擴(kuò)孔錨桿與SMW 工法組合在基坑支護(hù)中的應(yīng)用

陽(yáng)佳丁YANG Jia-ding

（廣東佛盈匯建工程管理有限公司，佛山 528000）

0 引言

基坑支護(hù)施工質(zhì)量控制要以項(xiàng)目質(zhì)量要求為依據(jù)，在這一視角下，利用擴(kuò)孔錨桿與SMW 工法組合，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并在擴(kuò)孔錨桿控制與SMW 工法結(jié)合的視角下，通過(guò)軟土基坑施工質(zhì)量控制，對(duì)基坑軟土層以及側(cè)壁穩(wěn)定性的提升等有促進(jìn)作用。在進(jìn)行圍護(hù)樁施工的過(guò)程中，則需要從基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能要求以及支撐結(jié)構(gòu)施工難度的角度進(jìn)行優(yōu)化，提高基坑支護(hù)的力學(xué)穩(wěn)定性以及可靠性。因此，采用擴(kuò)孔錨桿以及鋼筋混凝土支撐組合的方式進(jìn)行施工，提高深基坑的支護(hù)質(zhì)量，在節(jié)省工期的前提下，可提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工控制水平，將基坑變形控制在允許范圍內(nèi)，可達(dá)到基坑支護(hù)的預(yù)計(jì)施工目標(biāo)。

1 工程概況

某工程包含主樓以及地下室三層，主樓的總高度為197.0m，總層數(shù)為42 層，裙樓高度為18m，有4 層?；拥膶?shí)際深度為15.25m，安裝支護(hù)結(jié)構(gòu)的周長(zhǎng)為430m，總面積約為13214m2?！?8·廣東建筑2022 年根據(jù)巖土層勘察結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)本工程的基坑施工會(huì)受到粉質(zhì)粘土、卵石以及花崗巖等因素的影響，出現(xiàn)基坑穩(wěn)定性降低的情況。土層計(jì)算參數(shù)如表1 所示。

表1 場(chǎng)地土層物理力學(xué)參數(shù)

本工程在實(shí)際施工中，由于基坑的開(kāi)挖深度相對(duì)比較大，因此，在支護(hù)結(jié)構(gòu)施工中，整體支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大深度可以達(dá)到15.25m。在本工程項(xiàng)目中，地質(zhì)環(huán)境的整體環(huán)境相對(duì)較差，淤泥的厚度最大可達(dá)到6m 左右，且淤泥中含有大量的圓礫中砂/卵石等，最大厚度可達(dá)到8m 以上。在本次工程施工中，支護(hù)結(jié)構(gòu)部分的施工工期比較緊張，且施工技術(shù)質(zhì)量要求比較嚴(yán)格。為保證項(xiàng)目施工，對(duì)施工成本及安全等也需要進(jìn)行針對(duì)控制，從而保證支護(hù)結(jié)構(gòu)施工的綜合水平。

