預(yù)應(yīng)力錨索現(xiàn)場試驗(yàn)及“兩樁一錨”在深基坑支護(hù)中的研究與應(yīng)用

郭長恩，黃 薛，代方園

（1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，山東濟(jì)南250014；2.山東省地礦工程勘察院，山東濟(jì)南250014）

預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)在基坑工程中應(yīng)用廣泛。在地質(zhì)條件和周邊環(huán)境比較復(fù)雜的垂直開挖或小坡度放坡支護(hù)中，多采用樁錨結(jié)構(gòu)，其主要施工工藝多采用剛性樁與預(yù)應(yīng)力錨索配合。這種工法往往能較好的保證基坑安全，減少不穩(wěn)定因素[1-3]。在濟(jì)南地區(qū)，樁錨支護(hù)深基坑工程中多采用“一樁一錨”布設(shè)方式，錨索抗拔力數(shù)值多采用小于300kN荷載。本文以山東中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院綜合病房樓深基坑工程為例。該工程是采用“兩樁一錨”支護(hù)方案，增加了錨索抗拔力設(shè)計(jì)值，提高了錨索的使用效率；通過分析本工程的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案及施工中進(jìn)行的錨索試驗(yàn)及監(jiān)測等，本工程方案應(yīng)用效果很好，這可以為類似基坑工程提供借鑒意義[4-6]。

1 基坑工程概況

山東中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院綜合病房樓深基坑工程位于濟(jì)南市市中區(qū)。擬建的工程包括主樓及地下車庫，地上14層，地下2層，建筑平面近似矩形，平面尺寸為83.1m×88.8m，基坑開挖深度約10.6～12.1m。

基坑周邊建筑林立，地下管線密布，道路縱橫交錯?；颖眰?cè)6.3～8.4m為鍋爐房和制劑室，地上1～2層；基坑西側(cè)3.2～6.19m 為食堂，地上2～3 層；基坑南側(cè)9.1～11.0m為辦公樓，地上5層；基坑?xùn)|側(cè)3.0m為洗衣樓，地上2層。另外，基坑四周外5.0m范圍內(nèi)還分布大量的污水管、給水管、電纜溝等地下管線?；又苓叚h(huán)境復(fù)雜，基坑安全性要求高。

2 地質(zhì)條件

通過本次的勘察報(bào)告揭示，項(xiàng)目區(qū)的地貌單元比較單一，屬于山前沖洪積傾斜平原，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)地形起伏不大，地勢稍有變化，地面標(biāo)高39.46～41.79m?；又ёo(hù)涉及的地層主要為：①素填土，①-1雜填土，②碎石，②-1 粉質(zhì)粘土，③碎石，③-1 含碎石粉質(zhì)粘土，④殘積土，⑤全風(fēng)化閃長巖。場區(qū)鉆孔揭露地下水穩(wěn)定水位埋深為4.27～4.70m，水位標(biāo)高約35.85～35.88m，年變化幅度約2～3m，場地巖溶水水位標(biāo)高約28.0m?；又ёo(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 巖土勘察參數(shù)表

3 基坑工程支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)方案選型

（1）本項(xiàng)目開挖深度相對較大，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)工程地質(zhì)條件，并且考慮周邊建筑物、構(gòu)筑物、地下管線等及建設(shè)方的要求，決定采用樁錨支護(hù)設(shè)計(jì)方案和“兩樁一錨”布設(shè)方式。基坑類型為土質(zhì)基坑，分為5個支護(hù)單元，按一級基坑設(shè)計(jì)。

（2）基坑周邊設(shè)計(jì)超載20kPa，建筑物根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取18kPa/層；施工車輛取60t，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)折算為30kPa；超載作用的范圍是基坑坡頂外擴(kuò)2m；本項(xiàng)目基坑設(shè)計(jì)年限為540d。

3.2 支護(hù)設(shè)計(jì)方案

（1）排樁：混凝土支護(hù)樁樁徑0.6m，樁長約16.1～19.6m，樁間距1.2m；采用通長配筋，鋼筋材質(zhì)為HRB400強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fyk=400N/mm2。

