桩-锚加土钉墙复合支护技术在深基坑工程中的应用

摘要：建筑基坑工程正朝着深、大、结构更复杂的方向发展，因此，其支护方式不是单一的。而是多种支护技术复合应用。本文结合具体实例和地质条件，在支护结构方案分析的基础上，对本工程采用的桩-锚+土钉墙复合支护技术方案设计进行了详细阐述，并对施工过程殊情况的应急处理措施和基坑监测进行了分析探讨和总结。

关键词：深基坑：复合支护；桩-锚：土钉墙；基坑监测

中图分类号：TU94+2

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2010)06-0159-03

1　引言

深基坑支护的方案有护壁桩、锚杆、喷锚、土钉墙等多种方式，各种方案有其优点和局限性，应在深入掌握和研究已有工程地质、水文地质资料和周边环境条件的基础上。进行方案的分析、论证与优化。

特别是现代高层建筑基坑工程朝着深、大、结构更复杂的方向发展，基坑结构支护也不再是采用单一的技术方法，而是多种支护方式的综合应用。因此，应在分析的基础上，选择科学合理的基坑支护方案，以确保证基坑支护工程的质量和施工安全。

2　工程概况

某商住楼建筑工程项目主楼19层和裙楼5层，框剪结构，总建筑面积32005m2。基坑南北长109m，东西宽39.6-45.60m，大致呈梯形，基础类型拟采用独立基础或条基，开挖深度为5.0-9.5m。本基坑东侧为某大厦裙楼3―5层，基础埋深约1.5m，距基坑开挖边线约9.0m，主楼16层，箱式基础；南侧为一栋3层的居民住宅楼，天然地基，基础埋深约1.5m，距基坑开挖边线约8.0m；西侧为城市主干线距基坑开挖线约8.0m，北侧人行道距基坑开挖线约有20m。

由于受已有道路、建筑的限制，土方的开挖放坡较小，部分需采用近似垂直开挖，为保证基础施工的安全。必须采用科学合理基坑支护措施。与基坑支护工程有关的土层物理力学性质如表1所示。

3　深基坑支护方案分析与设计

3.1　基坑支护方案分析

按照设计要求及设计原则，考虑工程现场条件和地质情况及需要着重解决的问题，本工程可采用的支护方式有：1)桩锚联合支护：2)超前微型桩复合土钉墙支护：3)土钉墙支护。

桩锚联合支护安全性高，基坑边坡变形小，一般用于安全等级为二级以上，周边环境对基坑变形要求严格的基坑工程。土钉墙和超前微型桩复合土钉墙是目前应用较多的支护类型，工艺简单，施工速度快，成本低，适用于放坡开挖与周边环境较简单的基坑支护。本基坑工程开挖深度9.5m左右，边坡侧壁安全性重要等级为二级，边坡环境条件不是很复杂，场地地下水位埋藏较浅，基坑开挖深度内地基土承载力较高。根据工程现场环境条件、地层特点、施工季节以及在本地区基坑支护施工的成熟经验，经分析论证，从安全、经济、工效几方面考虑，依据基坑边坡环境条件不同，分别采用桩锚+土钉墙复合支护方案。

3.2　桩－锚联合支护

基坑东侧边坡分一级开挖，深度9.5m，建筑物距基坑口距离约9.0m，基础埋深较浅，且在建筑物与坑口间有一条水泥混凝土道路通过，存在有活荷载作用，边坡安全性要求较高。由于受环境条件的限制，基坑采用垂直开挖，边坡设置桩锚支护，桩间喷射厚10cm的C20砼面层。

基坑南侧与东侧有着相似的环境条件，支护结构可按东侧执行。

3.3护坡桩

3.3.1护坡桩布置

在基坑开挖线外侧0.6m位置处的坡顶布置(p600mm钢筋砼桩1排，单桩长度24.53m，间距1.2m。桩顶设计标高+0.50m(自然地面)，钢筋笼采用通长配筋，主筋为15cp25HRB335钢筋，加强箍筋按Ф14@2000沿笼长均布，螺旋筋按Ф10@150设置，钢筋笼主筋保护层50mm(见图1)。

3.3.2　护坡桩施工技术要点

1)钻进成孔时控制好桩长、桩径、垂直度，桩体垂直度偏差>1％，桩位偏差》50mm。

2)在钻孔过程中和成孔后均应不断置换泥浆进行清孔，清孔完毕立即进行成孔质量检查验收，对每根桩的孔位、孔深、孔径和沉渣应及时检查，填写旌工记录，桩径允许偏差≤30mm，泥浆密度应为1.05-1.10kg／L。检查成孔质量合格后，应尽快安装钢筋笼、浇注水下混凝土。

