桩锚支护体系在深基坑工程中的应用

摘 要：某高层大厦深基坑工程，基于周边环境、形状尺寸、场地条件、地质条件等因素，选用桩锚支护体系，采取合理设计、科学施工、严密监测等措施，获得了良好的技术经济效应。

关键词：深基坑工程 桩锚支护体系 结构设计 支护施工 监控量测

1 工程概况

某高层大厦南邻城市主干路，西邻1号楼，东邻2号楼，北邻一座市政公园，四邻的最小净距分别为25米、12米、8米、36米。其中1号住宅楼为8层砖混结构，采用钢筋混凝土条形基础，基底相对标高为-1.5，2号住宅楼为16层剪力墙结构，设一层地下室，采用箱形基础，基底相对标高为-3.0，其示意图如图1所示。

该高层大厦设3层地下室，基坑平面形状为矩形，双向尺寸为118m×82m，挖深达到12.75m，属于典型的深基坑。

图1 基坑工程平面图

2 地质条件

现场已完成场地平整，取平整后场地的相对标高为±0，地面超载取为20 kPa。现场地下水位较高，为-2.7。自±0以下各土层的主要物理力学指标如表1所示。

表1 土层物理力学指标

3 结构设计

3.1 概念设计

该深基坑支护结构的安全性等级为一级。基于周边环境、形状尺寸、场地条件、地质条件等因素，以兼顾技术先进性、施工便利性、经济合理性为原则，按地下连续墙桩撑桩撑+桩锚桩锚的次序，选用桩锚支护体系，并在相邻两桩之间和排桩背后采用高压旋喷桩施做止水帷幕，不考虑坑外降水，适当进行坑内降水。为使结构受力更为合理，在基坑角部排桩以圆角交接。另外，为使锚杆避开2号住宅楼的基础，基坑最上1.2m部分进行放坡，并采用网喷防护。

3.2 桩体设计

排桩采用钻孔灌注桩，直径为800mm，相邻两桩间距为1000mm，嵌固深度为8m，桩身混凝土为C30，桩身纵向配筋为HRB335。

考虑各种工况，经计算单桩承受的最大弯矩为819kN・m，需配置20φ25纵向受拉筋。

3.3 锚杆设计

采用三道锚杆，第一道锚杆的端头锚固在冠梁上，第二道锚杆、第三道锚杆的端头锚固在腰梁上，三道锚杆的标高分别为-1.5，-6.0，-10.5。

考虑各种工况，经计算三道锚杆承受的最大拉力分别为203kN、518kN、507kN，三道锚杆设计如下：

第一道锚杆，倾角为20°，自由段长11m，锚固段长12.5m，钢绞线2s15.2；

第二道锚杆，倾角为20°，自由段长8m，锚固段长16.0m，钢绞线4s15.2；

第三道锚杆，倾角为20°，自由段长6.5m，锚固段长14.5m，钢绞线4s15.2。

图2 支护结构剖面图

3.4 稳定验算

整体稳定验算、抗倾覆稳定性验算、抗隆起验算、抗管涌验算均符合要求。

4 支护施工

4.1 施工流程

桩锚支护体系总体施工流程为施工准备排桩施工止水帷幕施工第一步土方开挖坡面网喷防护冠梁施工第一道锚杆施工第二步土方开挖第二道锚杆施工第一道腰梁施工第三步土方开挖第三道锚杆施工第二道腰梁施工第四步土方开挖坑内降水设施施工底板施工。

4.2工艺要点

几个工艺要点如下：

（1）排桩要间隔跳打成孔，并应在灌注混凝土24h后，方可进行邻桩成孔施工。

（2）旋喷桩的孔位和桩径应使旋喷桩与灌注桩咬合200mm，以确保旋喷桩与灌注桩紧密贴合。为确保形成闭合帷幕，相邻旋喷桩之间应咬合200mm。为确保桩体质量，旋喷桩应间隔跳打。

