鋼管樁與預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)體系在基坑工程中的應(yīng)用

【摘要】本文結(jié)合具體的基坑工程分析了中直徑鋼管樁與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索在特定地質(zhì)條件下在基坑工程中的應(yīng)用及優(yōu)勢對比分析，對相關(guān)基坑支護(hù)工程的設(shè)計及施工具有一定的參考作用。

【關(guān)鍵詞】勘察；工作重點

0 引言

近幾年隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大連地區(qū)城市內(nèi)受規(guī)劃條件的影響地上空間受到一定程度的限制，地下空間的利用率越來越大，因此大連市內(nèi)建筑基坑隨處可見。大連地區(qū)地處千山脈南延的丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)多見丘陵地貌，基巖埋深相對較淺，因此建筑基坑以巖質(zhì)基坑為主。巖質(zhì)基坑失穩(wěn)及破壞的形式主要有滑移型及崩塌型兩種?；菩偷钠茐奶卣鳛檠赝鈨A結(jié)構(gòu)面或沿極軟巖、強(qiáng)風(fēng)化巖中的最不利滑動面滑移；崩塌型的破壞特征為沿陡傾、臨空的結(jié)構(gòu)面塌滑，由內(nèi)、外傾結(jié)構(gòu)不利組合面切割，塊體失穩(wěn)傾倒，巖腔上巖體沿豎向結(jié)構(gòu)面剪切破壞墜落。

預(yù)應(yīng)力錨索是大連地區(qū)最常見的巖質(zhì)基坑支護(hù)手段，多年來在建筑基坑支護(hù)、加固及治理方面得到廣泛應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力錨索的加固機(jī)理通常有兩種理解 ，一種加固機(jī)理是把破碎松散巖體錨固在地層深部穩(wěn)固的巖體上，通過施加預(yù)應(yīng)力，使錨固范圍內(nèi)的軟弱巖體擠壓緊密，提高巖層間的正壓力和摩阻力，阻止開裂松散巖體位移，從而達(dá)到加固邊坡的目的。通過對部分坡體施加預(yù)應(yīng)力錨索，把坡體錨固于潛在滑移面后部穩(wěn)定的中、微風(fēng)化巖層中，保持坡面狀態(tài)深入坡體內(nèi)部進(jìn)行大范圍加固。預(yù)先主動對邊坡松散巖層施加正壓力，增大坡體對滑移面的正壓力，增大了抗滑力，使坡體趨于穩(wěn)定。通過錨索孔的高壓注漿，漿液能充填坡體內(nèi)裂隙和空隙，提高了坡體內(nèi)破碎巖體的強(qiáng)度，由于水泥漿的凝固作用使破碎的巖體連成整體，增強(qiáng)了坡體的整體穩(wěn)定性；在垂直開挖基坑中通常另一種加固機(jī)理可以理解為基坑開挖后形成水平向的巖石壓力，該部分水平巖石壓力由預(yù)應(yīng)力錨索錨固在滑裂面以外穩(wěn)定巖體內(nèi)的錨固體提供相應(yīng)的錨索錨固力來承擔(dān)。

傳統(tǒng)的拉力型錨索在桿體受荷時，荷載沿桿體由近端傳向遠(yuǎn)端，此過程中常常不能將荷載均勻地分布于固定長度上，會產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。由于粘結(jié)應(yīng)力分布的不均勻性，隨著錨桿上荷載的增大，在荷載傳至固定長度最遠(yuǎn)端之前，在桿體與灌漿體或灌漿體與地層界面上就會發(fā)生粘結(jié)效應(yīng)逐步弱化或脫開現(xiàn)象。此外對于長度較長的錨索，施工過程中很難保證桿體居于鉆孔中心，因此錨索與水泥漿體之間的握裹力經(jīng)常難以得到保證，從而導(dǎo)致錨索的承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計要求。相對于拉力型錨索，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索是靠錨索最底端的鋼質(zhì)承載體來傳遞力的。錨索不會發(fā)生拉力型錨索中經(jīng)常出現(xiàn)的粘結(jié)效應(yīng)逐步弱化的現(xiàn)象，粘結(jié)應(yīng)力一般均勻地分布在整個固定長度上，最大限度地調(diào)用整個錨桿固定長度范圍內(nèi)的地層強(qiáng)度，錨桿承載力可隨固定長度的增長而成比例提高。當(dāng)錨索固定段位于非均質(zhì)地層中，可以合理調(diào)整單元錨桿的固定長度，使不同的地層強(qiáng)度都得到充分的利用。

