擴孔錨索在軟土深基坑中的應(yīng)用

黃輝

(核工業(yè)華南工程勘察院廈門工程勘察分院，福建 廈門 361000)

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擴孔錨索在軟土深基坑中的應(yīng)用

黃輝

(核工業(yè)華南工程勘察院廈門工程勘察分院，福建 廈門 361000)

摘要：通過對廈門軟土中某深基坑支護實例分析，揭示在軟土地區(qū)深基坑采用擴孔錨索取代排樁的內(nèi)支撐，結(jié)合坡頂放坡或水泥土攪拌樁支護設(shè)計方案的可行性，探討支護結(jié)構(gòu)周邊土體的變形和錨索拉力的發(fā)展特性，為今后類似的深基坑維護工程提供借鑒和經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：擴孔錨索； 深基坑； 軟土

1　工程概況

廈門軟土某深基坑工程位于海滄CBD內(nèi)湖東側(cè)、東嶼村南面，建設(shè)用地面積10.5 hm2，基坑平面呈“Y” 字不規(guī)則形狀，東西向最長距離約為400 m，南北向最長距離約為480 m。場地北側(cè)為規(guī)劃路(現(xiàn)為空地)，西北角與航運中心35#地塊相鄰，地下室邊界距離紅線距離約為5 m；場地東側(cè)為海滄大道，用地紅線距離道路約32 m；場地西南側(cè)為海滄內(nèi)湖，用地紅線距離湖岸約22～32 m，地下室邊界距離紅線約4 m；場地南側(cè)為規(guī)劃綠化景觀用地，現(xiàn)為雜地，地下室邊界距離擬建建筑物輪廓線約12 m。

工程所在地塊主要由A座(35層)聯(lián)檢商務(wù)中心、B座(4～20層)聯(lián)檢政務(wù)中心、C座(4層)會展、D座(32層)酒店、E座(28層)和F座(32層)商務(wù)辦公樓及二層地下室組成。主體建筑采用鋼筋混凝土框架、框剪、框筒結(jié)構(gòu)，采用沖孔灌注樁基礎(chǔ)，裙房及地下室采用大直徑沉管灌注樁基礎(chǔ)。

該場地原始地貌為海灣灘涂，修筑有養(yǎng)蝦池，現(xiàn)已回填整平，地勢較平坦?；娱_挖影響深度范圍內(nèi)土層依次分布素填土、淤泥、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、粗砂、殘積砂質(zhì)粘性土、強風化花崗巖。各土層的主要力學指標如表1所示。

表1　各土層的物理力學性質(zhì)參數(shù)Tab.1　Physical and mechanical properties of soil layers

基坑周邊地表水主要為基坑東側(cè)的廈門西海域，根據(jù)廈門海洋站潮位觀測資料，平均高潮位2.64 m(黃海高程)，平均低潮位-1.32 m?；游鱾?cè)的海滄內(nèi)湖岸線已砌筑護岸(塊石干砌，未勾縫)，內(nèi)湖最高設(shè)計水位按黃海標高2.5 m控制，常水位一般控制在黃海標高1 m左右。場地地下水有孔隙潛水和孔隙-裂隙承壓水。其中，孔隙潛水主要賦存于人工填土層中下段，主要受大氣降水下滲及相鄰含水層內(nèi)地下水的側(cè)向逕流補給，地下水通過蒸發(fā)及地下側(cè)向逕流等方式排泄。孔隙-裂隙承壓水主要賦存于中砂及基巖風化帶的孔隙-裂隙中。地下水與場地西側(cè)海滄內(nèi)湖水無密切水力聯(lián)系，但湖水通過長期的滲透作用而影響地下水的水質(zhì)。

2　基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1基坑支護設(shè)計參數(shù)

本工程基坑開挖深度考慮地下室底板及墊層和承臺邊梁高度，基坑開挖深度為13.7 m，基坑側(cè)壁安全等級為一級，重要性系數(shù)為1.10[1-2]?；娱_挖邊線3 m范圍內(nèi)不得堆載，除海滄大道外，其它均按10 kPa考慮，海滄大道地面堆載按20 kPa考慮。

