地下連續(xù)墻錨桿組合式擋土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用研究

張桂萍吳 俊（.江蘇省工程勘測研究院有限責(zé)任公司 .江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 揚(yáng)州 500）

地下連續(xù)墻錨桿組合式擋土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用研究

張桂萍1吳 俊2
（1.江蘇省工程勘測研究院有限責(zé)任公司 2.江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 揚(yáng)州 225002）

以某泵站基坑支護(hù)工程為背景，重點(diǎn)研究地連墻—錨桿組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、分析，與理論設(shè)計(jì)值對比分析，找出數(shù)據(jù)差異的影響因素并分析其原因，為類似工程優(yōu)化設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)，提供更多的借鑒。

地下連續(xù)墻錨桿 擋土結(jié)構(gòu) 土壓力

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市建設(shè)的需要，基坑工程的數(shù)量和規(guī)模迅速發(fā)展，基坑支護(hù)的形式也越來越復(fù)雜，基坑大開挖對基坑周圍環(huán)境影響很大，當(dāng)基坑周圍有建筑物或構(gòu)筑物時(shí)，開挖難度相當(dāng)大,這就對基坑開挖提出了更高的要求，即不僅要保證基坑穩(wěn)定，還要滿足變形控制要求，以確?；又車薪ㄖ?、構(gòu)筑物的安全。這使基坑工程的設(shè)計(jì)和施工的難度越來越大，從而也促進(jìn)了基坑工程的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的發(fā)展。目前基坑圍護(hù)常用的支護(hù)擋土結(jié)構(gòu)類型有：鉆孔灌注樁（排樁）、H型鋼板樁、地下連續(xù)墻等形式；錨固（支撐）體系有：水平橫撐形式、斜撐形式和錨桿拉結(jié)形式等。地連墻—錨桿形式是一種新型的組合式基坑支護(hù)體系，近幾年廣泛應(yīng)用于城市高層建筑的深基坑支護(hù)中，但在江蘇省水利工程中尚未有運(yùn)用。

為了避免水利工程中基坑開挖放坡所產(chǎn)生的弊端，在借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)之上，結(jié)合某泵站的土層情況，對地下連續(xù)墻錨桿組合式擋土結(jié)構(gòu)的土壓力、墻頂位移等實(shí)施動(dòng)態(tài)觀測，為設(shè)計(jì)優(yōu)化及施工安全提供科學(xué)依據(jù)，并為類似工程的設(shè)計(jì)和研究提供參考。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 工程概況

圖1 地連墻深度范圍內(nèi)土層剖面圖

該泵站引水流量設(shè)計(jì)為100 m3/s。泵站是采用立式軸流泵機(jī)組共4臺(tái)套（其中1臺(tái)為備用機(jī)組），肘形流道進(jìn)水，平直管出水，快速閘門斷流。

2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)形式

表1 各土層土質(zhì)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)匯總表

圖2 實(shí)測和理論計(jì)算土壓力對比圖

圖3 地連墻深度范圍內(nèi)土層剖面圖

根據(jù)基坑開挖降排水設(shè)計(jì)，當(dāng)泵房基坑面開挖至設(shè)計(jì)高程 -4.7～ -6.5m時(shí)，要求基坑地下水位降至 -7.0m以下，若采用無錨地下連續(xù)墻，采用“m”法進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)地連墻最大彎矩為349.34kN·m，墻頂水平位移達(dá)7.7cm，位移和內(nèi)力均偏大，因此，需采用有錨地連墻進(jìn)行支護(hù)。

在該工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中，以盡量不擾動(dòng)基坑上游側(cè)原狀土為原則，對地連墻的錨固型式按錨碇樁和壓力灌漿預(yù)應(yīng)力錨桿（索）系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。經(jīng)分析，采用錨碇樁錨固地連墻，施工中仍需將錨桿以上大部分上游鋪蓋及翼墻基礎(chǔ)原狀土挖出再回填，對翼墻的地基穩(wěn)定不利。而采用壓力灌漿預(yù)應(yīng)力錨桿系統(tǒng)（壓力分散型）錨固地連墻，施工中能很好地保護(hù)上游側(cè)翼墻及鋪蓋的原狀土基礎(chǔ)，并且后方案總投資是前方案投資額的2/3。經(jīng)綜合分析比較，確定采用壓力灌漿預(yù)應(yīng)力錨桿系統(tǒng)，錨桿材料采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

在該工程設(shè)計(jì)中，為節(jié)省工程投資，不擾動(dòng)基坑上游側(cè)原狀土，確定采用60cm厚的鋼筋混凝土地下連續(xù)墻作為擋土墻；錨固結(jié)構(gòu)采用壓縮分散型預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿體采用無粘結(jié)鋼絞線，錨固體采用砂漿材料。

