福州某高校家屬樓基礎(chǔ)開挖錨桿支護技術(shù)

黃冠強

（增城市水利水電建設(shè)管理中心，廣東 增城 511300）

0 引言

目前， 深基坑支護已經(jīng)有多種較為成熟的技術(shù)[1]，噴錨支護是其中一種比較新穎的技術(shù)。 自引進噴錨(土釘)支護技術(shù)以來，基坑的施工速度提升了，質(zhì)量保證了，工期縮短了,施工設(shè)備輕便了，材料用量少，工程造價節(jié)約30%～40%。 因此， 在地下深度小于6m的基坑施工中，幾乎全部采用噴錨支護技術(shù)，并逐漸應(yīng)用到深度大于6 m 的二層地下室基坑施工中。 但在其應(yīng)用的過程中，也存在地面開裂、坑壁塌方、坑地土隆失穩(wěn)、周邊鄰近地下管線破裂、破壞及沉陷不均等事故，其原因主要是忽視噴錨技術(shù)的局限性，不顧條件地使用噴錨支護。20 世紀90 年代以來，我國有不少工程專家和學(xué)者對該項技術(shù)進行了深入的研究和應(yīng)用，證實它是一種技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟效益可觀的技術(shù)， 并已將其成功地應(yīng)用于非軟土場地基坑支護，基坑深度已突破20 m。

1 錨桿支護的計算內(nèi)容及方法

1.1 計算內(nèi)容

噴錨支護的計算目前還處于半理論、半經(jīng)驗狀態(tài)。 設(shè)計計算時，要采用多種計算方法，進行對比分析，還要參考相似條件下的成功經(jīng)驗。計算內(nèi)容主要為：（1）基坑的穩(wěn)定性。采用圓弧滑動法，按土的固結(jié)快剪強度指標， 計算非支護條件下的邊坡整體穩(wěn)定系數(shù)，并進行支護條件下邊坡穩(wěn)定性的校核。 （2）地面變形的控制。按環(huán)境因索、環(huán)境等級確定。通常應(yīng)遵守當?shù)赜嘘P(guān)深基坑支護技術(shù)規(guī)范。 （3）地下水控制。 地下水控制是保證基坑安全可靠運行的重要因素。 考慮地下水作用，土體穩(wěn)定安全系數(shù)K 取1.1～1.2，不考慮地下水作用時，K 取1.3～1.5[2]。

1.2 計算方法

計算方法采用條分法中常用的計算方法——簡化Bishop 法。 它是一種適合于圓弧形破壞滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析方法。 但它不要求滑動面為嚴格的圓弧，是近似圓弧即可[3]。 Bishop 法的力學(xué)模型如圖1 所示：

在應(yīng)用Bishop 法力學(xué)模型時，其基本假設(shè)為:（1）滑動面為圓弧形或近似圓弧形；（2）假定條塊側(cè)面的垂直剪應(yīng)力?；谏蠄D分析，由庫侖破壞準則得

式中: F 為穩(wěn)定系數(shù)；ui為作用在分塊滑面上的孔隙水壓力(應(yīng)力)；li為分塊滑面長度,(li=bi/cosαi)；bi為巖土條分塊寬度；αi為分塊滑面相對于水平面的夾角；ci為滑體分塊滑動面上的黏結(jié)力；φi為滑面巖土的內(nèi)摩擦角；R 為圓弧形滑面的半徑；i 為分析條塊序數(shù)(i＝1、2，…，n)，n 為分塊數(shù)。

2 工程實例分析

2.1 工程概況

該工程位于福建省福州市烏龍江大道東，為某高校教師住房。 建筑物為3 座18 層高層塔式住宅樓，樓高58.7 m，為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)。地下室設(shè)在樓下部，總建筑面積約11 676 m2?；娱_挖深度為7.7 m。

2.2 工程地質(zhì)條件

經(jīng)鉆探，擬建場地揭露深度范圍內(nèi)的巖土層從上往下可分為6 層，分別為：（1）雜填土（Q4ml）。 灰褐色，以黏性土為主，含少量碎石、塊石，硬雜質(zhì)含量為10%～30%，局部為素填沙組成，層厚為1.00～1.60 m。（2）粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）。 褐黃色，可塑狀態(tài)，干強度中等，無搖震反應(yīng)。 層厚1.20～5.70 m。 （3）淤泥(Q4m)。深灰色，飽和，流塑～軟塑，以黏性土為主，含有機質(zhì)及腐爛的植物，局部夾薄層粉細沙，無搖振反應(yīng)，干強度中等。 本層在場地內(nèi)均有分布，層厚10.10～24.10 m。 （4）卵石（Q4al+pl）。 淺灰色，密實狀態(tài)，母巖多為中風(fēng)化正長巖、凝灰?guī)r及中風(fēng)化花崗巖等。該層分選性一般，均勻性差，在擬建場地均勻分布，層厚2.50～5.90m。 （5）全風(fēng)化花崗巖（r53）。 褐黃色，中粗粒結(jié)構(gòu)，礦物成分主要為長石及石英。 長石大部分已風(fēng)化為黏土礦物，為極軟巖。 巖體破碎程度為極破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級，層厚2.40～2.70 m。（6）中風(fēng)化花崗巖（r53）。 灰黑，中粗粒結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為長石、石英。 巖體較完整，RQD 約為35～52，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級，最大揭露厚度為6.27 m。各土層參數(shù)如表1 所示。

