深基坑支護(hù)施工技術(shù)在高層建筑項目中的應(yīng)用

曹力

（山西三建集團(tuán)有限公司，山西 長治 046000）

0 引言

以錨桿實(shí)施基坑挖掘支護(hù)方具備以下作用：能夠使土體更穩(wěn)定，減少或防止土體的滑動；能夠使松軟土體的強(qiáng)度增加，在實(shí)施基坑強(qiáng)求中利用。但就現(xiàn)階段的預(yù)應(yīng)力錨桿使用情況來說，錨桿支護(hù)的理論研究跟不上實(shí)際應(yīng)用，尚未對預(yù)應(yīng)力錨桿的使用原理以及設(shè)計方式進(jìn)行深入的研究，該方面的理論還不成熟。論文在預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)的機(jī)制和設(shè)計方法上作以分析和探究，以期在理論研究和實(shí)際操作的基礎(chǔ)上，讓錨桿支護(hù)具有強(qiáng)有力的理論依據(jù)。

1 工程簡介

本文以某廣場4 號地下車庫等4 個項目為研究對象，該項目占地23612m2，由3 幢辦公樓、一個車庫構(gòu)成。整體為弧形，基礎(chǔ)埋深20m 左右。工程等級：Ⅰ級，場地復(fù)雜等級：Ⅰ級，地基復(fù)雜指數(shù)：Ⅱ級，基坑安全性：Ⅰ級。

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

該項目基坑支護(hù)類型為錨樁聯(lián)合支護(hù)，基坑的安全性能是一級，其內(nèi)壁安全系數(shù)γ0是1.10，樁直徑800mm，樁長17m，相鄰樁之間的距離1.40m，混凝土采用的是C25 混凝土，地面超載以設(shè)計為20kPa，設(shè)定地面標(biāo)高為±0.00，護(hù)坡樁設(shè)計深度為5.00m，樁頂標(biāo)高是-4.50m，那么基底標(biāo)高就設(shè)計為-16.5m，樁底標(biāo)高為-21.50m，設(shè)計標(biāo)高比錨桿標(biāo)高低0.50m，內(nèi)部水容量規(guī)定深度設(shè)計為19.50m，外部設(shè)計為11.13m，同時內(nèi)部降水深度要和挖掘深度相匹配[1]。

設(shè)計基坑支護(hù)有3 個必要條件：①安全性。②經(jīng)濟(jì)性。③適用性。其中最基本的是安全性，確?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)自身與其所在區(qū)域的建筑管線等的安全是最關(guān)鍵的，更進(jìn)一步，要滿足基坑施工不會對其所在區(qū)域的其他建筑和設(shè)施造成不良影響，最后，要確?；禹椖康慕?jīng)濟(jì)性，要最大程度的節(jié)省工程成本，在此基礎(chǔ)上，要確?；禹椖康倪m用性。在此基礎(chǔ)上，該工程項目采取放坡土釘墻與結(jié)合樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)方法，基坑項目由7 個部分組成，土釘墻噴坡和放坡支護(hù)設(shè)計在上層4.5m 的區(qū)域，與地面相隔4.5m 區(qū)域以下設(shè)計為樁錨支護(hù)，錨桿共設(shè)計有三層，馬道口部分設(shè)計兩層錨桿，錨桿之間的距離分別為兩樁一錨、三樁兩錨和一樁一錨，錨桿于各個范圍的總長設(shè)計為22m、24m、25m。

3 深基坑支護(hù)施工工藝

在基坑深度方位總共安設(shè)三道錨桿，本次工程所使用的錨桿都為低松弛鋼絞線（fptk=1860MPa），特定位置設(shè)計兩道錨桿，直徑是150mm，錨桿和所在平面夾角設(shè)計為15°。因為基坑所在區(qū)域情況和各個位置對錨桿的稱重能力要求不一樣，所以，錨桿自身承重能力于各個區(qū)域都有相應(yīng)的價值，該項目選取北坡1-1截面為案例，解釋對錨桿的計算。表1 為錨桿情況明細(xì)。

