山西清華科技園深基坑樁錨支護(hù)工程應(yīng)用

徐 飚

(山西建筑工程(集團(tuán))總公司地基與基礎(chǔ)分公司，山西太原 030002)

深基坑采取樁錨支護(hù)應(yīng)用廣泛，預(yù)應(yīng)力錨索是樁錨支護(hù)體系中的重要結(jié)構(gòu)，因此預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)、施工是工程成敗的重要環(huán)節(jié)，本文通過(guò)13．0 m深基坑支護(hù)的工程實(shí)例，對(duì)錨索的設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行闡述。

1 工程概況

山西清華科技園工程場(chǎng)地位于太原市南中環(huán)街與濱河?xùn)|路東北角，工程由4棟高層建筑及地下車(chē)庫(kù)組成，基坑呈L形，南北長(zhǎng)230 m，東西寬220 m，基坑周邊總長(zhǎng)度920 m。

本工程 ±0．000絕對(duì)標(biāo)高為782．9 m，基礎(chǔ)底標(biāo)高 －14．7 m。場(chǎng)地呈南低北高，場(chǎng)地絕對(duì)標(biāo)高介于779．57 m～783．11 m之間。其中場(chǎng)地東側(cè)、南側(cè)、西側(cè)自然地面標(biāo)高－1．7 m，基坑開(kāi)挖深度13．0 m;場(chǎng)地北側(cè)自然地面標(biāo)高+0．3 m左右，基坑開(kāi)挖深度達(dá)15．0 m?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，要求支護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂變形不大于30 mm。

2 工程環(huán)境

基坑?xùn)|側(cè)、東北側(cè)距離新建城市道路3．0 m，道路下電纜、煤氣管網(wǎng)緊鄰支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形要求高?；游鞅眰?cè)地勢(shì)較高(基坑開(kāi)挖深度15．0 m)，距離在建建筑物18．0 m。基坑南側(cè)距離南中環(huán)街30 m，距離圍墻20 m?；游鱾?cè)距離濱河?xùn)|路50 m，場(chǎng)地開(kāi)闊(見(jiàn)圖1)。

圖1 基坑支護(hù)總平面圖

3 工程地質(zhì)

根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》反映擬建場(chǎng)地所處地貌單元為汾河?xùn)|岸Ⅰ階地，場(chǎng)地地層情況如下:

第①層人工填土:可分為2個(gè)亞層。第①1層雜填土:結(jié)構(gòu)松散，均勻性差。平均厚度3．6 m。第①2層素填土:以粉土及粉質(zhì)粘土為主。平均厚度3．2 m。第②層粉土:標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)3．0擊～10．0擊，平均6．5擊。平均厚度6．45 m。第③層粉細(xì)砂:標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)9．0擊～15．0擊，平均12．1擊。平均厚度2．09 m。第④層粉土:標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)10．0擊 ～20．0擊，平均13．7擊。平均厚度6．6 m。第⑤層細(xì)砂:標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)17．0擊～39．0擊，平均26．3擊。平均厚度24．05 m。

場(chǎng)地首層地下水類(lèi)型為孔隙潛水，主要由大氣降水補(bǔ)給。主要含水層為第③層粉細(xì)砂、第⑤層細(xì)砂、第⑦層細(xì)砂、第⑨層細(xì)中砂，以第②層粉土、第④層粉土、第⑥層粉質(zhì)粘土及第⑧層粉質(zhì)粘土為相對(duì)隔水層，實(shí)測(cè)穩(wěn)定水位埋深6．7 m～10．6 m之間。

4 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境情況，采取混凝土灌注樁樁錨支護(hù)體系為主。

4．1 灌注樁

灌注樁樁頂連梁標(biāo)高均為－6．2 m，東側(cè)、南側(cè)、西側(cè)灌注樁樁徑800 mm，樁長(zhǎng)為17．5 m，東北側(cè)灌注樁樁徑900 mm，樁長(zhǎng)為20．5 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30。