2.2基坑支護方案選取

根據(jù)本基坑的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、巖土工程特征及周圍環(huán)境(管線、建筑物)，場地周邊無地下構(gòu)筑物和規(guī)劃的地下軌道交通通過，具備錨索施工條件，本基坑最終選定樁錨支護結(jié)構(gòu)體系為主，結(jié)合坡頂放坡(或水泥土攪拌樁支護)設(shè)計方案[3～4]?；訃o結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖1。

圖1　基坑圍護結(jié)構(gòu)平面布置圖Fig.1　Plan view of retaining wall of excavation

2.3典型支護詳細方案

以圖1中AE段為例，介紹本基坑支護結(jié)構(gòu)典型詳細方案。如圖2所示，采用Φ1 000鉆孔灌注樁，樁間距為1 500 mm，樁的嵌固深度18.3 m，樁頂設(shè)置1 100 mm×700 mm壓頂梁，壓頂梁相對標高-5 m。樁身設(shè)置四道預(yù)應(yīng)力錨索，錨固體直徑Φ350 mm，預(yù)應(yīng)力錨索采用3Φ15.2鋼絞線，每根鋼絞線由7Φ5鋼絲組成，強度為1 860 MPa。

錨索采用二次注漿技術(shù)，即在鋼絞線欄桿制作的同時，插入一根注漿管(與鋼絞線綁扎在一起)。 第一次注漿為常壓注漿，通過可移動的一次注漿管插入孔底，由內(nèi)向外注入，從而將孔中泥漿置換掉，孔口大量冒漿即可停止，并抽出一次注漿管。當?shù)谝淮喂酀{初凝后(一般24 h左右)錨固體強度達5 MPa后，在預(yù)埋的灌漿管上進行第二次壓力注漿。一次注漿(純水泥漿)水灰比0.45～0.5，二次注漿0.45～0.55。注漿壓力達2～3 MPa，注漿時應(yīng)觀察周圍土體是否冒漿上拱開裂，如果出現(xiàn)上述現(xiàn)象，應(yīng)停止注漿。采取措施后方可恢復(fù)注漿，二次注漿壓力上升至3 MPa后，關(guān)閉注漿閥門，靜止3 min后,可卸掉壓力。當注漿壓力達不到設(shè)計要求時，填土層中應(yīng)采用間歇注漿，一、二次注漿的水泥用量不應(yīng)小于每延米100 kg。當發(fā)現(xiàn)一、二次注漿水泥用量達不到100 kg/m，應(yīng)采用備用注漿管進行三次注漿。

支護樁后設(shè)8.1 m寬平臺，平臺后設(shè)置兩個寬度1.3 m、高1.1 m臺階。臺階至現(xiàn)地面按1∶1坡度放坡，坡面采用60 mm厚C20噴射鋼筋混凝土護面，噴射鋼筋混凝土內(nèi)配Φ8@150×150鋼筋網(wǎng)，加強筋采用2Φ16鋼筋通長布置。

灌注樁后進行水泥攪拌樁加固，設(shè)計樁徑500 mm，中心距400 mm，搭接100 mm。每延米水泥摻入量55 kg，28 d齡期的水泥土無側(cè)限抗壓強度不低于1.5 MPa。水泥土攪拌樁采用切割法施工，在前樁水泥土尚未固化時進行后續(xù)搭接樁施工，施工開始和結(jié)束的頭尾搭接處，采取加強措施，消除搭接溝縫。水泥土攪拌樁兩樁間樁位偏差不應(yīng)大于20 mm，垂直度偏差不宜大于0.5%。

圖2　AE段基坑圍護剖面Fig.2　Cross section of retaining wall of excavation at section AE

與AE段類似，基坑其它段同樣采用樁錨支護結(jié)構(gòu)體系為主，結(jié)合坡頂放坡、水泥土攪拌樁支護方案。

2.4地下水控制方案

在基坑內(nèi)布置32口降水井，基坑外布置10口地下水位觀測井，布置圖見圖3。降水井成孔Φ600 mm，井底進入基坑底不小于10 m，且穿越砂層不小于1.5 m。水位觀測井主要觀測基坑承壓水位的變化，其他觀測孔隙潛水位隨基坑開挖的變化情況?；油獾膱龅嘏潘ㄟ^在基坑四周設(shè)置截水溝，截水溝斷面為300 mm×300 mm。沿基坑四周設(shè)置排水溝，每隔20 m設(shè)置集水坑。