大連等丘陵地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)支護(hù)范圍內(nèi)地質(zhì)條件以風(fēng)化強(qiáng)烈的全風(fēng)化巖或者破碎的強(qiáng)風(fēng)化巖為主，同時受到基坑周邊復(fù)雜環(huán)境條件的影響，基坑往往不具備放坡條件，需垂直開挖。當(dāng)開挖深度較深（一般大于10米）時，基坑側(cè)壁風(fēng)化巖所產(chǎn)生的側(cè)向壓力往往較大，預(yù)應(yīng)力錨索在這種地層條件下錨固體與巖石側(cè)壁的粘結(jié)強(qiáng)度較低、提供的錨固力有限，僅僅依靠錨索一種支護(hù)形式很難保證基坑側(cè)壁的變形及穩(wěn)定性要求。常規(guī)的支護(hù)形式通常采用大直徑鉆孔灌注樁（一般直徑大于800mm）與預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)體系確保基坑的穩(wěn)定。但大直徑樁通常成孔速度較慢，特別是成孔深度范圍內(nèi)如果遇到堅硬的中風(fēng)化巖層時，成孔效率低，影響工期。而中直徑鋼管樁（直徑200-400mm）具備一定的剛度，可參與受力計算，能夠承受一定的水平力及彎矩。因此中直徑鋼管樁與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)體系應(yīng)運(yùn)而生。

1 工程實例分析

1.1工程概況

某建筑基坑位于大連市中心內(nèi)，平面布置為矩形基坑，周邊環(huán)境條件為城市交通主干道，并且存在地下管網(wǎng)，基坑總長度約400米，基坑開挖深度12-15米，基坑工程重要性等級為一級。

依據(jù)據(jù)本工程巖土工程勘察報告，基坑支護(hù)范圍內(nèi)場地地層主要為素填土、全風(fēng)化板巖、強(qiáng)風(fēng)化板巖、中風(fēng)化板巖。

表1 基坑支護(hù)地基土參數(shù)

土層號 厚度 摩阻力

c

m kPa kN·m-3 kPa ?

1 1.2 20.0 18.5 15.0 10.0

2 4.6 90.0 19.5 35.0 20.0

3 4.8 150.0 22.0 45.0 25.0

4 3 240 25.0 80.0 30.0

1.2支護(hù)方式

本工程基坑四周緊鄰道路，且存在地下管網(wǎng)，放坡條件有限，基坑基本需垂直開挖，為保證基坑開挖工程中基坑側(cè)壁的臨時穩(wěn)定性，采用了中直徑鋼管樁+預(yù)應(yīng)力錨索的聯(lián)合支護(hù)體系，鋼管樁直徑245mm鋼管直徑219mm，壁厚12mm?；又ёo(hù)典型剖面圖詳見圖1.

圖1 支護(hù)設(shè)計剖面圖

2 中直徑鋼管樁抗彎抗剪性能研究

中直徑鋼管樁作為水平受力和抗彎構(gòu)件在基坑支護(hù)工程中有過成功的應(yīng)用實例，但是設(shè)計計算方法不成熟，目前多是參考大直徑灌注樁的抗彎抗剪計算按照樁直徑進(jìn)行鋼筋等效代換，但鋼管樁中的鋼管為有一定厚度的整體連續(xù)性構(gòu)件，鋼管樁的實際抗彎抗剪性能要比按照前述等效代換的計算結(jié)果要高，因此可進(jìn)行相應(yīng)的試驗研究，同時可結(jié)合一些具體基坑支護(hù)工程總結(jié)一下不同壁厚、不同直徑鋼管樁的實際抗彎抗剪性能。

3 聯(lián)合支護(hù)體系的優(yōu)勢分析

（1）微型鋼管樁在大連風(fēng)化巖地區(qū)基坑支護(hù)工程中應(yīng)用的較多，但它只起到開挖過程中預(yù)支護(hù)的作用，作為一種安全儲備。而中直徑鋼管樁具備一定的剛度，可參與受力計算，承受一定的水平力及彎矩，其與預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)，可有效減少錨索的數(shù)量，同時提高基坑側(cè)壁抵抗變形的能力。

（2）中直徑鋼管樁在風(fēng)化巖中可采用潛孔錘高風(fēng)壓氣動成孔的方式，成孔方法簡單、速度非常快，效率高，可有效節(jié)省支護(hù)工程的施工工期。

（3）相對于拉力型錨索，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索是靠錨索最底端的鋼質(zhì)承載體來傳遞力的。錨索不會發(fā)生拉力型錨索中經(jīng)常出現(xiàn)的粘結(jié)效應(yīng)逐步弱化的現(xiàn)象，粘結(jié)應(yīng)力一般均勻地分布在整個固定長度上，最大限度地調(diào)用整個錨桿固定長度范圍內(nèi)的地層強(qiáng)度，錨桿承載力可隨固定長度的增長而成比例提高。錨索底部剛性承載體底錨可工廠化成批加工制作，實際工程中應(yīng)用較為方便。

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作者簡介：李敬峰，高級工程師，1979年生，大連理工大學(xué)碩土畢業(yè)，從事巖土工程勘察、設(shè)計等工作。