樁錨支護(hù)在馬鞍山巴黎廣場基坑工程中的應(yīng)用

李芬祥

(安徽工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243000)

0 引言

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的城市化水平不斷提高，高層建筑大量興起，城市地下空間的開發(fā)利用，帶來了一系列的基坑開挖和支護(hù)問題。目前，大量地下空間的開挖位于建筑密集的地區(qū)，這使得基坑開挖與支護(hù)的難度日益增大，這也促進(jìn)了深基坑工程分析和施工工藝的發(fā)展。

深基坑支護(hù)的方法種類很多，具體工程中采用何種支護(hù)方法主要根據(jù)基坑開挖深度、巖土性質(zhì)、基坑周圍場地情況及施工條件等因素綜合考慮決定。目前常用的支護(hù)設(shè)計方法有:懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)、拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)支撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)、水泥土重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)、土釘支護(hù)、復(fù)合土釘支護(hù)及預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)[1，2]等。樁錨支護(hù)是采用錨桿來代替內(nèi)支撐，給圍護(hù)結(jié)構(gòu)提供錨拉力，減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力，將基坑的變形控制在允許范圍內(nèi)。樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)作為一種較為成熟的支護(hù)體系，擁有土方開挖方和地下結(jié)構(gòu)施工方便等優(yōu)點，在目前復(fù)雜的深基坑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合馬鞍山市巴黎廣場地下車庫的基坑支護(hù)設(shè)計，對樁錨支護(hù)體系進(jìn)行了計算分析，并對樁錨的施工過程提出了一些質(zhì)量控制要求。

1 工程概況

擬建場地位于馬鞍山市解放路、花山路和車站路三條路交叉口，東側(cè)為花山路，相距道路邊線為6 m，西側(cè)為解放路，相距道路邊線12 m，南側(cè)相距車站路邊線14 m。三條道路均為市區(qū)較老的城市道路，在一倍的基坑深度范圍內(nèi)分布有各類市政管線，且埋深在3.5 m以內(nèi)。

上部主體工程由2棟18層商住建筑組成，其下為相互連通2層地下車庫，車庫建筑面積約為14 000 m2，基坑開挖深度9.15 m～11.65 m 不等。樁基采用 φ800，φ1 000灌注樁，樁長10 m。

1.1 工程地質(zhì)條件

勘察場地表層為填土，其下東、西部有第四系全新統(tǒng)沖積而成的軟可塑粉質(zhì)粘土、下部均為第四系上更新統(tǒng)沖積而成的硬塑狀粉質(zhì)粘土、底部為強～中風(fēng)化閃長巖。場地地層參數(shù)如表1所示。

表1 土層材料參數(shù)

1.2 水文地質(zhì)條件

場地內(nèi)地下水類型為上層滯水，大氣降水和地表水塘側(cè)向補給為主要補給源，勘察期間測得的地下水位埋深在0.80 m～2.60 m之間，地下水位標(biāo)高在10.21 m～11.63 m之間。地下水主要賦存于①雜填土層和②粉質(zhì)粘土層中。土方回填后地下車庫的抗浮設(shè)計水位可按黃海高程12.00 m考慮。

據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料及鄰近工程的水質(zhì)分析報告，判定場地內(nèi)地下水對鋼筋混凝土及其中鋼筋有微腐蝕性。

2 基坑支護(hù)設(shè)計

2.1 樁錨支護(hù)的設(shè)計參數(shù)

從上述的工程環(huán)境條件可知，基坑三面環(huán)路沒有放坡空間，必須采用垂直支護(hù)，且對變形控制較為嚴(yán)格，因此對本基坑全部地段采用排樁+錨索的支護(hù)方式。

樁錨支護(hù)的主要設(shè)計參數(shù)如下:

1)排樁采用 φ800@1 400 灌注樁，樁長 12.0 m ～14.0 m，混凝土強度為C30;

2)樁頂設(shè)冠梁，冠梁截面尺寸為800×1 000，混凝土強度等級為C25;

3)樁體外側(cè)整個立面采用噴C20混凝土厚60及掛φ6@200×200Ⅰ級鋼筋網(wǎng)處理;

4)由于場地內(nèi)不同地段有3 m～4 m的雜填土，鉆進(jìn)較為困難，無法采用其他止水形式，因此采用壓密注漿止水帷幕形式，孔徑91，間距1 000×1 200，孔深5 m，注入水灰比0.75的純水泥漿，注漿注入率為20%，注漿壓力為3 MPa～5 MPa，為保證注漿區(qū)加固效果，必須先注外側(cè)漿孔，再注內(nèi)側(cè)漿孔;