土方開(kāi)挖后，樁間采取掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)面措施，網(wǎng)片采用Φ3@100 mm預(yù)制網(wǎng)片，噴射混凝土面層厚度80 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20。

南側(cè)、西側(cè)支護(hù)措施:卸載深度4．5 m，平臺(tái)寬度3．4 m，邊坡坡率1∶0．7，灌注樁樁徑800 mm，樁間距 1．4 m，預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)2排(見(jiàn)圖2)。

圖2 南側(cè)、西側(cè)支護(hù)剖面圖

東側(cè)、東北側(cè)支護(hù)措施:無(wú)卸載區(qū)域，三軸攪拌樁緊貼灌注樁施工至－1．7 m。設(shè)計(jì)灌注樁樁徑800 mm，樁間距1．3 m，預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)2排(見(jiàn)圖3)。

西北角支護(hù)措施:基坑開(kāi)挖深度15．0 m，卸載深度6．5 m，平臺(tái)寬度2．5 m，放坡坡率1∶0．3，采取土釘支護(hù)護(hù)坡措施。灌注樁樁徑900 mm，樁間距1．2 m，預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)為3排。

圖3 東側(cè)、東北側(cè)支護(hù)剖面圖

4．2 預(yù)應(yīng)力錨索

基坑?xùn)|側(cè)、南側(cè)、西側(cè)預(yù)應(yīng)力錨索標(biāo)高分別為－8．2m，－11．7 m，錨索長(zhǎng)度分別為24．0 m，29．0 m，自由段長(zhǎng)度分別為8 m，5 m，錨固段長(zhǎng)度分別為16．0 m，24．0 m，錨索分別選用3束和4束7φ5低松弛1860級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn);預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)計(jì)值分別為480 kN，750 kN，預(yù)應(yīng)力張拉鎖定值分別為280 kN和440 kN。

基坑西北側(cè)預(yù)應(yīng)力錨索標(biāo)高分別為－6．9m，－8．9m，－11．4 m，預(yù)應(yīng)力錨索長(zhǎng)度均為19．5 m，自由段長(zhǎng)度分別為9．5 m，7．5 m，6．0 m，錨固段長(zhǎng)度分別為10．0 m，12．0 m，13．5 m，預(yù)應(yīng)力錨索抗拉設(shè)計(jì)值分別為360 kN，410 kN，450 kN。錨索均選用3束7φ5低松弛1860級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)。

預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)成孔直徑均為150 mm，水平夾角為15°，成孔要求采取套管跟進(jìn)、管內(nèi)鉆進(jìn)工藝，水泥采用P．O42．5普通硅酸鹽水泥，水灰比0．45，采取二次劈裂注漿工藝，水泥用量不少于80 kg/m。鋼腰梁采用雙肢25b槽鋼。

4．3 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)及計(jì)算

本工程結(jié)構(gòu)計(jì)算采用理正深基坑支護(hù)計(jì)算軟件。計(jì)算13 m基坑第一層，第二層預(yù)應(yīng)力錨索水平反力分別為:F1=338．0 kN，F(xiàn)2=525．4 kN。

軸向拉力值計(jì)算:NiK=FiS/bacosα，其中，S，ba分別為錨索水平間距、結(jié)構(gòu)計(jì)算寬度，本工程S，ba均為1．4 m，α=15°。得N1K=350 kN，N2K=543．9 kN。

錨桿極限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算:Ri=πd∑qsikLi，其中，d=0．15 m;qsik綜合取定為90 kPa(要求采取二次劈裂注漿工藝);錨索錨固段長(zhǎng)度 L1=16．0 m，L2=24．0 m。得 R1=678．3 kN，R2=1 017．3 kN。