（3）网喷防护做法为坡面挂铁丝网，用φ20钢筋钉入土内1m，并喷射50mm厚混凝土面层。

（4）在锚杆注浆强度达到设计值的75%后，方可进行锚杆预应力张拉施工。

（5）锚杆端头在锚固前应测定锚杆的预应力值，如有损失，应补张拉。

5 监控量测

5.1 桩顶水平位移监测

在桩顶冠梁上共设12个位移观测点，观测结果分析如下：

（1）桩顶水平位移的时间变化规律：坑内土方未开挖时（工况1）为0，随着土方开挖直至第一道锚杆张拉前（工况2），逐渐增大至C1；第一道锚杆端头锚固后逐渐减小，随着土方开挖直至第二道锚杆张拉前（工况4），又逐渐增大至C2；第二道锚杆端头锚固后逐渐减小，随着土方开挖直至第三道锚杆张拉前（工况6），又逐渐增大至C3；第三道锚杆端头锚固后逐渐减小，底板施工后（工况7）又逐渐减小至C4；之后渐趋稳定。其中C1C2。

图3 W2点水平位移时间曲线

（2）桩顶水平位移的空间变化规律：基坑东侧最大，原因有二：其一是基坑东侧最先开挖，东侧暴露时间最长，其二是基坑东侧紧邻2号住宅楼，地面附加荷载大；另外，在无邻近建筑物、周边条件较为均质的基坑南侧、北侧，桩顶水平位移均表现为中间大、两端小。

（3）桩顶水平位移的实测最大值为28mm，出现在W2点，小于计算最大值和报警值。

5.2 邻近建筑物沉降监测

在1号住宅楼、2号住宅楼上各设3个沉降观测点，观测结果分析如下：

（1）邻近建筑物沉降的时间变化规律：与桩顶水平位移的时间变化规律相类，前期发展较快，但明显滞后于桩顶水平位移，至地下室施工完成后渐趋稳定。

（2）邻近建筑物沉降的空间变化规律：一是在桩顶水平位移大的部位，建筑物沉降也相应较大；二是离基坑越近，建筑物沉降越大；三是建筑物抵抗沉降的能力与自身的基础形式、基础埋深、结构形式、荷载大小等密切相关，2号住宅楼抵抗沉降的能力明显强于1号住宅楼。

（3）邻近建筑物沉降的实测最大值为21mm，出现在S2点，小于计算最大值和报警值。

5.3周边地表沉降监测

因离城市主干路较近，在基坑南侧设置5个地表沉降观测点，离开基坑边缘的距离分别为2.3m、7.9m、12.5m、17.8m、23.2m；市政公园离基坑较远，受基坑开挖影响较小，在基坑北侧不设地表沉降观测点。

根据观测结果，基坑南侧5个观测点的地表沉降分别为1.2mm、8.1mm、13.2mm、7.5mm、0.8mm，表明基坑周边地表沉降随着离开基坑边缘距离的增大，先是逐渐增大，在离开基坑边缘距离大约为1倍基坑挖深时达到最大，其后又逐渐减小。

图4 周边地表沉降（坑边距离曲线）

6 结论评价

通过该深基坑工程的成功实施，取得了如下认识：

（1）对于深基坑工程，必须通盘考虑周边环境、形状尺寸、场地条件、地质条件等因素，并通过合理设计、科学施工、严密监测等措施，方能获得良好的技术经济效应。

（2）合理设计是先导，其中概念设计尤为重要，应根据标准规范和实践经验，实事求是地分析工程实际，优选满足实际需要且能方便施工、降低成本的设计方案。

（3）科学施工是关键，要做好总体部署、优化施工流程，对于一些关键工序、重要部位以及工序衔接环节、构件交接部位，更要严格控制施工质量。

（4）严密监测是保障，除了反馈预警外，更应发挥监测的施工指导作用，以实时调整施工措施，确保施工安全。

参考文献：

[1] 刘建航、侯学渊，《基坑工程手册》，中国建筑工业出版社，2009

[2] 江正荣，《建筑施工计算手册》，中国建筑工业出版社，2012

[3]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）

[4]《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）

作者简介：

杨宝玉：（1973年12月--），男，山东安丘人，现居深圳；1999年毕业于同济大学岩土工程专业，硕士研究生学历，长期从事工程项目管理和技术研究工作。