表1 錨桿情況明細(xì)

錨體直徑長150mm，錨桿作用的位置設(shè)計在-4.50m、-8.50m、-12.50m，圖1 為錨桿立面，由圖1 可知本次使用的錨桿總長以及錨固體長，首道錨桿設(shè)計成兩樁一錨，錨桿水平距離相隔2.8m；其次設(shè)計為三樁兩錨，錨桿水平距離相隔為2.1m；第三道錨桿設(shè)計成一樁一錨，錨桿水平間距為1.4m。

圖1 錨桿立面

錨桿鉆機(jī)到達(dá)指定位置→桿體成形→機(jī)械鉆孔→桿體安裝→灌注→養(yǎng)護(hù)（標(biāo)準(zhǔn)為M15 同時要滿足規(guī)定值的70%）→架設(shè)腰梁→安裝錨頭→錨桿驗收測試→張拉鎖定。

3.1 鉆機(jī)就位

該項目使用的是3 臺英格索蘭鉆機(jī)或螺旋錨桿鉆機(jī)。錨桿項目進(jìn)行前要先實(shí)施定位放線，按照圖紙上的標(biāo)高精確放線，在適當(dāng)?shù)拈g隔處設(shè)計控制位，確保錨桿在相同的標(biāo)高位置[2]。

3.2 成孔

成孔施工選擇錨桿鉆機(jī)進(jìn)行成孔，設(shè)備半徑150mm，將錨桿施工的傾斜角設(shè)置為15°，鉆機(jī)必須和點(diǎn)位精確對標(biāo)，在施工前，必須進(jìn)行實(shí)驗，保證成孔品質(zhì)。

3.3 錨桿體制造與放置

錨桿桿體要在鉆孔施工前于施工現(xiàn)場完成，桿體的材質(zhì)必須根據(jù)設(shè)計選擇普通低松弛鋼絞線，同時要先完成鋼絞線的去銹除油工作，使用鋼絞線時偏差必須控制為小于50mm，其上在相距1.5～2m 處安裝一個隔離設(shè)備，隔離設(shè)備的作用是對中以及導(dǎo)向，桿體防護(hù)設(shè)施必須大于20mm，特定位置采取塑料套管進(jìn)行防護(hù)，采用鉛絲將管套和錨固部分鏈接處實(shí)施密封，待查驗達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后方可投入使用[3]。

3.4 注漿

實(shí)施錨桿注漿時應(yīng)選擇高壓專用注漿泵。對于漿液規(guī)格為0.50 的素水泥漿，應(yīng)該在使用時臨場攪拌同時進(jìn)行灌漿作業(yè)，若是出現(xiàn)過早凝固的現(xiàn)象，則需要使用一定流量的添加劑。在成孔后，進(jìn)行灌漿，灌漿設(shè)備和孔底部到達(dá)規(guī)定高度后實(shí)施灌漿，實(shí)施灌漿時要及時將孔內(nèi)的水分進(jìn)行清理，到漿液溢出為準(zhǔn)，各個孔的漿液使用量約為0.7m3，為提高錨桿的強(qiáng)度，必要時可實(shí)施二次劈裂灌注[4]。

3.5 腰梁安放

腰梁的安放作業(yè)要在完成錨桿后操作，并且要確保其和錨桿成合適的夾角。腰梁選擇的是工字鋼組合的方式，進(jìn)行安放的過程中，必須使其形心高度和錨桿高度相匹配，工字鋼有兩種形式，一種是25b，另一種是28b，鋼腰梁必須和護(hù)坡樁之間不能有空隙，必須緊挨其上，達(dá)到不到要求的地方，要使用凈距加工角度墊板，同時完成焊接，以保證達(dá)到規(guī)定的要求。

