雙排樁錨桿聯(lián)合支護(hù)在深基坑支護(hù)中的工程實(shí)踐

曹俊秀，張健，馬立群

（中鐵四局集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)研究院，安徽 合肥 230023）

0 前言

隨著城市發(fā)展，超高層建筑和城市軌道建設(shè)帶動(dòng)了基坑工程的發(fā)展。但是，老城區(qū)由于城市規(guī)劃紅線的嚴(yán)格控制和建設(shè)場(chǎng)地周邊環(huán)境的限制，使得傳統(tǒng)的放坡、內(nèi)支撐、連續(xù)墻等方案受到很大制約，而雙排樁錨桿聯(lián)合支護(hù)不需要占用較大的施工空間[1-2]。本文在借鑒以往類似工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)例利用雙排樁支護(hù)側(cè)向剛度大和錨桿支護(hù)橫向拉力大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)其聯(lián)合支護(hù)方式的可行性進(jìn)行分析總結(jié)，研究成果可作為類似基坑設(shè)計(jì)的參考[3-4]。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

中鐵四局機(jī)關(guān)大院體育場(chǎng)地下車庫(kù)項(xiàng)目位于合肥市太湖路和紅領(lǐng)巾路交叉口，該項(xiàng)目有地下2層停車場(chǎng)，1層運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，基坑開挖深度8.2～12m。基坑尺寸：東西長(zhǎng)172m，南北寬97m。

1.2 場(chǎng)地周邊環(huán)境

場(chǎng)地北側(cè)和西側(cè)緊鄰太湖路和紅領(lǐng)巾路，下埋電纜和污水管網(wǎng)；南側(cè)距離職工家屬樓外墻約15.5m，西側(cè)距離職工家屬樓外墻約12.8m。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和施工必須考慮到周邊的復(fù)雜環(huán)境，不能影響道路交通和已有建筑物的安全。基坑工程不具備放坡條件，需垂直開挖，還需兼顧周邊建筑物的沉降和變形。

1.3 工程水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地地處江淮丘陵地帶，微地貌單元為崗地，地勢(shì)較平坦。場(chǎng)地土層層序如下。

第①層：雜填土(Q4ml)，層厚 0.50～4.50m；雜色，松散，以回填黏土夾碎石為主，局部含磚塊等建筑垃圾及植物根系；場(chǎng)地東側(cè)局部見黑色淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，含腐殖質(zhì)，軟塑～可塑。

第②-1層：黏土(Q3al+pl),層厚0.50～2.80m。灰褐色，可塑；第②-2層：黏土(Q3al+pl),層厚10.80～16.50m?；尹S色，硬塑。

第③層：強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（K2z），層厚4.70～7.30m；紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，原巖結(jié)構(gòu)部分已破壞，巖體風(fēng)化裂隙發(fā)育。

第④層：中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（K2z），該層未揭穿，最大揭示厚度13.30m；紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)；巖芯多呈短柱狀，巖體較破碎；巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值frk=1.19MPa。

其中第②層黏土屬于膨脹土，自由膨脹率一般為38～65%，平均為56.13%。依據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》（GB50112-2013），判定該層土的膨脹潛勢(shì)為弱～中膨脹潛勢(shì)，脹縮等級(jí)為Ⅰ級(jí)，其抗剪指標(biāo)按照70%折減采用。

場(chǎng)地下水類型主要為包氣帶水?？碧狡陂g鉆孔測(cè)得的穩(wěn)定地下水位埋深0.80～3.36m，其分布不連續(xù)，富水性不等。

圖1 場(chǎng)地周邊環(huán)境平面圖

土層地基承載力特征值和抗剪指標(biāo)參數(shù) 表1

2 基坑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)

①場(chǎng)地東南角開挖深度最大，達(dá)12m；且該區(qū)域原為池塘回填，回填土厚度達(dá)4.5m，底部黑色淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土強(qiáng)度低，易形成軟弱滑動(dòng)面。該部分邊坡穩(wěn)定性和地表控制變形設(shè)計(jì)要求較高。

②根據(jù)合肥市建委要求，基坑設(shè)計(jì)構(gòu)筑物不能超過(guò)用地紅線，即錨桿或錨桿不能伸出用地范圍。本工程地下可利用的最大空間只有12m，且不能影響上部交通和居民生活。

③第②層黏土為膨脹土，具有弱～中膨脹潛勢(shì)。其高嶺土成分遇水易膨脹軟化，網(wǎng)狀裂隙結(jié)構(gòu)易崩解。旱季邊坡自立性較好，但雨季易坍塌。本工程開挖面積大，工期超過(guò)1年，應(yīng)考慮雨季對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

④場(chǎng)地?zé)o放坡條件，需垂直開挖。邊坡距離已有建筑物較近，邊坡穩(wěn)定性和沉降要求高。

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)充分考慮周邊環(huán)境和重難點(diǎn)，采用雙排樁錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。支護(hù)樁采用樁徑d=900mm，樁長(zhǎng)l=18m，樁間距4m，沿基坑周邊雙排布置。錨桿結(jié)構(gòu)采用長(zhǎng)度l=8m，間距2m，按照土層結(jié)構(gòu)和彎矩大小從上往下布置3排，采用“工”字鋼與支護(hù)樁連接，表層掛網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)。

圖2 雙排樁錨桿聯(lián)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程對(duì)位移變形控制要求較高，故采用增量法進(jìn)行基坑計(jì)算邊坡穩(wěn)定性。雙排樁計(jì)算模型如圖3。

