高層建筑深基坑鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)施工技術(shù)研究

【摘要】文中針對當(dāng)前高層建筑深基坑結(jié)構(gòu)應(yīng)力過低，影響施工整體安全性的問題，開展高層建筑深基坑鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)施工技術(shù)研究。首先進(jìn)行深基坑鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后計(jì)算鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，最后通過安裝預(yù)埋鋼板樁、鉆孔與錨桿支護(hù)施工、注漿與養(yǎng)護(hù)等步驟實(shí)現(xiàn)高層建筑深基坑鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)施工。通過實(shí)例證明，新的施工技術(shù)應(yīng)用后，高層建筑深基坑整體支護(hù)應(yīng)力水平提升，可在極大程度上保障施工安全。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；鋼管樁；聯(lián)合支護(hù)；錨桿；深基坑

【中圖分類號】TU753 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）05-0088-03

0 引言

高層建筑深基坑支護(hù)是確?；臃€(wěn)定、防止坍塌的重要措施。傳統(tǒng)的支護(hù)方法如水泥土墻、地下連續(xù)墻等，雖然有一定效果，但存在成本高、施工周期長等問題。為解決這些問題，鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)結(jié)合了鋼管樁和錨桿的優(yōu)點(diǎn)，具有施工簡便、成本低、支護(hù)效果好等優(yōu)點(diǎn)[1]。鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的基本原理是利用鋼管樁的支撐作用和錨桿的錨固作用，共同維護(hù)基坑的穩(wěn)定[2]。鋼管樁通過打入地下，形成對基坑的支撐結(jié)構(gòu)；錨桿則通過鉆孔、注漿、張拉等工序，將土體與錨固體緊密連接在一起，形成穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)。聯(lián)合支護(hù)技術(shù)具有多項(xiàng)優(yōu)勢：首先，施工過程簡便，可以有效縮短施工周期并降低工程成本，相比傳統(tǒng)支護(hù)方法，聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的成本更低，帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益；此外，聯(lián)合支護(hù)技術(shù)結(jié)合了鋼管樁和錨桿的優(yōu)點(diǎn)，支護(hù)效果更好；最后，技術(shù)適用范圍廣泛，可應(yīng)用于各種地質(zhì)條件下的深基坑支護(hù)工程?；谏鲜雎?lián)合支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，文中將開展高層建筑深基坑鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)施工技術(shù)研究。

1 深基坑鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對高層建筑深基坑的鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，考慮施工區(qū)域的巖土性質(zhì)和基巖的埋深情況，得到以下設(shè)計(jì)方案：鋼管樁的樁徑為10 m，間距為160 m，長度從8.2 m（坑底標(biāo)高+5 m段）至12.6 m，樁頂標(biāo)高為+ 9.6 m，總樁數(shù)為298根。為加強(qiáng)鋼管樁的穩(wěn)定性，樁頂采用了2 m×2 m的水平圈梁連接[3]。這種水平圈梁可以有效地將各個(gè)樁連接成一個(gè)整體，提高整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

在鋼管樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)中，采用了直徑為609 mm的鋼管和槽鋼作為水平鋼支撐、水平斜角撐及斜角撐架、水平對撐及對撐支架的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系[4]。這些結(jié)構(gòu)可以有效地傳遞荷載，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。在+10 m以上的部分，采用了土釘墻支護(hù)。土釘墻是一種常見的支護(hù)結(jié)構(gòu)，由土釘和噴射混凝土面板組成。在給定的工程中，土釘規(guī)格為φ20 @1 500，長度為1.8 m，網(wǎng)片規(guī)格為φ96.5@200。噴射混凝土面板的厚度為100 mm，強(qiáng)度等級為C30細(xì)石混凝土。這種土釘墻支護(hù)可以有效地加固土體，提高基坑的穩(wěn)定性。鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算

在確定基坑鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)的基本結(jié)構(gòu)后，需要對結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過公式（1）可以計(jì)算得出側(cè)土壓力的具體分布：

"（1）

式中：ehk表示側(cè)土壓力水平分力值；Ek表示側(cè)向土壓力合力水平分力值；H表示結(jié)構(gòu)高度。

錨桿的剛性系數(shù)、注漿固結(jié)體的力學(xué)性能以及本身的物理和化學(xué)性質(zhì)都有很大的關(guān)系。首先，在錨碇的自由斷面上施加力，使錨碇?jǐn)嗝嫔系氖芰Σ痪?，呈拋物線形。錨桿整體的形變量與自由段、錨固段的彈性形變量之間存在一定的關(guān)系，錨桿整體的形變量可以表示為自由段和錨固段彈性形變之和[5]。這是因?yàn)樽杂啥魏湾^固段在受力時(shí)都會發(fā)生彈性形變，而這兩種形變是相互關(guān)聯(lián)的。

