深厚軟土相鄰對拉錨索深基坑樁頂水平位移實測與理論值差異

李小破

（廣東省水文地質大隊，廣東 廣州 510510）

1 概述

深厚軟土地區(qū)深基坑當采用樁錨支護時，因軟土深厚，錨索往往采用大傾角進入軟土下部較好地層以提高錨固力。但也導致錨索長度過長、施工難度較大、變形難以控制、成本較高等。而對拉錨索施工難度較低，質量較可靠，變形控制較好，成本較低，深厚軟土地區(qū)深基坑若存在相鄰基坑時，應盡量采用對拉錨索。但目前深厚軟土地區(qū)相鄰深基坑支護體系對拉錨索工程案例較少，相關研究較少，若設計或施工不當，仍可能存在較大風險。

吳曙光等[1]進行參數的敏感性分析，考慮錨索豎向間距、樁直徑、相鄰基坑間距、錨索預應力、樁間距、樁嵌固長度6個因素對對拉錨索支護結構性能的影響，具體為樁身彎矩、錨索軸力、樁后土體位移3個方面。王曉卿[2]研究了對拉錨桿、錨索的承載特性與加固效果。

本文以廣州某深厚軟土相鄰對拉錨索深基坑為例，通過比較樁頂水平位移實測值與理論計算值的差異，分析其可能的影響因素，為以后類似工程項目設計及施工提供經驗參考。

2 工程實例

2.1 工程概況

該項目分為南、北兩個相鄰基坑，相鄰基坑段支護樁距離約39～40m，開挖深度9.15m。相鄰基坑之間用地為施工道路，相鄰基坑支護結構施工及開挖間隔時間較短，與設計施工工況基本一致。

2.2 工程地質條件

相鄰基坑范圍巖土層自上而下為人工填土層、耕土層、第四系沖積層、燕山三期花崗巖基巖共4大類；具體如下：素填土：灰黃色，松散，稍濕，由粘土組成，層厚0.67m。耕土：棕褐色，很濕，軟—可塑，含植物根系，層厚1.20m。淤泥：深灰色,流塑,飽和,手感滑膩,土質均勻,夾薄層粉砂,有腐臭味,局部見貝殼殘殼，層厚15.90m。中粗砂：黃色，中密，飽和，分選性較差，次棱角狀，含15%左右的礫砂，主要成分為石英和長石，層厚10.10m。砂質粘性土：青灰、灰白色，可—硬塑，濕，遇水易軟化崩解，風化較均勻，為花崗巖風化殘積而成，層厚9.10m。全風化花崗巖：黃褐色，原巖基本風化成土狀，巖芯呈堅硬土柱狀，風化較均勻，見長石風化殘余，巖質極軟，巖芯遇水軟化、崩解，層厚14.80m。強風化花崗巖：褐黃色、褐灰色，巖石風化強烈，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖芯呈半巖半土狀、局部底部夾巖塊狀，巖體極破碎，巖質軟，巖體質量等級為Ⅴ類。層厚15.80m。中風化花崗巖：未揭穿該層，揭露厚度2.41m。

2.3 設計概況

相鄰基坑段支護方案：上部3m高小放坡（坡率1∶1.5，坡頂放坡段采用水泥攪拌樁加固，攪拌樁均穿過淤泥層）+1排灌注樁（樁徑1m，樁中心距1.2m）+1道預應力對拉錨索（設置在樁頂冠梁中間）+坑內被動區(qū)格柵式水泥攪拌樁（?600mm@450mm,深度均穿過淤泥進入中粗砂）加固支護，灌注樁外側設置1排三軸水泥攪拌樁截水帷幕（?850mm@600mm，樁底標高同灌注樁）。

設計要求施工順序為：水泥攪拌樁（包括基坑外放坡段水泥攪拌樁、三軸水泥攪拌樁，坑內被動區(qū)格柵式水泥攪拌樁）→灌注樁→按設計坡率放坡至樁頂標高處，同時施工放坡面鋼筋網噴砼→預應力對拉錨索、冠梁，待錨索漿體強度達到設計強度的75%后進行張拉鎖定→分層分段開挖，并施工樁間土鋼筋網噴砼，直至基坑底。

設計時按兩側基坑同時開挖考慮，每側基坑位移考慮對拉錨索總長度的一半的理論伸長量。不考慮放坡段水泥攪拌樁加固對該區(qū)域土體的加固效果。相鄰基坑支護剖面示意圖如圖1所示。

圖1 相鄰基坑支護剖面示意圖

2.4 樁頂水平位移及錨索內力實測值

樁頂水平位移實測值選取4個開挖工況。工況一：開挖至冠梁底標高錨索施工前（開挖深度4.0m）；工況二：預應力對拉錨索張拉鎖定后；工況三：剛開挖至基坑底；工況四：該區(qū)域底板即將澆筑前（工況四與工況三存在一段時間間隔）。根據第三方基坑監(jiān)測報告，上述4個工況下樁頂水平位移及錨索內力實測值如表1所示。

表1 樁頂水平位移與錨索內力實測值

2.5 樁頂水平位移理論計算值

樁頂水平位移理論計算：不考慮放坡段水泥攪拌樁加固對該區(qū)域土體的加固效果；工況二根據實測錨索內力作為初始錨索預應力值進行計算；工況四因目前理論計算尚難以考慮坑內被動區(qū)土的蠕變效應不進行計算。

