樁錨工程基坑支護設(shè)計

袁珍梅

（甘肅有色工程勘察設(shè)計研究有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

擬建建筑場地位于黃河南岸Ⅱ級階地，擬建建筑為11層，場地地面高程介于1 530.63～1 532.09 m之間，基礎(chǔ)頂標(biāo)高為-14.7 m，柱下承臺按1 800 mm考慮，基底標(biāo)高為-16.5 m（1 515.30 m）?；幼畲箝_挖深度約為15.8 m。筏板外邊緣挑出地下室外墻1 000 mm，筏板外邊線距基坑下口線留800 mm工作面。

1.2 場地巖土工程水文地質(zhì)條件

擬建建筑場地區(qū)域地層自上而下依次分布如下:

（1）雜填土層（Q4ml）:厚度2.5～3.5 m,土質(zhì)不均勻，雜色，以粉土顆粒為主，含少量的煤渣、磚塊等，稍濕，稍密。表層0.2 m為砼地面。

（2）黃土狀粉土層（Q4al+pl）:厚度7.7～9.3 m，土質(zhì)較均勻，褐黃色，孔隙及蟲孔較發(fā)育，局部含少量的粉細砂及粉質(zhì)黏土，無光澤，韌性低，干強度低，搖振反應(yīng)中等，稍濕～濕，稍密。其中9.0 m以下為很濕～飽和，稍密～中密狀。

（3）粉質(zhì)黏土層（Q4al+pl）：厚度1.3～2.4 m，土質(zhì)不均勻，褐灰色～青灰色，稍有臭味，孔隙、蟲孔較發(fā)育，局部夾少量粉細砂薄層，干強度高，稍有光澤，韌性中等，無搖振反應(yīng)，軟塑～可塑狀。

（4）粉細砂（Q4al+pl）：埋深12.1～13.7 m，青灰色，主要礦物成分為石英、云母等，砂質(zhì)較純，稍濕，中密。該層呈透鏡狀，居于卵石層頂面。

（5）卵石層（Q4al+pl）：勘察厚度為5.3～8.0 m（該層未穿透），雜色、青灰色為主，成分以石英石、花崗巖、變質(zhì)砂巖等為主，以砂類土充填，磨圓度較好，呈圓形～亞圓形，級配不良，粒徑以2～8 cm為主，偶見漂石，卵石顆粒含量約占全重的55%～60%，1.5 m以上稍密，其下中密～密實狀。

工程勘察期間，在勘探深度范圍內(nèi)未見地下水出露。場地由于受上部給排水管道、地溝滲漏等影響，地表水入滲至黃土狀粉土層及粉質(zhì)黏土層，形成局部的上層滯水，使地基土處于飽和狀。飽和層面埋深約9.0 m。

2 治理工程設(shè)計

2.1 基坑支護方案設(shè)計原則

確保主體工程得以實施、結(jié)合周圍環(huán)境等影響因素；保障基坑自身邊坡，周邊的構(gòu)筑物、建筑物，以及道路、地下管線等的安全穩(wěn)定；最大限度節(jié)約施工現(xiàn)場的可用空間；確保安全前提下，優(yōu)化支護方案的結(jié)構(gòu)形式，以減少項目施工造價，節(jié)約工程資金；達成該項目對工程安全、質(zhì)量、工期及資金的控制目標(biāo)。

2.2 基坑周邊環(huán)境條件

基坑西北角下口線距住宅樓（井樁基礎(chǔ)）最近距離約為4.64 m；基坑北側(cè)緊鄰院內(nèi)道路，該道路北側(cè)為既有辦公樓（1F,淺基礎(chǔ)），基坑下口線與其最近距離約為7.52 m；基坑?xùn)|側(cè)下口線與街道的最近距離約為10.94 m；基坑南側(cè)緊鄰院內(nèi)道路，其南側(cè)為院內(nèi)圍墻，基坑下口線距圍墻的最近距離約為7.6 m；基坑西側(cè)與項目一期、二期工程相接。

2.3 基坑支護設(shè)計計算參數(shù)