為計(jì)算錨桿的剛度系數(shù)，需要先確定自由段和錨固段的彈性形變量，這可以通過試驗(yàn)或數(shù)值模擬等方法得到。然后，利用公式計(jì)算出錨桿整體的形變量，進(jìn)而求得剛度系數(shù)。另外，剛度系數(shù)的大小不僅與注漿固結(jié)材料性質(zhì)有關(guān)，還與錨桿自身的理化特性有關(guān)。因此，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要考慮這些因素對結(jié)果的影響。此時(shí)錨桿整體的形變量與自由段和錨固段的彈性形變量的關(guān)系可以用下述公式表示：

" " " " " " " "d=d1+d2 " " （2）

式中：d表示錨桿整體的形變量；d1表示錨桿自由段的彈性形變量；d2表示錨桿錨固段的彈性形變量。結(jié)合胡克定律，可以對上述公式中的d進(jìn)行求解：

" " （3）

式中：Pf表示錨桿自由段上施加的力；lf表示錨桿自由段的長度；Es表示錨桿桿體位置上的彈性模量；AS表示錨桿桿體橫截面面積。在上述公式運(yùn)算基礎(chǔ)上，確定地基水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)值，如表1所示。

土彈簧的彈性系數(shù)在一定程度上受到施工深度和巖土類型的影響。因此，在計(jì)算彈性系數(shù)值時(shí)，需要靈活運(yùn)用不同的方法，以考慮這些因素的影響。

3 預(yù)埋鋼板樁安裝

鋼板樁支護(hù)是深基坑支護(hù)中的重要環(huán)節(jié)。鋼板樁支護(hù)能夠有效地支撐土層，防止土層塌陷，確?；拥姆€(wěn)定性和安全性。首先，在地下井口進(jìn)行預(yù)埋鋼板樁的安裝。鋼板樁是一種具有高強(qiáng)度和剛度的結(jié)構(gòu)材料，預(yù)埋的安裝位置和角度都需要精確控制，以確保能夠有效地支撐土層，防止土層塌陷。在深基坑施工中，鋼板樁需要按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行定位和水平放置，才能夠有效地提高基坑的穩(wěn)定性，減少土體變形和位移，確保施工的安全并順利進(jìn)行。在安裝過程中，需要確保鋼板樁與下層鋼板樁進(jìn)行固定，以形成一個(gè)穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)。通過確保鋼板樁的穩(wěn)定性和安全性，提高基坑的穩(wěn)定性，以減少土體變形和位移。

4 鉆孔與錨桿支護(hù)施工

錨桿支護(hù)是利用錨桿的拉力來平衡建筑地基中的應(yīng)力。在深基坑支護(hù)中，錨桿支護(hù)是一種常用的支護(hù)方式，通過利用錨桿的拉力，能夠有效地平衡建筑地基中的應(yīng)力，提高基坑的穩(wěn)定性。鉆孔完成后，將錨桿安裝到孔內(nèi)，鉆孔是錨桿支護(hù)的關(guān)鍵步驟之一。在施工現(xiàn)場，首先使用石油鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，能夠快速、準(zhǔn)確地完成鉆孔工作。鉆孔的深度和直徑都需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行精確控制，以確保錨桿的安裝和拉力的傳遞。錨桿是錨桿支護(hù)的核心部分，通過拉力將土體與錨固體連接在一起，從而形成一個(gè)穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)。在安裝過程中，需要確保錨桿的位置和角度準(zhǔn)確無誤，以確保能夠有效地傳遞拉力。同時(shí)，錨桿的長度也需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行精確控制，以確保能夠深入到土體中，提供足夠的支撐力。錨桿的拉力能夠有效地平衡建筑地基中的應(yīng)力，提高基坑的穩(wěn)定性。

在深基坑施工中，錨桿支護(hù)能夠有效地提高基坑的穩(wěn)定性，減少土體變形和位移，確保施工的安全性和順利進(jìn)行。同時(shí)，錨桿支護(hù)也具有施工簡便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此在高層建筑深基坑支護(hù)工程中得到了廣泛應(yīng)用。

5 注漿與養(yǎng)護(hù)

