樁+錨索支護在深基坑支護中的應用探索

祝冰青

（安徽水利水電職業技術學院，安徽 合肥 231603）

隨著城市建設的發展、建筑用地的緊張，建筑物的高度和荷載越來越大，加之地下空間的有效利用，深基坑施工的需求越加廣泛。由于土質、開挖深度、施工工藝、技術、施工機械、建設投資等條件的不同，深基坑支護的形式多種多樣。樁+錨索支護在深基坑支護中是一種經濟效益較好的支護方法，它是利用樁和預應力錨索共同形成聯合體抵抗排樁上受到的彎矩和變形，共同承擔樁后的土壓力。在深基坑支護中樁+錨索支護比內支撐形式提供更多的土方開挖面，便于土方快速機械開挖，縮短土方開挖工期。

1 樁錨支護結構的設計

樁錨支護結構由錨索（桿）、腰梁、錨具、圍護樁、冠梁組成。錨索（桿）分為自由段和錨固段，錨索（桿）采用二次注漿，其中自由段通常采用黃油涂抹并用塑料薄膜纏裹或者外套PVC管處理，保證其不受水泥漿影響；錨索一般用鋼絞線，錨桿采用錨筋。腰梁材料多采用型鋼，其中工字鋼較多，為了保證腰梁與圍護樁之間的傳力和耐久，中間用混凝土澆筑，錨具采用鋼墊板和高強螺栓。圍護樁采用鋼筋混凝土樁或組合加勁混凝土樁。冠梁采用現澆鋼筋混凝土。

樁錨支護結構的設計步驟為土壓力計算，圍護樁在各種工況下的位移、彎矩、剪力計算，圍護樁的樁徑、配筋、樁距、錨索（錨桿）驗算，冠梁設計，整體穩定性、抗傾覆、抗隆起驗算。

1.1 土壓力計算

一般采用Zemochkin方法進行樁錨支護結構土壓力分析，作用在樁上的集中力用帶有剛度的彈簧表示，賦予每種土層一個剛度系數，同時錨索（桿）也用帶剛度的彈簧表示。靜止土壓力根據彈性平衡條件求解，與土層自重應力成正比，引入靜止土壓力系數，分析靜止土壓力強度，根據合力計算方法求解靜止土壓力。目前工程中常用的計算軟件較多，在軟件中考慮基坑深度、嵌固深度、放坡信息、荷載大小、土層參數、支錨道數、支錨信息等因素，根據開挖步驟工況信息，采用彈性法土壓力模型和經典法土壓力模型計算土壓力。

1.2 支護結構設計

根據開挖卸載的工序不同，考慮開挖、錨索（桿）施工的工況，利用彈性法、經典法土壓力模型計算內、外側土壓力及樁身產生的位移、彎矩、剪力，進行樁身強度、剛度驗算。彈性土壓力和經典土壓力計算條件和計算假定不同，故計算結果差距較大。經典法計算簡單，彈性法接近實際土壓力分布，考慮樁和土的相互作用，在軟件中都需考慮。如圖2所示為某項目（設置2道錨索）5中工序下的位移、彎矩、剪力包絡圖（彈性法用藍色表示，經典法用紅色表示）。冠梁按受彎構件進行計算截面和配筋。錨索（桿）的設計根據所采用錨索（桿）材料級別，判別其材料強度設計值和彈性模量，根據彈性法和經典法分別計算錨索（桿）水平方向內力和軸向內力，確定其自由段、錨固段長度，然后進行整體穩定驗算。

1.3 整體穩定性驗算

根據基坑設計要求，樁+錨索支護必須進行整體穩定、抗傾覆驗算和抗隆起驗算。整體穩定驗算在我國常采用瑞典條分法，應力狀態有有效應力法和總應力法，根據軟件驗算整體穩定系數滿足規范即可。抗傾覆驗算，采用公式（1）驗算抗傾覆系數，滿足規范要求即可。

式中，Mp為基坑被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩，對于錨索（桿），支點力為錨索或錨桿的錨固力和抗拉力的較小值。Ma為基坑主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。

由于基坑開挖導致坑內土體產生的荷載卸除，坑外土體的自重及支護外地面上的各種荷載作用，導致基坑外土體產生向著基坑內的位移，即為隆起現象，這種現象可引起坑外產生較大沉降或相鄰建筑物破壞，所以抗隆起驗算必不可少。抗隆起驗算從支護結構底部開始逐層進行滿足規范要求即可。