綜合本工程的重要性等級、場地復(fù)雜程度、場地工程地質(zhì)條件、基坑開挖深度及周邊環(huán)境等作用因素，擬定本工程基坑側(cè)壁支護安全等級為一級。

依據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120—2012）[1]，基坑支護后有效安全期考慮為12個月，基坑重要性系數(shù)取γ0=1.10；排樁圓弧滑動穩(wěn)定安全系數(shù)考慮為Kr=2.2；基坑抗隆起安全系數(shù)采用Kb≥1.8；錨桿抗拔安全系數(shù)采用Kt=1.8。

根據(jù)本項目巖土工程勘察報告，結(jié)合該地區(qū)的設(shè)計、施工經(jīng)驗參數(shù)，基坑支護設(shè)計計算中所采用的巖土特征參數(shù)見表1。

表1 巖土特征參數(shù)表

2.4 支護方案的選擇

為保障基坑邊坡、鄰近建構(gòu)筑物、管線及道路的安全，結(jié)合基坑開挖、地下工程作業(yè)環(huán)境等，必須對基坑邊壁進行有效支擋。支護形式根據(jù)基坑周邊各段空間條件、土層地質(zhì)條件、邊坡坡高坡率、邊坡變形要求等約束條件，將工程的安全性、經(jīng)濟性作為關(guān)鍵因素，選用適宜的支擋形式。

因基坑開挖深度約為15.8 m，且周邊臨近的建、構(gòu)筑物及道路、管線等繁雜且距離受限，施工可利用空間十分狹小，因此場地不具備能夠自然放坡的條件。為切實保證基坑坑體及四周建、構(gòu)筑物的安全不影響正常使用，該基坑工程擬采用樁錨工程進行支護。

基坑支擋設(shè)計計算，使用深基坑設(shè)計軟件進行。結(jié)合該區(qū)域基坑支護、支擋的工程設(shè)計經(jīng)驗，認(rèn)真詳細總結(jié)該工程前期已完工工程的成功設(shè)計、施工作業(yè)等經(jīng)驗，對設(shè)計參數(shù)適當(dāng)微調(diào)，并經(jīng)設(shè)計軟件驗算復(fù)核，最終確定了該支擋設(shè)計方案。

3 工程措施

（1）支護排樁設(shè)計樁徑為0.9 m，樁心距采用2.0 m，樁全長為24.0 m。支護樁與其頂部的冠梁砼強度等級均為C30，施工工藝采用旋挖鉆挖孔。鋼筋籠采用沿樁身通體通長均勻布筋,砼保護層厚度5 cm，主筋及加強筋均為HRB400鋼筋，箍筋選用HPB300鋼筋為螺旋箍。支護樁主筋植入冠梁的長度不得小于0.55 m，冠梁尺寸為1.2 m寬、0.6 m高。

（2）支護樁的樁間共布設(shè)3排預(yù)應(yīng)力錨索及4排土釘。錨索水平間距為2.0 m，豎向間距采用2.5 m，位于相鄰兩根樁的中間。三排錨索長度不同，分別采用18.0 m、16.0 m、16.0 m，自由段長度各自為6.0 m、5.5 m、5.0 m。錨索材料選用3束直徑為15.2 mm的鋼絞線綁扎，錨孔內(nèi)采用M 20水泥砂漿進行注漿。預(yù)應(yīng)力錨索的成孔孔徑采用150 mm，第2及3排錨索底部5 m范圍內(nèi)，采用20 MPa高壓注漿進行擴孔，擴孔后終孔徑為400 mm。

（3）冠梁下1.5 m處打入第1排土釘，選用1根直徑為18 mm的HRB400鋼筋，或直接打入DN40的錨管，長度為12 m；第2～4排位于3排錨索下部2 m處，直接打入DN40錨管，長度分別為6.0 m、3.0 m、3.0 m。土釘?shù)乃郊柏Q向間距均選用2.0 m，孔內(nèi)注入的水泥砂漿強度等級為M10。