3.6 錨桿驗收試驗

完成錨桿灌注后要對漿體實(shí)施養(yǎng)護(hù)，如果漿液規(guī)格滿足M15，養(yǎng)護(hù)通常需要7d 的時間，依據(jù)規(guī)定要對5%的錨桿完成錨桿實(shí)施檢測合格才能進(jìn)行驗收，《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》對錨桿檢測做法做了規(guī)定，檢測的部門是中國建筑科學(xué)研究院，實(shí)驗順利完成，最終合格。

3.7 錨桿張拉鎖定

錨桿灌注后養(yǎng)護(hù)規(guī)格達(dá)到M15 時實(shí)施張拉操作，試驗達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，實(shí)施所有錨桿的張拉鎖定，安放錨頭的地方架設(shè)臺座，要求承壓面必須平整同時要和錨桿軸線垂直，實(shí)施張拉時使用標(biāo)準(zhǔn)測力設(shè)備，使用的是與之相匹配的電動機(jī)油泵和千斤頂，實(shí)施張拉前由專業(yè)部門中國計量科學(xué)研究院完成校訂，按照相關(guān)要求實(shí)施張拉操作。張拉形式選擇的是分級張拉，特殊情況下要實(shí)施補(bǔ)張拉。

3.8 錨桿施工質(zhì)量控制

（1）因為該項目第二、三道錨桿施工部位地質(zhì)的特殊性（含水量高且為砂層），錨桿方式選擇水錨桿工藝，錨桿成孔選擇套管跟進(jìn)的技術(shù)，同時確保水泥漿的達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，為了防止塌孔現(xiàn)象，在成孔后必須馬上實(shí)施灌漿。

（2）為了避免出水造成的泥沙流失，成孔時必須密封錨桿孔。

3.9 錨桿監(jiān)測

在對土層錨桿進(jìn)行操作時，其受力和土體發(fā)生的移動并非靜態(tài)，二者受基坑的挖掘影響，為了讓錨桿在安全和適用方面都達(dá)到要求，必須對其實(shí)施動態(tài)監(jiān)測。

錨桿在處于受力情形下，受制于各種外部條件，其預(yù)應(yīng)力會遭到損壞，因此錨桿被使用時，隨時檢測能夠最大程度的避免基坑事故。

3.9.1 監(jiān)測項目與布點(diǎn)

在錨桿工作狀態(tài)下，由于錨桿預(yù)應(yīng)力的損失會導(dǎo)致土體向基坑內(nèi)側(cè)進(jìn)行傾斜，所以錨桿的監(jiān)測應(yīng)與基坑位移的監(jiān)測緊密聯(lián)系起來，共同維護(hù)基坑的安全、適用。

永久性錨桿監(jiān)測應(yīng)包括以下監(jiān)測項目：錨桿的拉力情況；錨桿的腐蝕情況；錨固體結(jié)構(gòu)的變形情況。根據(jù)工程需要一般情況下需對錨桿進(jìn)行錨桿承載力、錨桿應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測。錨桿監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在最能反映錨桿應(yīng)力變化的位置，對不同土層的錨桿，同一高度不同位置的錨桿都要進(jìn)行監(jiān)測，從而得出反映基坑位移變化的錨桿應(yīng)力，通過錨桿應(yīng)力數(shù)值對錨桿做出正確判斷，采取相應(yīng)措施，保證土體穩(wěn)定性和基坑的安全適用性，防止基坑事故發(fā)生。

3.9.2 監(jiān)測要求

國家在錨桿監(jiān)測數(shù)目上有明文規(guī)定：針對長期使用的預(yù)應(yīng)力錨桿，其監(jiān)測數(shù)目必須達(dá)到總量的5%～10%；臨時性的，其監(jiān)測數(shù)目要達(dá)到總量的3%，同時在數(shù)目不能滿足上述規(guī)定時，其監(jiān)測數(shù)目必須在3 根及以上。針對錨桿測力計，必須根據(jù)相應(yīng)的監(jiān)測規(guī)定，按照要求的時間完成監(jiān)測，若是有降水時，以及錨桿區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行對土層有影響的操作時，必須增加監(jiān)測次數(shù)。并且還要監(jiān)測錨桿防腐情況和基坑的位置變化。

