壓力型擴體樁錨新型支護體系應用分析

虞國宏

【摘? ? 要】：為消除基坑開挖對周邊既有地下管線及構筑物影響，提出采用壓力型擴體樁錨新型支護體系替代傳統支護結構。以實際工程為例，采用有限元分析，通過與常規內支撐、樁錨工藝對比，驗證了壓力型擴體樁錨方案的優越性。

【關鍵詞】：深基坑；復雜周邊環境；新型支護體系；壓力型擴體樁錨

【中圖分類號】：U448.35【文獻標志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）03-24-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.008

Application Analysis of A New Support System-pressure-type Expanded

Pile Anchor

YU Guohong

（Tianjin Municipal Engineering Design & Research Institute Co. Ltd.， Tianjin 300392，China）

【Abstract】：In order to eliminate the influence of pit excavation on existing underground pipelines and structures around， this paper introduces the new supporting system-pressure expanded pile anchor to replace traditional supporting structure. Using actual project as an example， the paper adapts finite element stress analysis， compares with the conventional internal support and pile anchor technology and verifies the superiority of pressure expanded pile anchor.

【Key words】：deep pit；complex surrounding environment；new support system；pressure expanded pile anchor

隨著城市建設發展，基坑工程在方案選型時面臨復雜的地下條件，需根據不同要求控制建構筑物或管線變形[1～2]。實際工程中可以采用雙排樁解決錨桿、土釘、支撐等支護結構受實際條件限制而無法實施的問題[3]；但支護結構選型需考慮經濟性，雙排樁結構可能較多情況下因造價偏高而不被采用。本文結合雙排樁、傾斜樁等的作用機理[[4～5]，創新優化出壓力型擴體樁錨結構。

1 工程概況

某工程為市政道路與某建筑地下室連接的過渡地下廣場。基坑包括地下廣場、進出BC通道，呈極不規則形狀，最大開挖深度約為11.0 m。見圖1。

場地為微丘陵地貌，沿線高程大多在17.886～21.390 m。場地勘察深度范圍內地下水類型主要包括上層滯水，賦存于人工填土中；四系孔隙潛水，場地內主要含水層為局部分布的殘積砂土層；基巖裂隙水，基巖裂隙水含水層主要為裂隙較為發育的中風化巖。

2 工程難點

基坑南側為現狀市政道路，地下有供水總管、高壓線、燃氣管等多種現狀管線存在，保護要求最高的為DN1 800 mm供水總管（鑄鐵壓力管），與基坑最近約為5.2 m。該供水總管承擔著該地整個片區的水源生命線；因此變形按最嚴格等級進行控制，變形量控制在30 mm內。

3 支護方案

3.1 方案比選

常規支護方案有?1 000 mm@1 400 mm灌注樁+混凝土支撐或預應力錨索。見圖2。

此兩種常規方案存在以下局限性：

1）排樁+內支撐方案采用混凝土支撐時，靠近既有建筑側亦需要設置灌注樁，使得基坑整體造價較高；分工序施工，后期拆撐存在一定安全隱患，施工速度較慢且開挖工作面受限、出土速度慢；分層開挖，需等待支撐施工達到設計強度后方可開挖，工期長；

2）排樁+預應力錨索方案預應力錨索傾斜打入，伸入鄰近地下空間，首道錨索與南側供水總管豎向空間存在沖突；分層開挖，分層制作腰梁及后期養護等對工期影響大，工期長。

針對項目工期、造價和周邊條件的限制，采用壓力型擴體樁錨作為支護結構，沿基坑側壁排列設置由前排支護樁（墻）、后排豎向拉錨以及樁（墻）頂部與豎向拉錨頂部梁板組成支擋式結構。見圖3。

壓力型擴體樁錨支護體系后排擴體錨樁分為錨桿普通錨固段、錨頭擴大段。本工程中后排擴體錨樁錨固段為強風化泥質粉砂巖層，錨固段長度為6.0 m，錨樁抗拔力特征值180 kN，錨樁擴大頭段為水泥土芯體+鋼構芯體、高壓旋噴注漿段；實施時旋噴擴孔后應立即植入壓力型擴體錨頭及錨桿。擴體錨固段注漿采用高壓注漿工藝，水泥凈漿灌注，漿液應攪拌均勻并過篩，隨拌隨用，漿液應在初凝前用完，注漿水灰比0.5，囊內注漿體設計強度≮20 MPa。

3.2 支護結構驗證

為進一步驗證壓力型擴體樁錨支護體系的合理性，基于Plaxis2d有限元軟件建立橫斷面尺寸為50 m×25 m的2D模型，分析基坑的安全性及變形是否滿足要求。見表1-表2和圖4。

支護側壁結構最大位移處為樁頂附近主動土側區域，位移30～32 mm；坑內土層呈回彈變形狀態，最大回彈量為47.5 mm。

對模型中結構整體內力進行分析。見圖5。

結構體系中，擴體錨樁產生162 kN的拉力；連板的最大剪力和最大彎矩位置均為連板與支護樁剛接處，最大剪力和最大彎矩分別為166.4、522.7 kN/m；支護樁的最大剪力和彎矩分別為218.3、548.4 kN/m。

支護樁水平位移及總位移＞30 mm；坑外供水管周邊土體最大為25.2 mm，小于供水管控制位移30 mm。

4 應用效果

支護樁樁頂水平及豎向變形總體控制在13 mm以內。見圖6。

5 結論及建議

相較于常規支護結構方案，壓力型擴體樁錨支護體系在項目實施過程中，體現了多個方面的優勢：

1）較好控制了周邊地面及供水管等重要地下管線的變形；

2）施工工序相對較為簡單，基坑作業面較大，無常規內支撐施工及拆撐換撐工序，施工過程相對安全，無分層施工步驟，極大地加快基坑施工速度；

3）基坑支護結構施工速度較快，無內支撐結構，方便基坑土方開挖與出土、地下室結構施工；

4）不同于常規水平錨桿、預應力錨索的水平設置，新型壓力型擴體樁錨為垂直打入，不需要突破紅線、不會打入到鄰近建構筑物基礎下方，對于禁止錨索超過紅線的城市具有較大的技術優勢；

5）與采用常規內支撐排樁或樁錨方案相比，本項目基坑造價減少約21%～37%，優勢明顯。

應用新型壓力型擴體樁錨支護體系時，仍需注意以下事項：

1）當基坑頂部荷載較大時，基坑監測變形急劇增加，因此需嚴格控制基坑頂超載或動荷載；

2）當坑底土體較軟弱時，可能較容易發生變形，對深厚填土、淤泥質土等地層應用需進一步論證和試驗；

3）壓力型擴體樁錨支護體系為新型工藝，擴體錨樁的成樁質量關乎著基坑安全穩定性，對施工施工水平有較高要求。

參考文獻：

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