（1）工況一：開挖至冠梁底標高錨索施工前（開挖深度4.0m）。樁頂水平位移理論計算值19.43mm（圖2）。

圖2 工況一樁頂水平位移理論計算

（2）工況二：預應力對拉錨索張拉鎖定后。錨索預應力取實測值118.80kN，樁頂水平位移理論計算值11.18mm（圖3）。

圖3 工況二樁頂水平位移理論計算

（3）工況三：剛開挖至基坑底。樁頂水平位移理論計算值46.57mm（圖4），錨索內力理論計算值304.67kN（表2）。

圖4 工況三樁頂水平位移理論計算

表2 樁頂水平位移與錨索內力理論計算值

2.6 樁頂水平位移實測值與理論計算值差異分析

根據設計計算模型，基坑后方土壓力作用在支護樁上，支護樁支反力由冠梁層的對拉錨索和基坑底以下被動區(qū)土體分擔。根據設計計算模型，樁頂水平位移變化過程如下：①第一階段，基坑頂放坡開挖至冠梁底標高錨索施工前（開挖深度4.0m），隨著開挖深度增加，作用在支護樁的土壓力逐漸增大，樁頂水平位移逐漸增加；②第二階段，預應力對拉錨索施工后漿體強度達到設計強度的75%后進行張拉鎖定，隨著預應力的施加，支護樁擠壓后方土體并產生位移，樁頂水平位移減小，同時對拉錨索鋼絞線發(fā)生彈性變形，錨索內力初始值建立；③第三階段，錨索張拉鎖定后分層分段開挖基坑，直至基坑底，隨著開挖深度增加，作用在支護樁的土壓力逐漸增大，對拉錨索分擔的支反力逐漸增加，樁頂水平位移逐漸增加，同時錨索內力逐漸增大。

2.6.1 工況一樁頂水平位移實測值與理論計算值差異分析

工況一樁頂水平位移實測值15.20mm，理論計算值19.43mm，實測值略小于計算值。原因分析：理論計算時未考慮放坡段水泥攪拌樁加固的影響。放坡段水泥攪拌樁加固深度穿過淤泥層，該范圍淤泥層加固后物理力學參數提高，作用在支護樁的土壓力減少，因此樁頂水平位移實測值略小于理論計算值。

因此，對基坑外土體進行加固可以改善土體物理力學性質，減少錨索施加預應力之前的樁頂水平位移。

2.6.2 工況二樁頂水平位移實測值與理論計算值差異分析

工況二樁頂水平位移實測值14.20mm，理論計算值11.18mm，實測值略大于計算值。原因分析：工況二錨索施加預應力后，支護樁擠壓后方土體并產生位移，樁頂水平位移減小。因放坡段采用水泥攪拌樁加固后土體性質改善，支護樁擠壓后方土體產生的位移減少。

因此，錨索施加預應力后樁頂水平位移減少，但基坑外土體加固后可以降低錨索預應力施加前后樁頂水平位移變化幅度。

2.6.3 工況三樁頂水平位移實測值與理論計算值差異分析

工況三樁頂水平位移實測值47.20mm，理論計算值46.57mm；錨索內力實測值386.30kN，理論計算值304.67kN。樁頂水平位移實測值略大于計算值，錨索內力實測值也大于計算值。原因分析：支護樁支反力由冠梁層的對拉錨索和基坑底以下被動區(qū)土體分擔。支護樁錨索內力實測值大于理論計算值，說明錨索分擔的支反力大于理論計算值，基坑底以下被動區(qū)土體分擔的支反力小于理論計算值。受制于本項目設計周期很短，被動區(qū)水泥攪拌樁加固土體設計參數參照類似工程經驗取值，未進行水泥加固土室內試驗。推測原因為基坑底被動區(qū)土體為淤泥，采用格柵式水泥攪拌樁加固，水泥攪拌樁在淤泥內的強度較低，加固土體設計取值高于實際值，因此基坑底以下被動區(qū)土體實際分擔的支反力小于理論計算值。

因此，基坑底被動區(qū)軟土加固土設計取值應慎重，應盡量進行加固土室內試驗，并應充分考慮施工影響因素。

2.6.4 工況四樁頂水平位移實測值分析

工況四樁頂水平位移實測值51.40mm，錨索內力實測值419.10kN，均較工況三有所增加。原因分析：基坑底為軟土，加固土強度較低，且加固區(qū)后面仍為軟土，基坑底被動區(qū)加固土會發(fā)生蠕變效應。

因此，基坑開挖至基底后必須盡快進行地下結構施工，不宜長期放置。

3 結語

（1）深厚軟土地區(qū)相鄰對拉錨索深基坑樁頂水平位移實測值與理論計算值差異較小，對拉錨索是深厚軟土相鄰深基坑支護的有效手段。

（2）對拉錨索深基坑樁頂水平位移的影響因素較多，包括基坑外土體加固、頂部放坡、錨索預應力、基坑底被動區(qū)土體加固、基坑開挖至基底后放置時間，以及基坑頂超載、坑外地下水位等。

（3）適當進行基坑外土體加固、盡量減少基坑開挖至基底后放置時間、提高錨索預應力、控制基坑頂超載等均有利于控制樁頂水平位移。

（4）基坑底被動區(qū)軟土加固效果較難控制，且存在蠕變效應，設計取值應慎重，對拉錨索的作用非常重要，應提高對拉錨索設計安全冗余度。

（5）本文針對相鄰基坑基本同時開挖情況對對拉錨索深基坑樁頂水平位移進行分析，若相鄰基坑開挖時間不一致，則可能出現較大差異，目前尚缺乏相應案例，應進一步加強相關研究。