本項目在開挖的深度范圍內未出露地下水，但場地的四周管溝、管道等繁多，且年代久遠，故施工前必須做好防排水設施，以防止雨季降水由地勢高處匯流至基坑內。密切關注預防基坑坑頂及側壁土體內的各種水源滲流等所誘發的基坑安全問題。

6.2 安全施工

（1）錨索、土釘等施工前，須認真查清管線、地下障礙物走向、埋深等情況，嚴格避免所占用的空間與地下已有建構筑物重疊，導致安全事故及經濟損失等。

（2）土釘墻邊坡滲水,極易誘發邊坡坍塌失穩等。施工前時應采取有效措施確保邊坡不產生滲漏現象。

（3）掛網噴射砼須分層分段施做，不得超挖或將多層合并為一層進行作業。

（4）基坑頂周邊必須設置安全護欄及護網，所有進入施工現場的人員均須配戴安全帽，嚴禁從坑頂向下扔拋物體。

6.3 文明施工

本工程文明施工的重點為防擾民、防污染、防塵降噪等工作。施工前應悉心做好與周邊群眾及相關單位的溝通解釋工作，土方開挖及運輸時間須合理，將施工對周邊居民、單位及道路交通造成的不利影響盡量降低。

7 結語

本次采用支護排樁、預應力錨索、土釘、擋水墻等工程措施進行深基坑支護設計，這些措施增加了坑壁穩定性，防止其產生變形過大、地面沉降等工程災害，消除了安全隱患，確保基坑開挖影響范圍內的人員及既有建筑物的安全，使支護工程達到工程質量、安全、工期、經濟投資等控制目標。