另外，測得場地地下水穩(wěn)定水位為0.79～2.85 m，標高為5.36～6.78 m。 據(jù)調(diào)查，地下水位變幅在1.00～2.00 m 左右，根據(jù)業(yè)主提供的水文資料，歷史最高洪水位可淹沒現(xiàn)地表，最高洪水位標高約為8.40 m，設(shè)計時應(yīng)予以重視。

表1 土層參數(shù)Table 1 Soil parameters

2.3 基坑土體滑動面確定

由于擬建場地開闊空曠，所以決定進行二級放坡卸土。 根據(jù)開挖范圍內(nèi)的土層，以及該場地周圍設(shè)施情況[4]，確定一級坡面按1:1 放坡，開挖深度3.1 m；二級坡面按1:0.4 放坡，開挖深度2.32 m。 基坑剖面簡況如圖2 所示。

圖2 基坑剖面示意圖Fig.2 Foundation pit profile

根據(jù)slide 軟件的計算結(jié)果，邊坡的整體安全系數(shù)為1.88，整體滑塌的可能性較小。 其中一級坡面基坑放坡3.1m 后，坡面Kmin=3.062＞1.2，坡面土體整體穩(wěn)定性比較良好，但二級坡面穩(wěn)定性不滿足建筑要求，需要使用噴錨支護。 根據(jù)算出的滑動半徑r=5.024 m、滑狐長度L=1.267 m，計算出最危險滑動面離坡面最大距離為1.454 m，潛在滑動面離坡面最大距離大約為6.729 m。 二級邊坡最危險滑動面如圖3所示。 考慮到錨桿是傾斜打入到土層中的（傾斜角一般為15°～35°）[5]，所以錨桿設(shè)計長度可以選擇6 m、8 m、10 m。

圖3 二級邊坡最危險滑動面Fig.3 The most dangerous sliding surface of the secondary slope

2.4 錨桿長度優(yōu)化分析

錨桿長度的設(shè)計直接關(guān)系到基坑邊坡的安全穩(wěn)定，同時它還是影響工程造價的重要因素。 slide 計算結(jié)果顯示， 潛在破裂面離二級坡面最大距離為6.729 m，所以錨桿長度選擇6 m 錨桿并不合適，最好大于6.729 m。 錨桿選擇10 m 時，根據(jù)計算（計算過程略），兩排錨桿抗拔力分別T1=19.24 kN，T2=

21.22 kN。 使用slide 進行穩(wěn)定性計算，安全系數(shù)達到4.247，此次工程基坑安全等級為二級，并不需要這么高的支護安全系數(shù)。選用8 m 錨桿加固后，土坡最危險滑動面安全系數(shù)（FS）為1.814，加固土坡面安全系數(shù)(FS)達到2.369，均滿足要求。圖4 為8 m 錨桿加固后的坡面整體穩(wěn)定情況。

3 結(jié)論及建議

福州地區(qū)某高校家屬房基坑安全等級為二級，基坑開挖范圍內(nèi)主要為粉質(zhì)黏土和淤泥組成的土質(zhì)，需要基坑支護才能滿足建筑物的要求?；又ёo采用二級放坡，一級坡面穩(wěn)定性良好，不需要使用錨桿支護， 只需噴射混凝土面； 二級坡面使用噴錨支護。通過優(yōu)化計算分析，認為兩排8 m 的錨桿支護效果最好。

圖4 坡面加固后整體穩(wěn)定性示意圖Fig.4 Global stability after reinforcing the slope surface

[1] 余志成,施文華. 深基坑支護設(shè)計與施工[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社,1997：2-5.

[2] 趙志縉,應(yīng)惠清. 簡明深基坑工程設(shè)計施工手冊[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000：88-89.

[3] 盧延浩. 土力學(xué)[M]. 南京：河海大學(xué)出版社,2005：86-87。

[4] JGJ120-99，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].

[5] CECS22:90，土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范[S].