2 擴(kuò)孔錨桿與鋼筋混凝土支撐組合支護(hù)體系

2.1 支護(hù)方案比選

在對(duì)支護(hù)方案的實(shí)際施工與應(yīng)用進(jìn)行分析中，考慮到本次基坑施工的深度要求為15.25m，所以，需要對(duì)基坑的實(shí)際情況進(jìn)行勘察，基坑位置有6m 厚的淤泥層，增加了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工難度。SMW 工法在實(shí)際應(yīng)用中，具有施工速度快的特性，且施工質(zhì)量可獲得有效的保證，可達(dá)到止水、止泥的目的。近年來(lái)，SMW 工法在廣東地區(qū)軟土基坑支護(hù)中的應(yīng)用比較多，基本取代了傳統(tǒng)灌注樁施工。在砂層或者淤泥夾砂等施工場(chǎng)地中，可發(fā)揮SMW 工法的攪拌樁特性，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的止水效果，對(duì)提高H 型剛樁以及攪拌樁的剛度有促進(jìn)作用。因此，結(jié)合SMW 工法樁特征，可以與外拉錨或者內(nèi)支撐等結(jié)構(gòu)配套使用。外拉錨大多是采用注漿型錨桿進(jìn)行施工，因?yàn)樽{型錨桿的承載能力相對(duì)比較低，且桿體比較長(zhǎng)。在實(shí)際施工中，施工工藝比較簡(jiǎn)單，廣泛地應(yīng)用到基坑支護(hù)施工中。但是，在深大基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中，注漿錨桿無(wú)法滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度要求。因此，采用擴(kuò)孔錨桿可彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，擴(kuò)孔錨桿的單根錨桿承載力比較高，進(jìn)一步降低支護(hù)成本的同時(shí)，可提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。SMW 工法樁在實(shí)際施工中，采用HN700×300 型鋼進(jìn)行密插施工，樁長(zhǎng)度為24m，水泥攪拌樁為φ850。在實(shí)際施工中，SMW 工法樁的應(yīng)用中，在水平向安裝支撐體系，并結(jié)合基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工要求進(jìn)行針對(duì)施工。根據(jù)本次項(xiàng)目前期勘察結(jié)果，在實(shí)際施工中，準(zhǔn)備了兩套施工方案，第一套施工方式是采用兩道擴(kuò)孔錨桿+一道鋼筋混凝土水平支撐的方式進(jìn)行施工，第二套方案是采用兩道鋼筋混凝土水平支撐的方式進(jìn)行施工。結(jié)合理論研究，錨索的位置距離基坑坡頂越近，則產(chǎn)生的支撐效果越明顯?；釉谒轿灰频倪^(guò)程中，水平位移與內(nèi)力會(huì)形成夾角，以?shī)A角為最優(yōu)的支撐點(diǎn)，可提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效性。因此，在本次施工中，水平位移的點(diǎn)選擇在距離基坑坑底0.4m 的位置進(jìn)行施工。

在本次的施工研究中，方案一是根據(jù)基坑的深度，按照從上到下的方式，對(duì)基坑兩側(cè)采用兩道擴(kuò)孔錨桿+一道鋼筋混凝土支撐的方式進(jìn)行施工，擴(kuò)孔用的錨桿則是以25mm 直徑的HRB400 螺紋鋼為材料，擴(kuò)孔的直徑要在400mm 以上。坡頂以下2m 的位置，則是按照1:0.8 的坡率進(jìn)行支護(hù)施工。第一道擴(kuò)孔錨桿的位置是在基坑底部向上2m 的位置，長(zhǎng)度為24m，產(chǎn)生的間距為1.2m，第二道擴(kuò)孔錨桿的安裝位置與第一道錨桿之間存在3.5m 的間距，具體剖面如圖1。在方案二的設(shè)計(jì)中，在2m 位置安裝邊坡噴錨，具體的鋼筋結(jié)構(gòu)剖面如圖2 所示。

圖1 方案一支護(hù)剖面

圖2 方案二支護(hù)剖面

圖3 為支撐平面布置圖。在本次的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工中，在西北角與西南角的位置，安裝的支撐梁寬跨度較小，緊扣裙樓的位置，因此，在實(shí)際施工中，選擇用角撐的方式進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)施工。從經(jīng)濟(jì)角度以及安全角度進(jìn)行分析，基坑中部的支護(hù)結(jié)構(gòu)由于對(duì)撐結(jié)構(gòu)比較多，所以，利用方案一有一定的優(yōu)勢(shì)，具體的對(duì)比結(jié)果如表2。

圖3 支撐平面布置圖

表2 方案一和方案二基坑支護(hù)造價(jià)對(duì)比 （單位/元）

結(jié)合基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工要求，按照方案一進(jìn)行施工中，設(shè)計(jì)方案的最大剪力值為403.2kN，設(shè)計(jì)的最大彎矩值為673.3kN·m，支護(hù)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的最大位移為32.46mm，支撐結(jié)構(gòu)的軸力為7213.2kN。選擇方案二進(jìn)行施工，最大剪力值為442.5kN，設(shè)計(jì)的最大彎矩值為11.4kN·m，支護(hù)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的最大位移為35.89mm，支撐結(jié)構(gòu)的軸力為1668.2kN、7693.8kN。從上述指標(biāo)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)方案都符合本項(xiàng)目的施工要求。但是，相對(duì)比之下，方案一的受力更加合理。因此，在本次的施工中，選擇第一套基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方案。