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 地下連續(xù)墻土壓力對比分析

根據(jù)工程施工記錄，2006年5月14日地連墻墻前土方開挖至設(shè)計(jì)基坑開挖高程4.70m，2006年5月28日～6月9日澆筑泵站底板，因此，在5月14日～27日期間地連墻處于最不利工況下，其墻頂位移應(yīng)達(dá)到最大，此時(shí)的墻后土壓力應(yīng)最接近主動(dòng)土壓力，因此，將5月27日實(shí)測土壓力和計(jì)算土壓力進(jìn)行分析比較，地連墻實(shí)測和朗肯公式計(jì)算土壓力圖形見圖2，地連墻深度范圍內(nèi)土層情況見圖3。

從圖2可知，地連墻墻后實(shí)測土壓力和理論計(jì)算土壓力變化規(guī)律基本一致，其中錨固點(diǎn)高程以上，墻后計(jì)算土壓力較實(shí)測值小，而錨固高程點(diǎn)以下，墻后計(jì)算土壓力較實(shí)測值大，經(jīng)分析認(rèn)為，這和墻體的變形有關(guān)，地連墻在錨桿拉力作用下，相當(dāng)于是一端彈性嵌固另一端簡支的梁，其墻頂位移在錨桿拉力作用下未達(dá)到產(chǎn)生主動(dòng)土壓力的位移，因此上部土壓力較主動(dòng)土壓力大，而錨桿以下墻體在錨桿拉力作用下會(huì)向開挖面隆起，使其墻后土壓力減小。

在該工程地錨地連墻設(shè)計(jì)中，地連墻土壓力采用朗肯公式計(jì)算，由于工程高程-7.7m以上地基土質(zhì)均為粘性土，土質(zhì)較好，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，在計(jì)算中，將高程-7.7m以上各粘土層凝聚力按系數(shù)0.55折減進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，基坑開挖面高程-5.70m以上墻后總土壓力為196.5kN；根據(jù)實(shí)測土壓力推算，高程-5.70m以上墻后總土壓力為201.04kN，兩者比較接近，說明在土質(zhì)性狀較好的粘性土地層中，設(shè)計(jì)采用的凝聚力（c值）指標(biāo)取0.55左右作為折減系數(shù)是基本合理的，是安全、經(jīng)濟(jì)的。

3.2 地下連續(xù)墻墻頂位移觀測

地下連續(xù)墻施工結(jié)束后，施工方在進(jìn)行墻前基坑土方開挖的同時(shí)對地下連續(xù)墻3#、4#、5#單元槽段不同高程的水平位移進(jìn)行持續(xù)觀測，觀測時(shí)間為2006年4月21日～5月19日，觀測時(shí)間近1個(gè)月，觀測到墻頂水平位移最小值為3mm，水平位移最大值為10mm（5#單元），平均值為6.67mm，與理論計(jì)算結(jié)果較接近，能夠滿足設(shè)計(jì)的要求，圖4為5#單元槽段地地下連續(xù)墻不同時(shí)間實(shí)測的水平位移曲線。從圖4中可以看出，地下連續(xù)墻5#單元槽段5月8日測得墻頂?shù)乃轿灰茷?mm，當(dāng)預(yù)應(yīng)力錨索張拉鎖定后，隨著墻前基坑面繼續(xù)的開挖，墻頂?shù)乃轿灰撇粩嘣龃?，?月19日測得墻頂水平位移為10mm，但位移發(fā)展逐步趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)語

本次采用地下連續(xù)墻與壓力分散型錨桿組合式擋土結(jié)構(gòu)，在基坑施工過程中，其支護(hù)結(jié)構(gòu)的墻頂位移量可控，有效保護(hù)了泵站上游側(cè)翼墻及鋪蓋部位地基的原狀土不受擾動(dòng)，很好地解決了由于基礎(chǔ)的不均勻沉降對建筑物的整體穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響等問題。在支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)各類應(yīng)力儀等監(jiān)測儀器，過程實(shí)時(shí)監(jiān)測，對采集數(shù)據(jù)科學(xué)分析，及時(shí)、準(zhǔn)確掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了信息化、科學(xué)化施工。再將實(shí)測數(shù)據(jù)值與理論計(jì)算值相對比，提出了設(shè)計(jì)參數(shù)取值方法等，為同類工程的設(shè)計(jì)積累和豐富了經(jīng)驗(yàn)，提供了科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)

圖4 地連墻5#單元槽段位移曲線