監(jiān)測結(jié)果必須第一時間上報有關(guān)部門，同時，應(yīng)對產(chǎn)生問題的地方及時進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)救。

4 錨桿試驗

實(shí)施基坑挖掘時，其上層的錨桿已處于工作狀態(tài)，并且已經(jīng)作用于土體，下方的土層在挖掘時極易對上層的錨桿產(chǎn)生作用，上層錨桿此時會產(chǎn)生增大。完成基坑挖掘后，其下部的錨桿承受的作用力是最大的，上部的相反。此時土體偏向移動幅度最大的是上部，該變化證明錨桿承受的作用力不會和土體移動成比例，造成該現(xiàn)象的原因是，在基坑挖掘的過程中，其位移并不會停止，并且方向是向外的，當(dāng)基坑挖掘停止時，位移也會停止，但是對于土體，其作用力的方向是從上到下的，下方的土體發(fā)生移動時會連帶這上方的土體[5]。

眾多的工程案例以及錨桿實(shí)驗證明：拉力類型的錨桿，處于自由段時，其預(yù)應(yīng)力相對穩(wěn)定；在其軸力增加的過程中，應(yīng)力將往錨固部位輸送，因為錨固部分和其所處部位的土體會產(chǎn)生摩擦，所以該部分預(yù)應(yīng)力會慢慢變小，若是足夠長，錨固部分的應(yīng)力會接近0。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因為錨固體頭部力的來源是自由段拉應(yīng)隨著拉力變大而變大。錨桿應(yīng)變沿錨桿長度變化曲線如圖2 所示。

圖2 錨桿應(yīng)變沿錨桿長度變化曲線

由圖2 能夠得出，錨桿處于張拉鎖定狀態(tài)時，錨桿應(yīng)力變動能夠分成3 個時期：①減小時期。②穩(wěn)定期。③增加期。因為實(shí)施張拉時會錨桿有回油的情況，所以在其鎖定的初步階段，拉力會有部分損失，同時逐漸變得穩(wěn)定，土壓隨著基坑的挖掘增加，錨桿應(yīng)力亦會變大，但最終無法恢復(fù)到剛被鎖定狀態(tài)下的，于是造成了其減損。錨桿處于極限抗拔狀態(tài)時，若是發(fā)生下面情形時就可以被認(rèn)定為為錨桿遭到破壞。

（1）其張拉位移不斷增大，無法達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）錨桿進(jìn)行張拉時，后一級荷載張拉造成的位移增量是前一級的兩倍。

（3）錨桿的桿體出現(xiàn)問題。完成錨桿建設(shè)后，必須完成檢驗，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后方可投入使用。在孔內(nèi)漿液規(guī)格為15MPa，或者錨桿完成注漿7d 后，實(shí)施張拉和檢驗。為保證項目質(zhì)量，必須使以下操作達(dá)到規(guī)定的要求：①錨桿檢驗的數(shù)目必須大于總數(shù)的5%，同時根數(shù)必須大于3 根，進(jìn)行檢驗時，必須在每種土質(zhì)都進(jìn)行一次，如此方可確保項目的安全性以及科學(xué)性。②最大負(fù)重必須小于預(yù)應(yīng)力筋極限的0.8 倍。③實(shí)施張拉時，必須分級張拉，同時必須確保錨桿預(yù)應(yīng)力筋有足夠的變形時間，如此便能避免錨桿預(yù)應(yīng)力過大造成的問題。④錨桿張拉的位移應(yīng)符合相關(guān)位移條件。

5 結(jié)語

我國人口居世界第一，但人均占地面積不足世界平均水平的1/10。高層項目是現(xiàn)階段城鎮(zhèn)化發(fā)展的基本方向，當(dāng)下城市化正在加速，商業(yè)化建設(shè)的重點(diǎn)逐漸往城市中心靠攏?；又ёo(hù)工藝的廣泛應(yīng)用，為高層項目建設(shè)的必由之路，該工藝也是建筑工程的重要構(gòu)成要素之一。