3.3.3　混凝土灌注

1)保证灌注过程机械性能可靠，钢筋笼与桩孔中心基本重合。

2)导管使用前必须认真检查导管的密封性能及同心度，并检查导管连接的可靠性。

3)导管下人孔中后需测量孔底沉渣和泥浆密度，若未达到要求须进行清孔。灌注砼前用导管进行二次清孔，使孔底沉渣控制在现行规范要求以内。

3.4　预应力锚杆

3.4.1　预应力锚杆布设

自护坡桩桩顶以下2.0m位置设第一排预应力锚杆，锚杆长度21.50m，钻孔直径150mm，锚固段长度13.0m，水平间距2.4m：护坡桩顶以下5.0m设第二排锚杆，铺杆长度32.0m，锚固长度25.50m，水平间距2.4m：护坡桩顶以下8.0m设第三排锚杆，锚杆长度27.0m，锚固长度22.0m，水平间距2.4m。锚杆安装角度均为15度，锚杆施工采用二次劈裂注浆工艺，锚杆采用直径32～36mm的钢筋制作，预加张拉力值260kN，预应力锚索布设见图1。

3.4.2　预应力锚杆施工工艺要求

3.4.2.1　预应力锚杆参数

锚杆是一种受拉结构体系，其设计参数按其所用材料与其受力状况进行确定，详见表2。

3.4.2.2　预应力锚杆施工技术要求

1)锚杆水平向孔距偏差》50mm，垂直方向孔距误差>100mm。锚杆孔深不应小于设计孔深，也不应大于设计长度的1％。

2)钻孔底部的偏斜尺寸不应大于锚杆的3％，可用钻孔测斜仪控制钻孔方向。

3.4.2.3　预应力锚扦注浆技术要求

1)注浆浆液采用水灰比为0.4～0.5的水泥浆，水泥采用P.032.5级普通硅酸盐水泥，必要时可加入一定量的外加剂和掺合料。

2)注浆采用二次注浆技术，第一次注浆后6～8h内通过注浆管进行二次劈裂注浆。

3)在注浆压力过高、注浆量达到设计要求的情况下可以停止注浆，注浆作业开始和中途停止时间较长，在作业时宜用水或稀浆：中洗注浆泵和注浆管道。

4)浆体硬化不能充满锚固体时应进行补浆，保证锚杆体质量。

3.4.2.4　预应力锚杆张拉技术要求

根据开挖时基坑的实测变形情况对预应力锚杆的张拉和锁定进行动态信息控制，锚杆的张拉与锁定符合以下要求：

1)锚固段强度>18MPa并达到设计强度的90％后方可进行张拉工作：

2)锚杆张拉顺序应考虑对邻近建筑物和锚杆的影响；

3)预应力锚杆张拉至设计张拉值的0.9～1.0

倍以后，再按要求进行锁定：

4)锚杆张拉控制应力不应超过锚杆体强度值的0.85倍。

3.5　土钉墙支护

基坑西侧与北侧边坡开挖分2级进行，深度分别为5.0、9.5m。坡顶距开挖线外缘1.5m处布置摩擦锚杆1排，长度2.0m，间距1.5m。坡面布置支护土钉6排，水平间距2.0m，垂直间距1.5m，呈梅花形布置，倾角15度，孔径100mm，配筋采用(p16～22mm的HRB3SS型号钢筋制作(如图2所示)。

3.5.1　布筋网

分布筋Ф8@150mmxl50mm，加强筋(p12@1500mm x1500mm纵横布置。

3.5.2　土钉墙设计参数

按照有关基坑支护规范和技术规程创建工程地质数值模型，利用理正软件对2个支护剖面的支护结构进行内部稳定性、外部整体稳定性、抗倾覆稳定性等进行数值模拟计算，综合确定支护土钉的设计参数(见表3)。

3.5.3土钉成孔要求

采用锚杆机或人工洛阳铲成孔，成孔直径100mm，孔深宜大于设计孔深100mm，成孔角度13～15度。土方开挖与支护分层分段进行，每层开挖深度>1.7m，每段开挖长度>25m。

3.5.4　土钉制作安装要求

土钉配置钢筋采用直径Ф12～28mm的HRB335型号钢筋制作，施工前现场取样进行材料复试检测。土钉杆体应沿土钉轴线方向每间隔2m设置一个居中支架，以保证土钉体质量，居中支架采用Ф8mmR235型钢筋制作，并将用作居中支架的钢筋两段弯曲成弧形，与土钉钢筋有效焊接。

3.5.5注浆要求　根据本工程条件注浆采用水泥浆，水泥采用P.032.5级普通硅酸盐水泥。水泥浆液水灰比为0.4～0.55。注浆应从孔底开始灌注，当孔口有浆液流出并加压稳定后，方可停止注浆。