錨索抗拔安全系數(shù)計(jì)算:Ki=Ri/Ni，得 K1=1．93，K2=1．87。計(jì)算錨索抗拔安全系數(shù)均大于規(guī)范中一級(jí)基坑錨索抗拔安全系數(shù)不小于1．8的要求。

錨索軸向拉力設(shè)計(jì)值計(jì)算:N=γ0γFNk，其中，γ0為結(jié)構(gòu)安全性系數(shù)，取1．1，γF為作用基本組合的綜合分項(xiàng)系數(shù)，取1．25。得N1=481．3 kN，N2=747．9 kN。

第一層3束7×φ5 mm 1860級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)(鋼絞線(xiàn)抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fpy=1 320 N/mm2)，抗拉驗(yàn)算:fpyAp=3×7×15．2 mm2×1 320 N/mm2=543．3 kN。fpyAp＞N1=481．3 kN。

第二層4束7×φ5 mm 1860級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)抗拉驗(yàn)算:fpyAp=4 ×7 ×19．6 mm2×1 320 N/mm2=724．4 kN，與 N2=747．9 kN 相差3．1%＜5%，按4束7×φ5 mm 1860級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)設(shè)計(jì)。

預(yù)應(yīng)力錨索張拉鎖定值按錨索軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值的0．8倍取定，分別為280 kN，440 kN。

4．4 預(yù)應(yīng)力錨索施工要求

1)錨索成孔必須采取套管跟進(jìn)、管內(nèi)成孔工藝。下放預(yù)應(yīng)力錨索，進(jìn)行完一次注漿后方可拔出套管。錨索成孔采取“隔一打一”的跳打施工方法。

2)預(yù)應(yīng)力錨索下料長(zhǎng)度應(yīng)大于設(shè)計(jì)孔深1．5 m，每2 m設(shè)一道定位支架，要求錨索在注漿固結(jié)體中的保護(hù)層厚度不小于10 mm，2根注漿管隨錨索下放至孔底，二次注漿管自由段采用鋼管。鋼絞線(xiàn)的自由段要求滿(mǎn)涂黃油，并用塑料套管包裹隔離。

3)腰梁采用25b雙槽鋼組合腰梁，腰梁間用綴板焊接，錨索位置、腰梁與灌注樁接觸位置在槽鋼翼緣端口設(shè)置加勁肋板。要求組合腰梁與灌注樁連接處采用楔形鋼墊板連接。

4)二次劈裂注漿宜在固結(jié)體強(qiáng)度達(dá)到5 MPa后進(jìn)行，出漿口沿錨固段全長(zhǎng)設(shè)置。

5)預(yù)應(yīng)力錨索張拉鎖定要求:a．當(dāng)注漿水泥固結(jié)體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%且不小于15 MPa后，方可進(jìn)行張拉鎖定。b．錨索張拉前應(yīng)進(jìn)行錨索張拉試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)量不少于總數(shù)量的5%，同一土層中的錨索檢測(cè)數(shù)量不少于3根。c．張拉鎖定時(shí)應(yīng)先不放置鎖具夾片預(yù)張拉至1．4倍張拉鎖定值，松弛后再加夾片張拉至鎖定荷載鎖定。d．張拉分四級(jí)進(jìn)行，張拉應(yīng)平緩加載，加載速率不宜大于0．1，每級(jí)張拉靜置時(shí)間不小于3 min。e．鎖定時(shí)應(yīng)考慮鎖定過(guò)程的預(yù)應(yīng)力損失量，鎖定時(shí)錨索拉力取鎖定值的1．1倍～1．15倍。f．施工過(guò)程按錨索數(shù)量的3%設(shè)置錨索測(cè)力計(jì)對(duì)錨索應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，錨索鎖定后若發(fā)現(xiàn)有明顯的預(yù)應(yīng)力損失，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

