樁錨支護(hù)在深圳某軟土地層基坑支護(hù)中的應(yīng)用

龔錦釗

（廣東省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊，廣東韶關(guān)512030）

1 概述

1.1 工程概況

該軟土地層基坑支護(hù)工程位于深圳市寶安區(qū)，深圳寶安區(qū)為珠江三角洲深港穗黃金經(jīng)濟走廊的重要節(jié)點，位于深圳市的西北部，符合典型的軟土分布區(qū)特征。本項目位于深圳市寶安區(qū)民治街道辦，三面均毗鄰市政路，北側(cè)、西側(cè)、東側(cè)三面鋪設(shè)有地下市政管道及設(shè)施及電子、電訊光纜等管線?；游鞅苯俏恢糜凶冸姺?。

本文所選工程的基坑開挖支護(hù)平均深度約為9m，為不規(guī)則形狀基坑（呈倒V型），基坑支護(hù)全長約813m。本次選題取該項目GL段（呈倒V型，315°陽角段，應(yīng)力最集中處）作為研究對象，分析軟土地區(qū)基坑支護(hù)坑壁的受力變形特點，統(tǒng)計分析該段基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)。該段巖土層自上而下分布為：素填土，土層厚2～3m；淤泥，層厚6m；粗砂，層厚3m；礫質(zhì)粘性土，層厚6m。其中淤泥質(zhì)層對基坑支護(hù)的影響較大。

本文所選工程擬建場地上層滯水主要賦存于填土中，無穩(wěn)定水位，具毛細(xì)水特征，孔隙潛水主要賦存于②層淤泥、粗砂、③層礫質(zhì)粘性土層。補給來源于大氣降水和地表徑流水，排泄主要為沿地表蒸發(fā)，其水位動態(tài)變化主要受控于大氣降水和地表徑流水，且隨氣候的變化而變化，具自由水位特征。④層花崗巖中賦基巖裂隙水、裂隙發(fā)育較好、閉合性好、水量貧乏。地下水位呈下降趨勢，下降原因除季節(jié)影響外，還和工業(yè)園區(qū)周邊棚戶區(qū)的地下水抽取及周邊建筑基礎(chǔ)施工開挖有關(guān)。

本文所選基坑支護(hù)安全等級為一級，本次重點研究的GL段為異形基坑的陽角段，基坑周邊有民房，對基坑變形要求較高，是整個基坑受力最為復(fù)雜，最為危險的剖面段?；又ёo(hù)形式采用的是灌注樁+錨桿（索）的方式。

1.2 選題目的

通過監(jiān)測分析，研究原基坑設(shè)計方案的合理性；同時通過有限元分析法分析軟土地區(qū)基坑受力變形的機理，與實際變形情況進(jìn)行對比分析。使用Midas/GTS軟件對本項目設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化。

1.3 選題意義

在珠三角地區(qū)，基坑深度越來越深，而軟土分布又極為廣泛，軟土的復(fù)雜性、高壓縮性對于基坑支護(hù)的影響極大，如何在軟土地區(qū)中設(shè)計出既安全又經(jīng)濟深基坑支護(hù)方案是一個十分有意義的課題。同時，深基坑工程涉及了工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、巖石力學(xué)、工程監(jiān)測技術(shù)和地基處理等多學(xué)科交叉，綜合性較強，加之深基坑工程具有較強的地域性差異以及事故不確定性，主要表現(xiàn)為隨著基坑工程的開挖推進(jìn)，基坑所處的復(fù)雜地層、不同的施工工序和工法以及特殊的極端環(huán)境因素均可以引發(fā)基坑變形、基底隆起和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞。統(tǒng)計表明，通常在基坑事故的誘因中，設(shè)計不當(dāng)占40%、施工不當(dāng)占18%、止水、降水和排水等處理失當(dāng)占10%、勘察等因素約占5%，由此可見，設(shè)計不當(dāng)是誘發(fā)深基坑事故的主要因素。因此，本文立足于深圳某軟土地層基坑的樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過對基坑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。為以后的基坑支護(hù)設(shè)計提供一定的參考和借鑒，特別是為同類型的異形深基坑的設(shè)計施工提供指導(dǎo)。