3.5.6　编扎钢筋网

钢筋网片采用Ф8mm钢筋调直，按双向间距为150mm编扎。搭接长度

3.5.7　喷射混凝土面层

喷射混凝土的面层强度为C20，喷射混凝土采用P.032.5级普通硅酸盐水泥。配合比一般采用水泥：砂：碎石质量比为1：2：2，水灰比为0.4-0.5，具体参数值由现场确定。喷射混凝土面层厚度100mm，分两层喷射。

3.5.8　防排水措施 　 防排水对基坑安全非常重要，一旦有水侵入基坑周围，将改变坑壁地基土的力学性质及土的受力特征。基坑施工时要求截断所有通往基坑的水源。挂网喷护面层设置排水口，分别在4m和9m处设2排排水口。

4　施工过程殊情况技术处理措施

考虑到基坑工程的特殊性，施工中要采取以下措施：保证坡面按设计放坡率放坡，禁止超挖，基坑开挖时分层分段进行，最下层土方开挖时要分段预留土墩，保证基坑安全：施工中加强基坑及周边环境变形观测工作，发现异常及时进行处理，以确保基坑安全，施工过程中的应急处理如下：

4.1　局部坍塌

基坑北侧开挖至第③粘土时，由于土方超挖深度过大，且该层粘土属膨胀性土，土体竖向节理发育，节理面为白色粘性土，出现了局部坍塌，塌方范围长度4.0m、高度0.3～0.42m。

4.1.1　处理方法

将塌方处立即进行坡脚回填；人工进行清理，在塌方中下部每隔1.0m打人Ф22mm长度1.5～2.0m短钢筋，利用轻质砖进行垒筑，同时每隔2.0m埋人直径25cm注浆管和每隔1.5m埋人直径130mmPVC管预留施工锚杆用，然后挂网喷射厚度10cm强度C20砼面层，并掺入早强剂，固结3d后进行注浆处理，注浆处理结束24h在预留孔内施工长度4.5m土层锚杆，水泥浆中掺入早强剂，待锚固体固结3d后安放20a型槽钢，并预加10kN预应力，成功解决了局部坍塌问题。

4.1.2　预防措施

开挖该层土时，每次开挖深度不超过1.0m，并及时喷射厚度4～5cm素砼面层，减少该土层的暴露时间，防止土体收缩出现裂隙，然后再施工土钉。

4.2　地下水的控制

4.2.1　基坑侧壁渗水处理

基坑开挖后，在基坑东北角深度4.5m左右位置出现渗漏，分析原因距离基坑12m处为下水管道，下水管道有渗漏点，每天渗漏严重。

处理方法：在渗漏处插入直径25mm导水管，将水导人基坑底部的排水沟内排走。

4.2.2　坑底积水处理

基坑开挖后，原来施工降水井多被挖土破坏，基底为强风化泥岩，水随着岩层裂隙流出，水量较大。

处理方法：采用集水坑明排的方式进行了降水。沿基坑周边挖设宽约0.4m、深约0.6～1.0m排水沟，排水沟采用1-3cm石子回填，每隔约25m挖设宽0.6m、深0.8m集水坑，集水坑中下人井管，放入水泵进行明排：基坑内部每隔15-20m或积水较多处挖设宽0.3m、深0.5m盲沟与基坑边缘排水沟相连，盲沟采用1～3cm石子填平，在集水坑中下人潜水泵抽水。成功地将地下水降至基底以下。

4.2.3电梯井底积水处理

该楼基底共有4个电梯井，电梯井基底比坑底超深1.2m，其中有3个电梯井积水。

处理方法：采用预埋PVC管自吸泵抽水的方式进行了降水。在电梯井底部挖设宽约0.4m、深约0.6m盲沟，将直径25mm的PVC管放人盲沟底部，PVC管底部做成花管，外包16目尼龙网，盲沟采用1～3cm石子填平，将PVC管挖浅沟埋设引到基坑边缘排水沟。再接上自吸泵进行抽水，成功地解决了电梯井积水问题。

5　基坑施工监测

本工程对基坑布设2。个观测点进行了沉降和位移观测，从基坑开挖到基坑施工至+0.0m，累计5个多月时间内共进行32次沉降和位移观测：土钉墙沉降量在0.5～16mm之间，其中基坑北侧中部沉降累计最大16mm，其他基坑周边沉降在0.5～6.8mm之间。

在整个土方开挖和基坑支护施工过程中，始终坚持科学的态度，加强信息化动态管理。根据监测信息反馈，随时调整设计与施工方案。从监测结果来看，各点的监测数据都在设计允许和控制范围内，未出现异常的情况。

6　结语

综上所述，采用桩一锚+土钉墙复合支护使土方开挖与边坡支护同步进行，缩短了工期。解决了场地狭小给施工带来的不利影响，并保证了相邻建筑的安全，基坑四周建筑物和地下各种管线安全无恙。基坑支护完成后，根据对基坑边壁几何尺寸进行的测定，边壁完全符合地下室墙体外墙模的要求。