（2）錨索：長度為16.0～20.0m，間距2.4m，采用矩形布置，錨孔直徑150mm，桿材為2S21.6 和3S21.6 鋼絞線，采用預(yù)應(yīng)力錨索，錨索與水平面夾角為15°，錨索應(yīng)按要求進(jìn)行鎖定。腰梁為2 根22a 槽鋼，承壓板為200mm×200mm厚20鋼板[4]。

（3）注漿材料均采用水泥漿，水泥型號P.O42.5，水灰比為0.5，均采用壓力注漿，第一次注漿壓力0.4～0.5MPa，二次注漿壓力不應(yīng)小于1.5MPa，水泥漿強(qiáng)度不低于M20[6]。

（4）面層：排樁立面面層鋼筋網(wǎng)按?6.5@300×300布置，噴砼C20，支護(hù)樁坡面混凝土厚度不小于50mm。

4 錨索現(xiàn)場試驗(yàn)

錨索的施工質(zhì)量對于基坑安全至關(guān)重要。本工程進(jìn)行了錨索現(xiàn)場試驗(yàn)，實(shí)施過程遵循《建筑基坑支護(hù)規(guī)程》（JGJ120-2012）要求。錨索試驗(yàn)包括基本試驗(yàn)及驗(yàn)收試驗(yàn)，主要檢測抗拔承載力極限值。本項(xiàng)目中基本試驗(yàn)錨索在現(xiàn)場隨機(jī)抽取，用于確定錨索抗拔承載力極限值，選取了3 根；驗(yàn)收試驗(yàn)進(jìn)行了33 根，用于判定錨索在抗拔承載力檢測值下是否發(fā)生斷絲、變形等異常。具體試驗(yàn)過程如下所述。

4.1 基本試驗(yàn)

基本試驗(yàn)采用循環(huán)加荷法，加荷等級及位移觀測時(shí)間按《建筑基坑支護(hù)規(guī)程》（JGJ120-2012）表A.2.3確定，最大加載量取設(shè)計(jì)值547kN 的1.144 倍（即625.8kN），錨頭位移測讀和加卸載符合A.2.5 條的規(guī)定。錨索基本試驗(yàn)荷載—位移P-S曲線見圖1，錨索荷載—彈性位移P-Se曲線和荷載—塑性位移P-Sp曲線見圖2。

圖1 錨索基本試驗(yàn)P-S曲線

圖2 錨索基本試驗(yàn)P-Se曲線和P-Sp曲線

根據(jù)錨索試驗(yàn)結(jié)果，錨索基本試驗(yàn)最大加載量625.8kN 時(shí)，錨頭最大位移55.45～67.68mm，回彈量28.37～35.60mm，每級加載時(shí)產(chǎn)生的位移量均大于錨索桿體材料的伸長量，表明土層錨索其變形除材料自身彈性變形外，錨固體承擔(dān)主要的軸向壓應(yīng)變，實(shí)測錨桿抗拔承載力極限值為625.8kN。

4.2 驗(yàn)收試驗(yàn)

驗(yàn)收試驗(yàn)采用單循環(huán)加荷法，加荷等級及位移觀測時(shí)間《建筑基坑支護(hù)規(guī)程》（JGJ120-2012）表A.4.2確定，最大試驗(yàn)荷載下錨索桿體應(yīng)力，不應(yīng)超過預(yù)應(yīng)力鋼膠線抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.85 倍，錨頭位移測讀和加卸載符合A.4.3條[7]的規(guī)定。錨索驗(yàn)收試驗(yàn)荷載—位移Q-S曲線見圖3。

圖3 錨索典型驗(yàn)收試驗(yàn)Q-S曲線

根據(jù)錨索試驗(yàn)結(jié)果，錨索驗(yàn)收試驗(yàn)最大加載量626.0kN 時(shí)，錨頭最大位移55.16～60.0mm，最大回彈量33.70～37.00mm 大于桿體自由端長度理論彈性伸長量80%（26.14～27.62mm），加載至檢測值時(shí)錨索位移穩(wěn)定，錨索拉力值符合設(shè)計(jì)[7-10]。