（4）如遇錨管打入卵石層進入困難，則需結(jié)合現(xiàn)場實際情況盡可能地打入，必要時也可采用加密土釘；如在雜填土層土釘難以成孔甚至不能成孔，則可直接打入DN40的錨管。第1排土釘打入時，需結(jié)合現(xiàn)場情況，必須避開地下管線等，土釘?shù)木唧w位置、長度等，可以結(jié)合現(xiàn)場情況酌情調(diào)整。

（5）待支護排樁施工結(jié)束，邊坡開挖成型后，需在排樁樁間掛設(shè)土釘網(wǎng)，并且噴射素砼。在支護樁的樁身上，固定土釘鋼筋網(wǎng)片。噴射素砼的面層厚度采用0.1 m，強度等級為C25，骨料最大粒徑小于等于16 mm，水灰比宜為1∶0.45?；炷磷o面鋼筋網(wǎng)，采用單層雙向網(wǎng)片。網(wǎng)片設(shè)計直徑為6.5 mm的鋼筋，間距設(shè)計為250 mm×250 mm，接頭可用搭接綁扎，搭接的長度不大于等于200 mm。鋼筋網(wǎng)的翻彎長度需要大于1.5 m。砼面層在其頂部位于基坑邊時，須向上翻澆。寬度設(shè)計為2 000 mm（鋼筋網(wǎng)片的翻彎長度、基坑頂部混凝土面層的寬度等，若施工時不能達到設(shè)計要求尺寸，可以結(jié)合場地實際條件酌情進行調(diào)整）。

（6）基坑頂外翻邊鋼筋網(wǎng)的邊緣位置處，須設(shè)置地錨。地錨選用豎向植入30～50 cm的HRB400鋼筋，或打入DN40鋼管而成。鋼筋網(wǎng)片需掛設(shè)在地錨外側(cè)的橫向鋼筋上，沿基坑周邊的布設(shè)間距以2.0 m為宜。

（7）沿基坑四周，需要鋪砌高度為0.3 m的磚砌擋水墻。因場地地形條件受限不能設(shè)置擋水墻的地段，必須保障地面排水順暢，嚴(yán)防坑頂積水。

4 基坑監(jiān)測

鑒于基坑開挖成型后放置時間較長，故應(yīng)在施做過程中及放置期間加強對周邊建構(gòu)筑物、管線、地面及基坑頂?shù)某两导拔灰魄闆r進行監(jiān)測，隨時監(jiān)控沉降位移發(fā)生量及其變化趨勢等，遇見異常情況立即停止施工作業(yè)，并立刻上報相關(guān)負責(zé)人，盡快查清問題原因后及時處置。

依據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50497—2019）[2]，本項目基坑工程監(jiān)測的主要內(nèi)容有：因為基坑開挖從而引起的基坑底部及頂部的水平位移變形，基坑頂部四周地面的沉降豎向位移變形；支護排樁樁頂?shù)乃轿灰谱冃?；因為基坑開挖而引起的臨近建筑物、地面、管線、道路等的沉降豎向位移，以及基坑周邊產(chǎn)生的地表、道路管線的變形裂縫等。本工程基坑周邊及坡頂共布置17個水平位移監(jiān)測點，基坑周邊的建筑及道路共布設(shè)豎向沉降監(jiān)測點18個。

基坑監(jiān)測時應(yīng)當(dāng)在開挖前測得初始值，并且不得少于2次，初期開挖時每天監(jiān)測宜不少于2次。隨著開挖加深，監(jiān)測的周期可適當(dāng)加大，但當(dāng)變形超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時，尚需加密日觀測次數(shù)?；又ёo完成后或邊坡變形趨于穩(wěn)定時，監(jiān)測的周期可以增大至1次/周。遇雨季時，必須增加觀測的密度，暴雨過后須及時進行變形觀測。變形觀測須一直持續(xù)至基坑回填完成后方可停止。

5 基坑工程應(yīng)急預(yù)案

深基坑支護工程，屬于危險性較大的分部分項工程。施工過程中可能遭遇各種意外工況，施做中要切實加強觀測，采用信息法施工，對應(yīng)急處理措施進行專項論證，以防患于未然，有備無患。

