桩锚支护结构在深基坑中的应用分析

摘要：随着社会发展和城市建筑用地的紧张，为充分利用地下空间，基坑工程随之向更深更大发展的趋势越来越明显，加之近年来基坑安全事故频发，因此基坑支护安全性越来越受到重视。本文以某工程为实例，就桩锚支护结构在深基坑中的应用进行，以供参考。

关键词：水泥土桩；锚杆；深基坑；监测

中图分类号：TV551文献标识码： A

引言

目前，桩锚支护体系广泛应用于深基坑工程，这种支护形式具有稳定性好、安全性高、施工方便等优点。水泥土桩+锚杆支护延伸了基坑支护深度,增强了基坑的稳定性和可靠性，应用于深基坑工程，其优越性得到充分发挥，不仅施工周期短，且保证了基坑及周边环境的安全。

一、工程概况

某深基坑长度为236m，宽度为55m( 图1) ，地下共三层，为框架结构，采用明挖法施工。基坑开挖深度为设计地面标高以下16. 00 ～ 26. 00m，局部为27. 00m，试验桩所在位置处基坑开挖深度为21m。该基坑采用上部土钉下部桩锚的联合支护形式，其中3#试验桩所在位置基坑外8m 处有一个两层的框架结构正在施工。基坑上部边坡采用土钉墙，设土钉4 道，长度为6m，水平间距为1. 5m; 设计地面标高10m 以下为桩锚支护，支护桩设计直径为0. 8m，桩长为21m，其中试验桩桩长为22. 45m，桩间距为2m，桩身混凝土强度等级为C35，桩身混凝土保护层厚度为50mm。支护桩顶端通长设置冠梁，冠梁截面宽度为0. 8m、高度为0. 5m，冠梁采用C35 级混凝土。为了对比分析冠梁对支护桩的约束作用，将原设计中2#试验桩顶部的冠梁断开，使其不受冠梁的影响。桩身设置两道长15m 的锚杆，自由段长5m，锚固段长10m，第一道锚杆位于桩顶冠梁上，第二道锚杆设置在冠梁下5m 处。

图1 试验桩位置平面布置示意图

二、地质条件

该拟建场地为地势平坦，与基坑有关的地层分别为:①杂填土（Qml）:含软塑状黏土，夹砖渣碎石块、植物根及生活垃圾，湿，松散~稍密，局部地段底部为软塑黏性土，厚2.0~4.3 m；②黏土（Q4al+pl）:软~可塑,偶含矿物团块及锰铁质结核,厚1.9~6.5 m；③粉质黏土（Q4al+pl）:可塑~硬塑，含矿物团块及锰铁质结核，厚1.3~7.0m；④中细砂（Q4al+pl）:饱和，稍密，偶夹少量粉砂及粉土，含云母，砂粒矿物主要成分为石英、长石，厚1.0~4.7m。土层参数见表1。

该场地地下水主要为砂层中微承压水及上部填土中的孔隙潜水，其水量和水位受地表水及大气降水影响，含水量较大，勘察钻孔中该层稳定潜水水位约为1.2 m，黏土和粉质黏土层为相对隔水层，砂层含微承压水，稳定水位8.0~9.0 m。

表1 各土层参数设计值

三、支护方案设计

根据该基坑地质情况及周围环境状况，基坑北侧和西北角采用“坑顶放坡+水泥土桩（插钢管）+锚杆”支护形式；西侧采用“放坡+水泥土桩+锚杆”支护形式；东侧和南侧采用“放坡（坡脚插槽钢）+锚杆”支护形式。坑底粉质黏土层是下部砂层中微承压水的天然隔水层，基坑开挖过程中的上层滞水采用集水沟疏导。

1）土压力计算:采用朗肯理论公式分层计算，采用水土合算的总应力法计算主、被动土压力。2）稳定性验算:采用经典的瑞典圆弧法，通过下式进行复合支护稳定性验算。

式中:K 为整体稳定安全系数；Ks、Ka、Kc、Kp分别为土、锚杆、水泥土和微型桩产生的抗滑力矩与土体下滑力矩比；ci、ji、li分别为第i 个土条在滑弧面上的黏聚力（kPa）、内摩擦角（°）和弧长（m）；Wi为第i 个土条重量，包括土体自重、作用在第i 个土条上的地面加地下荷载（kN/m）；qi 为第i 个土条在滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角（°）；sax，j、spx，j 为第j 层锚杆和微型桩的水平间距（m）；Nu，j为第j 层锚杆在稳定区（即滑弧外） 的极限抗力（kN）；aj 为第j 层锚杆的倾角（°）；qj 为第j 层锚杆与滑弧面相交处，滑弧切线与水平面的夹角（°）；jj为第j 层锚杆与滑弧面相交处土的内摩擦角（°）；fvc、fvp 为水泥土和微型桩的抗剪强度设计值（kPa）；Ac、Ap 为单位计算长度内水泥土桩和单根微型桩的截面积（m2）；ga、gc、gp 为锚杆、水泥土桩和微型桩产生的抗滑力矩复合作用时的组合系数。