5 基坑工程監(jiān)測

本基坑工程監(jiān)測項(xiàng)目包括支護(hù)結(jié)構(gòu)坡頂水平位移和豎向位移、深層水平位移、錨索軸力、周圍建筑物、地表裂縫監(jiān)測、基坑周邊地下水位監(jiān)測、周邊管線變形監(jiān)測等。實(shí)時(shí)掌握基坑變形、周邊建筑（構(gòu)筑）物地基變形數(shù)據(jù)，預(yù)測發(fā)展趨勢，為安全、科學(xué)的施工提供指導(dǎo)意義。本次基坑開挖時(shí)間為2016年5月10日，至2017年10 月22 日進(jìn)行了基坑回填，監(jiān)測時(shí)間總歷時(shí)530d。開挖過程中進(jìn)行了兩次錨索施工?；幼冃吻闆r以基坑北側(cè)冠梁及支護(hù)結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行說明，其中冠梁水平位移歷史曲線見圖4，基坑北側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)隨深度變化位移曲線見圖5。

圖4 基坑北側(cè)冠梁水平位移歷時(shí)曲線

從圖4 看，在基坑監(jiān)測周期內(nèi)，冠梁水平位移總體呈增加趨勢。在工程前期，基坑開挖過程中，由于受兩次錨索張拉索定的影響，冠梁水平位移呈現(xiàn)較大變化，開挖至基底時(shí)最大值達(dá)到13.9mm；在工程中后期，支護(hù)結(jié)構(gòu)施工完畢后至基坑回填時(shí)段，冠梁水平位移受坡頂施工因素的影響存在上下小幅波動，但整體趨勢相對平穩(wěn)。

從圖5看，在基坑監(jiān)測周期內(nèi)，樁身水平位移隨深度變化呈減小趨勢，至基底時(shí)趨于0mm，即基底處樁身水平位移量基本為零。樁身水平最大位移位于樁頂附近，數(shù)值較小，僅3.2mm。在錨索附近，位移極小，說明錨索受力良好，設(shè)計(jì)參數(shù)取值比較準(zhǔn)確、可靠。

圖5 基坑北側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)隨深度變化位移曲線

施工過程中，我們對周邊環(huán)境做了沉降觀測，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果是建筑物沉降6.2～9.5mm，周邊道路沉降7.3～9.0mm，地下管線5.2～7.9mm，由此可見，沉降變形值比較小。

根據(jù)上述分析，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊建筑物、道路、地下管線變形均較小，均處于安全狀態(tài)，并且遠(yuǎn)小于報(bào)警值，這說明預(yù)應(yīng)力錨索在深基坑支護(hù)中安全可靠，應(yīng)用效果非常好。

6 結(jié)語

本工程基坑相對較深，因此選用了預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)，并采用了“兩樁一錨”的施工方法，這樣可以在保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，減少錨索的數(shù)量，經(jīng)濟(jì)可靠。錨索施工完畢后，通過基本試驗(yàn)及驗(yàn)收試驗(yàn)，對錨索的施工質(zhì)量進(jìn)行了鑒定，試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。為了了解基坑支護(hù)方案對周邊建筑物、構(gòu)筑物的影響，本項(xiàng)目進(jìn)行了較為詳細(xì)的監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較小，基坑周邊建筑物、構(gòu)筑物基本沒有變形，均處于安全狀態(tài)。由此可知，本項(xiàng)目采用的“兩樁一錨”施工方法的效果較好。與其他支護(hù)方式相比，“兩樁一錨”的施工方法具有施工速度快、成本低、工期短的優(yōu)勢。這種工法在濟(jì)南地區(qū)已得到了廣泛應(yīng)用，尤其在深大基坑工程中。本文所論述的設(shè)計(jì)方案、錨索試驗(yàn)、基坑監(jiān)測等流程可為其它類似工程提供借鑒。