2 基坑工程設(shè)計

2.1 支護(hù)方案

華業(yè)玫瑰四季馨園基坑支護(hù)工程為異形深基坑，在綜合考慮安全性和經(jīng)濟性的基礎(chǔ)上，為縮短施工工期，本設(shè)計采取排樁+錨桿（索）的支護(hù)方式。止水帷幕采用雙排深層攪拌樁，規(guī)格為Φ550@雙向300。取典型剖面5-5剖面GL段，剖面圖見圖1。

2.2 設(shè)計計算依據(jù)

圖1 5-5剖面GL段剖面圖

（1）《華業(yè)深圳龍華項目大地塊巖土工程詳細(xì)勘察報告》，2012年4月，核工業(yè)衡陽第二地質(zhì)工程勘察院深圳勘察院；

（2）建設(shè)單位提供的總平面圖等相關(guān)圖紙；

（3）《深圳市基坑支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》（SJG 05-2011）；

（4）《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）。

本基坑安全等級為一級，在進(jìn)行支護(hù)方案設(shè)計時，采用北京理正深基坑支護(hù)F-SPW V 6.5軟件進(jìn)行計算，重點針對基坑的具體情況取基坑開挖較深情況進(jìn)行計算。

2.3 支護(hù)方案設(shè)計計算

本文將以陽角斷面GL段5-5剖面為例進(jìn)行說明。

（1）護(hù)坡樁設(shè)計。本文所采用的護(hù)坡樁設(shè)計參數(shù)如下：

①樁頂標(biāo)高為-1.50m；地面設(shè)計標(biāo)高0.00m，超載值為25.00kPa；含冠梁高度的樁全長為14.50m；樁中心距2.00m、直徑1.00m、嵌固深度7.00m；

②樁身配筋：鋼筋籠直徑0.90m，均勻通長配筋，尺寸20Φ25；箍筋為Φ10@150；加強筋尺寸Φ18@2000，混凝土強度為C25；混凝土保護(hù)層厚度為50mm；

③ 冠梁為矩形截面（1000mm×800mm），配筋：2Φ12、6Φ22（箍筋Φ8@200）。

（2）錨索設(shè)計。本文所采用的錨桿（索）設(shè)計共布置6層錨桿（索），預(yù)應(yīng)力錨索采用4×7Φ5錨索。錨索的參數(shù)如表1所示。

（3）止水帷幕設(shè)計。本基坑支護(hù)工采用深層水泥攪拌樁作為止水帷幕，相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：樁徑D=550mm，間距為雙向300mm。

2.4 計算結(jié)果分析

本文在計算過程中，所采用的基坑工程實際施工工序如表2所示。

表1 錨桿（索）參數(shù)表

表2 基坑開挖工序表

（1）彎矩分析。根據(jù)計算，本項目基坑的最大水平位移為15.59mm?；拥淖畲筘?fù)彎距約距基坑底部2.4m的位置處、為951.06kN·m。基坑的最大負(fù)剪力約距基坑底部2.7m左右處、約為382.89kN，最大正剪力約距基坑底部1.3m左右處、約為333.18kN。

（2）沉降分析。分別采用指數(shù)法、三角形法和拋物線法求得的基坑最大沉降量分別為24mm、15mm、9mm，實際工程中，我們通常取三者中的最大值作為基坑設(shè)計的依據(jù)。因此，本基坑工程滿足基坑設(shè)計要求。

（3）應(yīng)力分析。通過計算，本文所采用的錨桿內(nèi)力設(shè)計值如表3所示。

（4）驗算整體穩(wěn)定性?；诱w穩(wěn)定安全系數(shù)Ks為1.746，滿足規(guī)范要求。

（5）驗算抗傾覆系數(shù)。本文采用公式（1）計算基坑的抗傾覆穩(wěn)定性：

表3 錨桿內(nèi)力值

根據(jù)計算，各種工況下，最小安全系數(shù)Ks為1.913≥1.250，符合規(guī)范要求。

（6）抗隆起驗算：

普朗德爾法：

計算得：Ks=4.066≥1.800，抗隆起穩(wěn)定性滿足。

圓弧條分法：

計算得：Ks=2.058≥1.800，經(jīng)計算所求的抗隆起安全系數(shù)為2.058，滿足規(guī)范要求。

因此，通過以上分析可知，采用本文提出的樁錨支護(hù)方案可滿足深基坑設(shè)計的安全性要求。

3 基坑樁錨支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計

為加強基坑陽角附近的結(jié)構(gòu)支護(hù)作用和支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，需對其進(jìn)行針對性的優(yōu)化設(shè)計。本文采用M idas/GTS軟件對陽角處考慮不同的樁間距、支護(hù)樁嵌固深度以及錨桿的傾角等因素進(jìn)行了試算，以基坑水平位移為評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計方案的優(yōu)化。