本基坑使用一桩一锚共计135根的结构形式，锚杆之间的距离和桩间距，锚杆安设的角度应该15°～30°之间，可以通过对于此支护结构体系的受力分析计算，这样就可以确定锚杆轴间拉力T＝ND/cosa式之中N为锚杆的水平受力，D是桩距，而a则是锚杆需要的设计角度21°，27°而为交错布置，其锚杆锚固的长度L可以依照以下式进行确定L＝KT/3.14d1q式之中K表示是安全系数，而d1则表示的是锚杆孔的直径，而Q则是土体同锚固体的粘结强度。

在进行锚杆设计之时，我们则要求水泥使用量应该高于65kg/m，而水灰比低于0.6，所以水泥标号应该高于42.5，因为本预应力锚杆具有可拆除的优势，那么就要求锚杆的锚固段应该尽量短一些，靠近基坑壁的自由段应该尽量的长，依据这些年的经验使用二次注浆工艺就可以使得q较（土层锚杆设计与施工规范）CECS22：90的推荐值提高1.5倍～2.0倍，所以，我们使用二次注浆施工技术。

此工程之中锚杆的参数是：设计承载力270kN，而锁定荷载135kN，而安装角度21°，27°交错布置，自由段4m，锚固段长14m，根数130。

四、深基坑开挖

（一）、施工流程

施工准备测量放线水泥土桩施工监测点布置与监测四周排水沟及硬化路面施工水泥土桩养护期满第1 层土方开挖第1 层喷混凝土施工微型钢管桩和压顶板施工第2 层土方开挖和锚杆施工第3 层土方开挖和锚杆施工保留0.3 m 厚土保护层， 进行承台开挖施工清底至设计基坑深度施工完毕。

（二）、桩顶侧向位移

在2#试验桩和3#试验桩桩顶的冠梁表面分别设一个位移监测点，将得到的监测数据绘制成如图2所示的位移-时间曲线。表1 为不同时间对应的基坑开挖工况，基坑开挖深度均从冠梁的顶面开始计算。

表1 基坑开挖工况

图2支护桩桩顶位移-时间曲线

（三）、水泥土桩挡墙

沿基坑边设计2~3 排f500水泥土桩，有效桩长8 m，全程复搅,纵横向桩距400mm，采用PSA32.5 水泥，喷灰量55±5 kg/m。

（四）、微型钢管桩

微型钢管桩规格为f127、d4.5@800，L=8 m，基坑开挖到-2.3 m 后在水泥土桩间采用勘察钻机成孔f150,然后清孔直到返出清水，将加工好的f127 钢管放入孔中,将注浆管插到孔底,采用PO42.5R 的水泥浆灌注,水灰比0.4~0.5，注浆压力0.4~0.6 MPa。

（五）、土方开挖

土方开挖至2 m 深时，发现杂填土层与下部黏土层间有1 层厚0.5~1.0 m 的砂层（该层勘察报告中未提及）,通过走访附近居民，场地原由一池塘填成，上层滞水比预想的丰富。为此将锚杆成孔工艺由洛阳铲改为钻机成孔，为防止锚孔坍塌，成孔后立即安装锚杆并及时注浆，短锚杆（不大于6 m）改为花管（由气锤打入并注浆）。在基坑东侧和南侧支护段，下部黏性土在干燥环境下的稳定性较好,但在受上部渗水的侵蚀后强度急剧下降，稳定性极差,为克服砂层渗水对其下部坡面的影响，采用速凝的喷射混凝土对砂层部位进行封堵，并设置排水管进行疏导，此外在土方挖至4.5 m 深时，打入超前槽钢，并将其与第三排锚杆头焊接牢固，下部土方开挖后及时对坡面进行挂网喷混凝土封闭，将水对下部土层的侵蚀降至最低，充分利用土体自身强度自稳。

（六）、预应力锚杆施工

首先对其进行定位，对于孔成，可以使用建泥浆扩壁，其套管2m18m；预应力锚杆安放之时，在达到钻进深度之后，清水洗孔直到孔口流出较清水结束，可以放置预应力锚杆的杆体；对于注浆应该使用42.5MPa普通水泥，其水灰比则为0.6，而一次注浆的压力为0.5kPa，到孔口出浆液之时应该拔出一节套管，然后继续注浆到孔口出比较浓的浆液，可以拔出所有的套管，之后再使用玻璃丝封口，在第一次注浆12小时之后，接着进行第二次注浆，其压力1.5MPa，继续注入0.8m3，如果压力到了3MPa之时应该停顿15分钟，之后再注入0.6m3；对于张拉，在注浆之后7小时来对锚杆可以进行分级逐次张拉。

结束语

总之，该项目施工中根据实际情况及时调整局部支护方案和施工工艺，不仅保证了基坑安全，且取得了良好的经济效益和社会效益。基坑工程应采用动态设计、信息化施工，及时优化施工工艺，出现异常情况应马上分析原因并采取有效的处理措施，确保工程安全。

参考文献

[1] 武崇福，李长洪． 深基坑桩锚支护结构桩身内力及土压力试验研究［J］． 施工技术， 2012， 41( 24) : 4-7．

[2] JGJ 120―2012 建筑基坑支护技术规程［S］． 北京: 中国建筑工业出版社， 2012．