（1）基坑開挖前，應(yīng)預(yù)見可能發(fā)生的事故，相應(yīng)準(zhǔn)備一定的應(yīng)急材料、設(shè)備，籌備好搶險加固的工作。若基坑開挖施做引起涌土、流砂或坑底隆起失穩(wěn)時，或圍擋結(jié)構(gòu)變形過大有失穩(wěn)預(yù)兆的，應(yīng)立刻停止施工作業(yè)，并采取有效的應(yīng)急措施，確保施工安全、順利地進行。

（2）基坑開挖時如遇位移速率過大，在位移沉降過大區(qū)域，應(yīng)立即采用坡腳堆載土體以控制繼續(xù)變形，待邊坡穩(wěn)定后再行支擋加固。

（3）坑體土方的開挖應(yīng)分區(qū)、分層、分段進行，嚴(yán)禁出現(xiàn)一次性開挖到底及超挖。挖出的棄土不得堆放在支擋外側(cè)基坑邊，嚴(yán)禁施工設(shè)備觸碰支擋結(jié)構(gòu)。開挖至設(shè)計坑底標(biāo)高后，立即做墊層、砌筑磚模、澆筑混凝土底板，嚴(yán)禁長時間暴露。

（4）對于位移、沉降過大區(qū)域，應(yīng)結(jié)合成因，或加密錨索、或坡頂卸荷，或采用坡后小壓力注漿等措施以加固坡體。

（5）坑壁局部坡面剝離坍塌的處理：輕微時，迅速采用噴錨掛網(wǎng)固定，噴射速凝砼（噴射料中依比例加入適量速凝劑）[3]；較嚴(yán)重的應(yīng)在塌方位置向下打入豎向鋼管，并于坑外一側(cè)插入竹笆，然后向塌方處填埋草袋，使加強筋與豎向鋼管焊接，并與支護樁樁體植筋相連，并綁扎鋼筋網(wǎng)片，立刻噴射速凝砼。當(dāng)遇暴雨或因其他特別情況，坡體存在坍塌的風(fēng)險，致使無法及時實施加固時，應(yīng)立即停止該險情處的土方開挖作業(yè)，同時疏散現(xiàn)場施工人員至安全區(qū)域。用挖掘機等機械迅速回填土方于險情處支護體系的底部，預(yù)防引發(fā)支護體系的整體滑移而帶動更大面積的支擋體險情。

（6）因本基坑雜填土厚度變化較大，在較厚部位土方的開挖應(yīng)分區(qū)域、分層、分段開挖作業(yè)，若雜填土垃圾較多導(dǎo)致穩(wěn)定性較差時，分層厚度應(yīng)調(diào)整為0.3～1.0 m，分度長度為5～10 m，開挖完成后應(yīng)及時進行素噴，待素噴砼初凝后，再進行鋼筋網(wǎng)片的捆扎、上層噴射砼的施工，待上層砼強度達到80%后，再實施下層開挖作業(yè)。

（7）在施工過程中，遇厚層粉細砂層、飽和粉土地層時，應(yīng)采用分段、分層開挖作業(yè)，分段長度5～10 m，分層厚度0.5～1.0 m。開挖后迅速采用植入錨管掛網(wǎng)固定，噴射速凝砼；土層坍陷較嚴(yán)重時，向下植入豎向鋼管，坑外一側(cè)打入竹笆，然后向塌方處填入草袋，將加強筋同樁身植筋焊接，捆扎鋼筋網(wǎng)片，立即噴射速凝砼。

（8）地下室結(jié)構(gòu)施工，應(yīng)于基坑安全使用期內(nèi)完成，若未能完成地下室四周回填，應(yīng)結(jié)合基坑監(jiān)測、基坑周邊建筑荷載等，對支擋結(jié)構(gòu)安全有效性評價，同時確定是否需采取加固等處理措施。

（9）險情發(fā)生時，強化位移變形監(jiān)測，如裂縫較小且趨于穩(wěn)定，可對原支擋體系加固。如果變形較大，原有支擋體系已完全失效，則宜用機械輔助，人工分段分層重新加固險情處。