5 地下水控制

本工程地下水控制采取支護(hù)周邊設(shè)三軸水泥攪拌止水帷幕樁、基坑內(nèi)設(shè)管井降水、基坑外設(shè)回灌井措施。

5．1 止水帷幕

止水帷幕采取三軸水泥攪拌樁，東側(cè)、東北側(cè)三軸水泥攪拌樁樁頂標(biāo)高為－3．2 m，樁長(zhǎng)20．5 m;南側(cè)、西側(cè)、西北側(cè)三軸水泥攪拌樁樁頂標(biāo)高為 －6．2 m，樁長(zhǎng)17．5 m。

三軸水泥攪拌樁樁徑850mm，幅寬1 200mm，水泥采用42．5MPa普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為360 kg/m3，施工水灰比1．2～1．5，要求墻體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1．5 MPa。

5．2 降水及回灌井

降水采用坑內(nèi)管井降水，降水井共計(jì)布置90眼，井距16．8 m～18．0 m，其中18 m 井58眼，23 m井32眼，井口標(biāo)高為 －6．2 m。井位布置要避開(kāi)基礎(chǔ)梁、柱位置，成井直徑800mm，井管采用400mm無(wú)砂管。井管外裹雙層60目濾網(wǎng)，濾料采用級(jí)配砂石，其中中粗砂70%，1 mm～5 mm礫石30%。

回灌井:沿基坑四周共設(shè)30眼回灌井，井深18 m。

要求控制基坑降水后坑內(nèi)穩(wěn)定水位標(biāo)高低于基底標(biāo)高0．5 m，不得超降，并控制坑外回灌水位標(biāo)高不得高于原地下水位標(biāo)高。

6 施工過(guò)程發(fā)生的異常情況及措施

本工程基坑于2012年5月～10月進(jìn)行土方開(kāi)挖、預(yù)應(yīng)力錨索施工，累計(jì)施工預(yù)應(yīng)力錨索1 610根，施工總延長(zhǎng)米38 000 m，基坑監(jiān)測(cè)由第三方進(jìn)行，施工過(guò)程按照信息化施工、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則，工程整體施工質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及地下工程施工要求。期間發(fā)生的個(gè)別異常情況分析及處理措施如下:

1)基坑?xùn)|側(cè)地下管道較多，東北角場(chǎng)地地勢(shì)較低，降雨期多次在東北角形成積水，并造成基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)采取增加一排(兩樁一錨)預(yù)應(yīng)力錨索措施，有效地控制了基坑變形。

2)南側(cè)場(chǎng)地第一層預(yù)應(yīng)力錨索成孔、注漿過(guò)程，發(fā)生輕微沉降變形，主要原因?yàn)閳?chǎng)地地層為雜填土，土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，二次注漿量過(guò)大、注漿后引起地面沉降。采取措施:成孔、注漿采取隔孔施工，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制注漿量施工。

3)東北側(cè)第二層預(yù)應(yīng)力錨索場(chǎng)地地層為細(xì)砂層，個(gè)別錨索成孔過(guò)程發(fā)生孔內(nèi)涌砂現(xiàn)象，引起局部地面沉降。采取措施:嚴(yán)格采取套管跟進(jìn)、管內(nèi)成孔工藝，成孔后及時(shí)下放預(yù)應(yīng)力錨索，并及時(shí)注漿。

4)對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程發(fā)現(xiàn)的預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力損失情況，第一次張拉鎖定3 d～5 d，進(jìn)行二次補(bǔ)張。

7 結(jié)語(yǔ)

本工程設(shè)計(jì)將樁頂標(biāo)高設(shè)置于地面以下4．5 m～6．5 m，并且采取了放坡、土釘防護(hù)措施，提高了結(jié)構(gòu)安全度，有效的減少了工程造價(jià)。

施工過(guò)程嚴(yán)格按信息化施工、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則，對(duì)工程施工過(guò)程發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)、有效地采取相應(yīng)措施，確保了整個(gè)工程結(jié)構(gòu)安全，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2］JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］．

［3］GB 50086-2001，錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］．