3.1 試算結(jié)果

（1）樁間距的優(yōu)化設(shè)計。本文在進(jìn)行前期對陽角附近的設(shè)計方案進(jìn)行試算時，采用了1.6m、1.8m、2.0m（原方案）和2.2m的試算樁間距試算時其余參量保持不變。對比結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同樁間距求得基坑位移對比結(jié)果

由圖2可知，樁間距增加，會導(dǎo)致基坑位移呈逐漸增加的態(tài)勢。但同樣可以由圖2可以發(fā)現(xiàn)在達(dá)到第五步時，不同樁間距的基坑水平位移基本保持一致，差別不大，因此，本次維持原設(shè)計方案不變，樁間距仍取2.0m。

（2）支護(hù)樁嵌固深度的優(yōu)化設(shè)計。前期試算時，選擇6.5m、7m（原方案）、7.5m的不同嵌固深度進(jìn)行基坑開挖支護(hù)模擬，對比結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，3種嵌固深度對應(yīng)的基坑位移相差較小，因此，本優(yōu)化設(shè)計方案對陽角處的樁嵌固深度取6.5m。

（3）錨桿傾角的優(yōu)化設(shè)計。研究表明，由于樁錨支護(hù)體系中，錨桿的主要作用在于依靠其軸力的水平分力平衡樁后土體的主動土壓力的水平分力，因此，錨桿的傾角直接導(dǎo)致錨桿的水平內(nèi)力和基坑水平位移的大小。本文對比分析了11°、13°、15°（原方案）和17°不同的錨桿傾角的模擬計算結(jié)果，計算結(jié)果如圖4所示。

圖3 支護(hù)樁不同樁間距求得基坑位移對比結(jié)果

圖4 不同錨桿傾角求得基坑位移對比結(jié)果

可以看出，當(dāng)錨桿的傾角越大，則其對基坑的支護(hù)作用越弱，主要表現(xiàn)為其軸力的水平分力將降低，基坑的位移將增大。故本次優(yōu)化設(shè)計方案對陽角出的錨桿傾角取11°進(jìn)行計算。

3.2 優(yōu)化后的模型建立

本基坑工程分為7個工況進(jìn)行開挖和支護(hù)，分別是：

工況1：開挖前的原始應(yīng)力應(yīng)變位移狀態(tài)分析；工況2：開挖深度至-0.9m；

工況3：在-0.4m水平處布置第一道預(yù)應(yīng)力錨桿錨索；

工況4：開挖深度至-2.1m；

工況5：在-1.6m水平處布置第二道預(yù)應(yīng)力錨桿錨索；

工況6：開挖深度至-3.3m；

工況7：在-2.8m水平處布置第三道預(yù)應(yīng)力錨桿錨索；

工況8：開挖深度至-4.7m；

工況9：在-4.2m水平處布置第四道預(yù)應(yīng)力錨桿錨索；

工況10：開挖深度至-6.1m；

工況11：在-5.6m水平處布置第五道預(yù)應(yīng)力錨桿錨索；

工況12：開挖深度至-9m；

工況13：在-7m水平處布置第六道預(yù)應(yīng)力錨桿錨索。

3.3 優(yōu)化前后對比分析

采用了本文的優(yōu)化設(shè)計方案后，基坑的受力更加合理，位移值更小。其中水平位移由15.59mm減少至9.7mm，沉降則由24mm減少至17mm，同時錨桿軸力也有所下降。這主要是因為對樁間距、嵌固深度和錨桿傾角3個方面進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，使得整個支護(hù)體系受力更加合理。因此，在基坑支護(hù)設(shè)計中根據(jù)現(xiàn)場實際的情況選擇更為合理的樁間距、嵌固深度和錨桿傾角是工程設(shè)計應(yīng)優(yōu)先考慮的問題，它們對與基坑的安全性和經(jīng)濟性有很大的影響，一是合理的樁間距、嵌固深度和錨桿傾角能更好地分配結(jié)構(gòu)所受的主動土壓力，使樁和錨桿的受力更加合理，從而降低基坑的位移和沉降，提高基坑的安全性；二是能夠降低工程造價，節(jié)約資源，提高工程經(jīng)濟性。

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