2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析

本基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大位移為32.46mm，在對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除后，產(chǎn)生的最大位移為31.39mm，基本可以滿足本次基坑結(jié)構(gòu)的施工要求。在土壓力相對(duì)比較低的情況下，擴(kuò)孔錨桿在對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加一定的預(yù)應(yīng)力后，可對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的位移變化進(jìn)行控制。本次施工的位移峰值相對(duì)比較深，三道支錨的支座支撐作用明顯，這說(shuō)明擴(kuò)孔錨桿的安裝與應(yīng)用，可以起到內(nèi)支撐的作用。

第一道錨桿在實(shí)際應(yīng)用中，水平軸力為184kN，第二道錨桿完成施工后，水平向軸力為198kN，本工程中的三道支錨結(jié)構(gòu)，水平軸力分別為153kN、165kN、801kN，這說(shuō)明鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以對(duì)基坑起到一定的支撐作用。此外，根據(jù)錨桿內(nèi)力以及位移之間的變化曲線可以發(fā)現(xiàn)受支錨的剛度影響，鋼筋混凝土的支撐力擴(kuò)大，其對(duì)基坑的支撐作用也會(huì)提升。具體如圖4 所示。

圖4 支護(hù)剖面計(jì)算結(jié)果

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

擴(kuò)孔錨桿與SMW 工法的聯(lián)合應(yīng)用下，對(duì)本工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、變形以及錨桿的應(yīng)力變化、地下水位變化、支撐軸力等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析。分析結(jié)果說(shuō)明，在實(shí)際施工中，實(shí)際支護(hù)結(jié)構(gòu)的樁體變形數(shù)值與理論計(jì)算的數(shù)值基本保持一致。從實(shí)際測(cè)量的角度進(jìn)行分析，支撐結(jié)構(gòu)的最大位移變化為26mm～35mm，可以滿足相關(guān)規(guī)范對(duì)本次工程施工的要求。從最大位移值的角度進(jìn)行分析，支護(hù)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的最大位移在地下14m 的位置，相對(duì)理論數(shù)值要大，這是因?yàn)樵诨娱_(kāi)挖的過(guò)程中，底部施工對(duì)基坑底部的表層土?xí)a(chǎn)生影響，導(dǎo)致基坑支撐結(jié)構(gòu)的壓力出現(xiàn)變化。具體變化如圖5 所示。

圖5 典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)深層水平位移曲線

從深層水平位移比對(duì)的角度進(jìn)行分析，則需要對(duì)剪力變化、彎矩變化等進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)與分析，在這一方面，實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)與理論計(jì)算的數(shù)據(jù)基本保持一致。擴(kuò)孔錨桿的應(yīng)用可有效分擔(dān)基坑側(cè)面壁土的壓力，可提高基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工合理性與有效性。本基坑完成施工后，坡頂沉降最大值為25mm，荔園路的地表沉降最大值為10mm，錨桿的整體軸力最大值為220kN，且軸向拉力小于標(biāo)準(zhǔn)值。項(xiàng)目實(shí)際施工后，周邊道路的地表并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的裂縫。

4 結(jié)論

綜上所述，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在實(shí)際施工與監(jiān)測(cè)中，基坑變形的趨勢(shì)與理論值基本保持一致。在實(shí)際施工的過(guò)程中，各項(xiàng)變形基本在可控范圍內(nèi)。在基坑支護(hù)施工的過(guò)程中，擴(kuò)孔錨桿與SMW 工法的組合應(yīng)用具有一定的可行性，通過(guò)兩道擴(kuò)孔錨桿與一道鋼筋混凝土的水平支撐，可有效控制基坑深層的水平位移，擴(kuò)孔錨桿與SMW 工法可結(jié)合在一起，提高基坑支護(hù)施工的止水效果，降水難度也會(huì)相對(duì)降低。對(duì)同類(lèi)型的工程施工有借鑒意義。