注漿是錨桿施工中的重要環(huán)節(jié)，主要目的是將錨桿與周圍的土體緊密結(jié)合，形成穩(wěn)固的支撐結(jié)構(gòu)。成孔后，將孔口用速凝水泥砂漿封住，這是為了防止?jié){液在注漿過程中外泄。確保漿液能夠充分填充錨桿周圍的空隙，并與土體形成良好的黏結(jié)，5～10 min后，采用W/C=0.45～0.5的水泥漿進(jìn)行注漿。這種水泥漿具有較好的流動(dòng)性和早期強(qiáng)度，能夠迅速固化，確保錨桿與土體的緊密連接。注漿量應(yīng)不小于成孔體積的3倍，這是為了保證錨桿周圍有足夠的漿液，形成穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)。同時(shí)，通過控制注漿量，可以避免漿液過多或過少，確保錨桿的穩(wěn)定性和承載能力。在注漿過程中，要控制好注漿壓力。注漿壓力在2～4 MPa之間是較為合適的，過高的壓力可能導(dǎo)致漿液過早凝固，而過低的壓力則可能無法充分填充空隙。當(dāng)注漿完畢后，漿體強(qiáng)度達(dá)到5.0 MPa時(shí)，需套上載板，并鎖上螺母，確保在土體中的穩(wěn)定性。同時(shí)，可以防止錨桿在土體中的移動(dòng)和變形。

完成注漿后，需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作，這對于確保錨桿的穩(wěn)定性和強(qiáng)度至關(guān)重要。采用自然養(yǎng)護(hù)方法，在適宜的溫度和濕度條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，可以促進(jìn)漿體的固化，提高錨桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。同時(shí)，自然養(yǎng)護(hù)方法也較為簡便和經(jīng)濟(jì)。在養(yǎng)護(hù)期間，要注意避免陽光直射和過度振動(dòng)，陽光直射可能導(dǎo)致漿體過快固化，而過度振動(dòng)則可能破壞錨桿與土體的連接。同時(shí)，要定期檢查養(yǎng)護(hù)情況。通過定期檢查及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題，如漿體固化不良、錨桿松動(dòng)等。一旦發(fā)現(xiàn)問題，可以及時(shí)采取措施進(jìn)行補(bǔ)救，確保錨桿的穩(wěn)定性和承載能力。

6 實(shí)例應(yīng)用分析

6.1 高層建筑項(xiàng)目概況

以某高層建筑項(xiàng)目為例，進(jìn)行深基坑鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)施工的研究。該項(xiàng)目占地約20 000 m2，計(jì)劃建設(shè)一座包含地下兩層的建筑物。其中，地下一層將被打造成商場，而地下二層則用作車庫。在地面部分，設(shè)計(jì)有市民廣場，根據(jù)場地地面標(biāo)高，從-12.5 m到-14.70 m不等，場地地面存在一定的傾斜。此外，場地山體邊坡的標(biāo)高范圍為+21.6 m到+ 32 m，呈現(xiàn)出高低起伏的地形特點(diǎn)。地下室的設(shè)計(jì)底板標(biāo)高為-1.0 m（局部+ 5.0 m），這意味著地下室的最大挖掘深度為31 m。在施工過程中，預(yù)計(jì)將挖除約750 000 m3的土方，這無疑是一項(xiàng)大型的深基坑支護(hù)工程。綜上所述，該項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模龐大，涉及的工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，對設(shè)計(jì)和施工都提出了很高的要求。

6.2 施工效果分析

按照上述內(nèi)容完成施工后，對施工效果進(jìn)行分析。在完成施工的支護(hù)結(jié)構(gòu)上，設(shè)置三個(gè)鋼管樁支撐軸應(yīng)力測點(diǎn)和三個(gè)錨桿應(yīng)力測點(diǎn)。針對每個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力測試，并將得到的測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行對比，得到的結(jié)果如表2所示。

從表2中可以看出，采用上述施工技術(shù)后，各個(gè)位置上的應(yīng)力均能夠滿足要求。綜上所述，采用此施工技術(shù)后，高層建筑深基坑的支護(hù)效果得到有效保障，這不僅體現(xiàn)在支護(hù)結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性和安全性上，也體現(xiàn)在對周邊環(huán)境的有效保護(hù)，為類似工程提供有益的參考和借鑒價(jià)值。

7 結(jié)語

文中研究了高層建筑深基坑鋼管樁－錨桿聯(lián)合支護(hù)施工技術(shù)的原理、方法、流程和優(yōu)勢。通過實(shí)際工程應(yīng)用證明，該技術(shù)具有施工簡便、成本低、支護(hù)效果好等優(yōu)點(diǎn)。隨著科技的進(jìn)步和工程實(shí)踐的積累，聯(lián)合支護(hù)技術(shù)將不斷完善和發(fā)展，為高層建筑深基坑支護(hù)工程提供更加高效、經(jīng)濟(jì)、安全的解決方案。

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[作者簡介]施盛（1987—），男，杭州人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：工程管理。