5)桿體采用的是2φ15.2的鋼絞線制作，自樁頂以下設(shè)1排～2排，長12 m～17 m不等，水平間距1.4 m或2.8 m，采用高壓旋噴成孔及注漿，錨索傾角15°，水灰比0.6～0.7的水泥注漿，施噴注漿壓力15 MPa～20 MPa;當(dāng)注漿錨固體的強度達(dá)到設(shè)計值的75%或15 MPa時對錨索張拉預(yù)應(yīng)力;由于地面下3.5 m范圍內(nèi)分布有市政管線，因此第一層錨索設(shè)置于冠梁下距冠梁頂4.5 m處。樁錨支護(hù)剖面圖見圖1;

6)腰梁采用2根22槽鋼背拉形成。

2.2 支護(hù)計算

由于該基坑范圍較大且開挖范圍內(nèi)深度不同，因此在進(jìn)行支護(hù)設(shè)計時不同地段采用單層和雙層錨桿兩種方式。這里取深度較大的西北側(cè)地段進(jìn)行計算分析，支護(hù)樁按多支點支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計計算。圍護(hù)樁的內(nèi)力及位移的計算圖見圖2。

圖1 支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

圖2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力位移計算圖

錨索的設(shè)計計算根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》得出設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 錨索材料參數(shù)

其中，Mp為被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩，對于錨索，支點力為錨索的錨固力和抗拉力的較小值;Ma為主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。

工況1:此時錨索的錨固力為0.000。

工況5:此時第一層錨索錨固力255.591 kN，第二層錨索的錨固力67.656 kN。

其他三個工況同方法可計算得出，最終得出安全系數(shù)最小的工況為:工況5，安全系數(shù)為2.494。說明第二層錨索的設(shè)置是合理的、經(jīng)濟的。

支護(hù)樁嵌固深度的計算:

據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》圓弧滑動簡單條分法計算嵌固深度，圓心( －2.194，6.841)，半徑 R=7.662 m，對應(yīng)的安全系數(shù)Ks=1.658≥1.300。

嵌固深度計算值h0=0.500 m。

嵌固深度計算值hd=αγ0h0=1.100 ×1.100 ×0.500=0.605 m。

嵌固深度采用值為 hd=3.65 m≥0.2h=2.27 m。

由圖2可以看出預(yù)應(yīng)力錨索有效的控制了基坑的變形，改善了支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。

3 施工質(zhì)量控制

1)本基坑的開挖共分為五個工況:工況1，第一層土體開挖至5 m深度;工況2，在4.5 m深度處加設(shè)第一層錨索并施加預(yù)應(yīng)力;工況3，第二層土體開挖至7.5 m深度;工況4，在7 m深度處加設(shè)第二層錨索并施加預(yù)應(yīng)力;工況5，最后一層土體開挖至設(shè)計深度。

2)土方開挖，基坑必須分層開挖，層高不宜超過1.5 m，在開挖過程中，基坑邊界周圍地面應(yīng)設(shè)排水溝，避免漏水、滲水進(jìn)入基坑內(nèi)，基坑周圍嚴(yán)禁超載。

3)圍護(hù)樁，支護(hù)樁的施工必須按照灌注樁的施工工藝流程進(jìn)行，采用跳打工藝，跳打間距間隔兩樁，時間間隔不小于36 h，樁底沉渣不超過100 mm。

4)冠梁施工前，應(yīng)將樁頂浮漿鑿除清理干凈，樁頂以上出露的鋼筋長度應(yīng)達(dá)到設(shè)計要求。

5)錨索工程，錨索施工必須采用間隔跳打方式，相鄰錨索灌漿必須凝固24 h后方可施工本根錨索成孔作業(yè)。錨索錨固段必須保證噴漿密度及長度，水泥漿水灰比0.5～0.6。

4 結(jié)語

根據(jù)樁錨支護(hù)體系自身的優(yōu)點，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)適用范圍廣泛。同時，做好支護(hù)體系的優(yōu)化設(shè)計具有重要的現(xiàn)實意義，在保證基坑安全的前提下，達(dá)到更經(jīng)濟的效果。由于本基坑所在范圍地質(zhì)條件較好，樁體間距取1.4 m，考慮了基坑周圍地下管線的影響，將第一層錨索設(shè)置于4.5 m處，預(yù)應(yīng)力取值為設(shè)計內(nèi)力值的23.95%，從基坑開挖完成后的監(jiān)測結(jié)果來看，達(dá)到了經(jīng)濟、安全的效果，對該地區(qū)類似地質(zhì)條件下的基坑支護(hù)設(shè)計提供參考。

[1] 吳 文，徐松林.深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)受力和變形特性研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2001，20(3):399-402.

[2] 賈金青.深基坑預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法的理論及實踐[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[3] 劉建航，侯學(xué)淵.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997:731-748.

[4] JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[5] GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].