抗傾覆驗(yàn)算：

Mp——被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩,對(duì)于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定;對(duì)于錨桿，支點(diǎn)力為錨桿或錨桿的錨固力和抗拉力的較小值；

圖3 雙排樁計(jì)算模型

MG——雙排樁自重對(duì)樁底的抗傾覆彎矩；

Ma——主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩；

Ks=6.235＞=1.200,滿足規(guī)范要求（式中負(fù)彎矩按0考慮）

抗隆起驗(yàn)算：

4 基坑施工監(jiān)測(cè)

基坑周邊地表每隔15.0～40.0m布設(shè)12個(gè)斷面，每個(gè)斷面布設(shè)3地表沉降變形觀測(cè)點(diǎn)，累計(jì)布設(shè)36個(gè)地表沉降變形觀測(cè)點(diǎn)（DB-1-1～DB-12-3）,由于基坑?xùn)|南角部位發(fā)生監(jiān)測(cè)報(bào)警加密了4個(gè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)（DB01～04)。監(jiān)測(cè)隨著基坑開挖的不斷加深和主體結(jié)構(gòu)施工的進(jìn)行，基坑周邊地表沉降的大小及變化發(fā)展情況。

4.1 基坑周邊地表點(diǎn)沉降變形監(jiān)測(cè)

基坑周邊地表點(diǎn)沉降觀測(cè)自基坑開挖前夕開始進(jìn)行，地表沉降采用水準(zhǔn)觀測(cè)。從地表沉降累計(jì)變化量-時(shí)間曲線圖可以看出：地表沉降均未超過(guò)累計(jì)報(bào)警值。累計(jì)沉降值較大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別為DB1-1、DB2-1、DB3-1、DB01。其中 DB1-1 以及 DB2-1 由于出口馬道位置邊坡塌方影響，造成的監(jiān)測(cè)值突變；DB3-1、DB01（見圖4）是因?yàn)樘幱诨雨?yáng)角位置且基坑開挖較深，由于第一層錨索鋼絞線斷裂造成錨索不生效并長(zhǎng)期堆放大量荷載，上部地表裂縫未及時(shí)修補(bǔ)造成樁后土體長(zhǎng)期受水浸泡，因此才發(fā)生沉降監(jiān)測(cè)累計(jì)值過(guò)大?？偟膩?lái)說(shuō)，地表沉降在基坑開挖初期位移量增長(zhǎng)較慢，隨著基坑開挖進(jìn)程加快，地表沉降量隨之激增，直到基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，并隨著支撐安裝完成以及底板的及時(shí)澆筑以后，變形逐漸減小并趨于穩(wěn)定，說(shuō)明基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)有效控制了周邊土體的變形，基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境沒(méi)有產(chǎn)生太大的不利影響。

圖4 地表沉降累計(jì)變形最大點(diǎn)變化量-時(shí)間曲線圖

4.2 樁體測(cè)斜監(jiān)測(cè)

從各測(cè)斜累計(jì)變化量時(shí)間曲線圖可以看出，樁體測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZQT01（4.5m處）累計(jì)變形43.6mm，接近報(bào)警值（累計(jì)變形最大點(diǎn)累計(jì)變化量-時(shí)間曲線圖見圖5），主要原因是由于上層錨索失效以及基坑暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致。根據(jù)觀測(cè)結(jié)果表明，圍護(hù)樁深層位移在基坑開挖初期位移量增長(zhǎng)較慢，樁體測(cè)斜曲線呈“垂直線形”，直至基坑開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高以后，樁頂位移變化激增，伴隨基坑的開挖部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)逐漸變成“弓形”，表明上層錨索約束了樁體的上部變形，使得樁體中部向坑內(nèi)位移形成“弓形”，也有部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)如ZQT01、ZQT04等是從上部開始向坑內(nèi)傾斜，主要由于上層錨索失效引起，但隨著底板的及時(shí)澆筑，位移速率減緩明顯，并逐步趨于穩(wěn)定狀態(tài)，說(shuō)明基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)已安全穩(wěn)定，且有效控制了周邊土體的變形。

從監(jiān)測(cè)各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高以后，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目變形較大。隨著底板的及時(shí)澆筑及主體結(jié)構(gòu)的不斷完工至基坑封頂以后，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和基坑周邊環(huán)境沒(méi)有發(fā)生任何過(guò)大位移和沉降?？傮w來(lái)看，基坑變形在基坑施工期間是正常穩(wěn)定的，本基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)和施工是安全合理的。目前該項(xiàng)目已經(jīng)竣工一年多，未出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

圖5 測(cè)斜累計(jì)變形點(diǎn)累計(jì)變化量-時(shí)間曲線圖

5 結(jié)論

①本文介紹了在老城區(qū)有限空間下，雙排樁錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)單，但有效地限制基坑邊坡位移變形，是一種較為合理的支護(hù)體系。

②雙排樁錨桿聯(lián)合支護(hù)發(fā)揮了雙排樁側(cè)向剛度大和錨桿橫向拉力大的特點(diǎn)，調(diào)整了支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和彎矩分布，減小了地表位移變形和沉降，支護(hù)效果明顯。

③雙排樁錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)在無(wú)放坡條件下，樁間土易掉塊、脫落，使得部分錨桿失效，影響整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在雙排樁錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的預(yù)應(yīng)力錨索效果更佳。