6 施工注意事項及安全文明施工要點

6.1 施工注意事項

（1）支護排樁、錨索及土釘?shù)燃庸檀胧嵤┣?，必須仔細查明場地周邊的地下管線（網(wǎng)）、構(gòu)筑物等的埋深及走向等情況，杜絕工程支護措施所占用的空間與地下已有的管網(wǎng)等構(gòu)筑物交叉引起安全責(zé)任事故以及非必要的損失等。

（2）基坑開挖過程中應(yīng)當(dāng)連續(xù)施工，將暴露時間減少至最低。開挖時須遵守“自上而下，先撐后挖以及分層開挖”的原則。嚴(yán)格按設(shè)計的土釘位置進行分層開挖，嚴(yán)禁超挖后回填；嚴(yán)禁邊坡坡壁超挖而引起的土體松動，機械開挖宜與人工清坡相緊密結(jié)合，確保邊坡坡度、邊坡平整度等達到設(shè)計要求，坡面不得有虛土。若坡面上有較大的坑穴或孔洞時，應(yīng)先行掛設(shè)鋼筋網(wǎng)后，再將坑體、洞穴用磚塊、砂石或沙袋等密實材料填平夯實。

（3）如土釘墻坡面遇滲水則極易誘發(fā)邊坡失穩(wěn)，施工前須采取如防滲土工布等必要的措施以確保邊坡不發(fā)生滲漏現(xiàn)象。

（4）土釘掛網(wǎng)噴射砼應(yīng)當(dāng)分段、分層地施工，不得超挖或是將多層并為一層實施。

（5）基坑周邊嚴(yán)禁堆放開挖的土方及其他建筑材料等，棄土應(yīng)及時清運出場?？禹斔闹鼙仨氃O(shè)置防護欄桿、安全防護網(wǎng)及標(biāo)識牌等，進入施工現(xiàn)場的所有人員均須配戴好安全帽，杜絕從坑頂向下拋扔物體。

（6）勘探顯示本項目在開挖的深度范圍內(nèi)未出露地下水，但場地的四周管溝、管道等繁多，且年代久遠，故施工前必須做好防排水設(shè)施，以防止雨季降水由地勢高處匯流至基坑內(nèi)。密切關(guān)注預(yù)防基坑坑頂及側(cè)壁土體內(nèi)的各種水源滲流等所誘發(fā)的基坑安全問題。

6.2 安全施工

（1）錨索、土釘?shù)仁┕で埃氄J(rèn)真查清管線、地下障礙物走向、埋深等情況，嚴(yán)格避免所占用的空間與地下已有建構(gòu)筑物重疊，導(dǎo)致安全事故及經(jīng)濟損失等。

（2）土釘墻邊坡滲水,極易誘發(fā)邊坡坍塌失穩(wěn)等。施工前時應(yīng)采取有效措施確保邊坡不產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象。

（3）掛網(wǎng)噴射砼須分層分段施做，不得超挖或?qū)⒍鄬雍喜橐粚舆M行作業(yè)。

（4）基坑頂周邊必須設(shè)置安全護欄及護網(wǎng)，所有進入施工現(xiàn)場的人員均須配戴安全帽，嚴(yán)禁從坑頂向下扔拋物體。

6.3 文明施工

本工程文明施工的重點為防擾民、防污染、防塵降噪等工作。施工前應(yīng)悉心做好與周邊群眾及相關(guān)單位的溝通解釋工作，土方開挖及運輸時間須合理，將施工對周邊居民、單位及道路交通造成的不利影響盡量降低。

7 結(jié)語

本次采用支護排樁、預(yù)應(yīng)力錨索、土釘、擋水墻等工程措施進行深基坑支護設(shè)計，這些措施增加了坑壁穩(wěn)定性，防止其產(chǎn)生變形過大、地面沉降等工程災(zāi)害，消除了安全隱患，確保基坑開挖影響范圍內(nèi)的人員及既有建筑物的安全，使支護工程達到工程質(zhì)量、安全、工期、經(jīng)濟投資等控制目標(biāo)。