2 樁錨支護結構的施工關鍵

根據安徽地區樁+錨索支護結構的施工工藝，總結施工關鍵為樁身質量控制、預應力錨索（桿）質量控制。

2.1 樁身質量控制

樁位：嚴格根據圖紙進行樁位放線，控制其水平位置和高程位置，偏差不應超過50mm。

垂直度：樁身成孔過程中一定要控制其垂直度，垂直度偏差不應超過0.5%。若采用組合加勁混凝土樁，型鋼要控制好與冠梁中心線的垂直。

2.2 預應力錨索（桿）質量控制

錨索（桿）成孔：孔位置準確，統一在支護樁上標記，鉆孔傾角按照圖紙要求，偏斜不超過5%，孔中嚴禁注水，及時做好成孔保護。

錨索（桿）安裝：當成孔深度達到圖紙要求，放入錨索（桿），不能將孔放置時間長。錨索采用鋼絞線，錨桿采用錨筋，安裝時每隔1.5m設置一對中支架。

注漿：采用兩次注漿方式，第一次低壓注漿為重力注漿，第二次高壓注漿，兩次注漿的時間間隔為4～5h，控制兩次注漿的水灰比。

自由段留置：自由段要不受水泥漿影響，一般采用黃油涂抹并用塑料薄膜纏裹或者外套PVC管。

預應力張拉：當錨固段強度達到設計強度等級的75%后方可張拉，先進行預張拉1～2次，然后按設計荷載的1.05～1.1倍進行超張拉，穩定5～10min后，減少至設計荷載鎖定。

3 深基坑支護施工優化

將BIM技術運用到深基坑支護施工管理中，根據三維模型模擬施工，對施工方案進行優化處理，可節約施工工期和施工成本。

3.1 工程概況

某項目地處主干道交口，屬于車流、人流密集地段及沉降敏感區域，該工程深基坑工程施工較為復雜，原設計有一側采用排樁+雙斜撐支護形式。

通過BIM建模，模型如圖3所示，模擬施工過程發現：第一次開挖土方至第一道斜撐安裝后，第二次開挖的預留土范圍只有4.5m高，水平寬度6.3m的空間，小挖機不具備施工作業面，如采用人工破碎的方式，工期將延后3個月以上。即使第二次開挖預留土能夠成功實施，第二道斜撐順利安裝，但是第二道斜撐下至筏板底標高只有4.95m高，且斜撐下角度只有35度，挖機無法作業。只有采用人工開挖形式，工期遙遙無期。

3.2 優化方案

通過與設計單位溝通，建議取消兩道斜撐、樁頂擋板，取消轉角處鋼筋砼支撐，不改變樁徑，增加支護樁長度，采用放坡+樁錨支護結構，見圖4所示。設計單位對該方案重新進行計算，滿足規范設計要求，同時建設單位也認為此方案施工可行。

利用BIM建模軟件，構建三維模型，設計開挖順序，模擬施工過程。用小型挖掘機挖至工作面，即可調用大型挖掘機翻土。當挖土挖至坑底最內側時，采用小型挖土機械進行轉運。這樣設計挖土順序和機械，提高整個基坑的土方開挖效率。土方開挖中嚴格基坑變形監測，隨著基坑深度增加，監測到基坑坡頂水平、豎向位移離報警值較遠。雖然測出軸力增加，但在規范允許范圍內，基坑周邊道路及建筑物也未發現沉降及其他變形異常現象。

3.3 優化效果

經過對原設計方案的優化，有利于現場土方大型機械施工，出土難度減小、出土速度快，減少支護工程施工難度，縮短支護施工周期。開挖由人工轉為大型機械，開挖成本降低，經濟效益增加。從基坑監測來看，基坑的累計變形及日變形速率均沒達到報警值。

4 結語

樁+錨索支護結構是目前深基坑處理中的經濟效益和工程效益都較好的支護方案，該方法比地下連續墻施工難度小，成本低，同時施工需要的作業面小，適用的土質范圍廣，能處理10m以上的深基坑。但樁錨支護也存在資源浪費、影響環境及影響周圍地下工程等的缺點，希望后期能采用樁錨支護材料的綠色回收。