圖3　基坑降水方案平面布置圖Fig.3　Plan view of the draining system of excavation in soft clay

3　基坑支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測

3.1監(jiān)測內(nèi)容

對坡頂水平位移、豎向位移、深層水平位移、錨索內(nèi)力、地下水位等進行監(jiān)測[5]。在基坑坡頂每15～20 m布置一個水平位移和沉降觀測點，每邊監(jiān)測點數(shù)目不少于3個，以觀測基坑側(cè)壁在土方開挖及地下室施工期間的側(cè)向變形。土體深層水平位移(測斜)布置在基坑周邊的中部、陽角處及有代表性的部位，監(jiān)測點水平間距約為30～50 m，每邊監(jiān)測點數(shù)目不少于1個。測斜孔(CX)位置平面布置圖見圖1。沿基坑周邊布置水位監(jiān)測點，監(jiān)測基坑內(nèi)降水對基坑外水位的影響。在基坑邊，每道錨索各布置一根銪索內(nèi)力監(jiān)測桿，每根桿體上的監(jiān)測點設(shè)置在錨頭附近。

3.2監(jiān)測結(jié)果

圖4以測斜孔CX15為例，介紹土體深層水平位移監(jiān)測結(jié)果。由圖可以看出，基坑周邊土體水平位移隨著深度增加逐漸遞減，且隨著基坑開挖施工，水平位移逐漸增大，直至開挖完成變形進入穩(wěn)定值。量測得到的最大水平位移累計值20 mm，小于預(yù)警值40 mm。

圖4　基坑監(jiān)測孔水平位移變化曲線(CX15)Fig.4　Horizontal displacement curve (CX15) of the monitored bores of excavation

圖5為4個錨索拉力監(jiān)測變化曲線(MS1、MS2、MS3和MS4)，錨索監(jiān)測點位置詳見圖1。

圖5　錨索拉力變化曲線Fig.5　Curve of anchor tensile force

由圖可知，錨索初始應(yīng)力介于90～120 kN之間，隨著基坑開挖，墻體移位增加，錨索軸力逐漸增加直至基坑開挖完成。錨索拉力量測最大值遠小于錨索承載力設(shè)計值。

基坑開挖施工期間，坡頂沉降、位移共觀測369次；基坑周邊深層土體位移210次；錨索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測182次；圍護樁內(nèi)力監(jiān)測199次。從觀測數(shù)據(jù)來看，基坑坡頂及支護結(jié)構(gòu)最大位移為29 mm(未超報警值)，最小為20 mm?；悠马敿爸ёo結(jié)構(gòu)最大沉降為14 mm(未超報警值)，最小沉降為11 mm。深層土體側(cè)向位移往基坑內(nèi)側(cè)移動最大值為29.8mm(未超報警值)。第一層錨索應(yīng)力最大值144.80 kN，小于0.7倍錨索承載力設(shè)計值。說明從基坑開挖到支護施工到土方回填結(jié)束為止的整個施工過程中，基坑大部分坡頂及周邊土體并未出現(xiàn)可能導致剪切破壞的跡象或其它可能影響安全的征兆，說明基坑支護及地下室整個施工過程，基坑邊坡是安全、穩(wěn)定的。

4　結(jié)語

樁錨支護體系采用錨索取代內(nèi)支撐，給支護排樁提供錨拉力，以減小支護排樁的位移和內(nèi)力，并將基坑的變形控制在允許范圍內(nèi)。采用錨索替代了內(nèi)支撐，坑內(nèi)施工的空間大，坑內(nèi)的土方開挖和地下結(jié)構(gòu)施工更為方便。由于錨索是逐根施工、逐根張拉施加預(yù)應(yīng)力和鎖定，因此錨索施加的預(yù)應(yīng)力對圍護樁的內(nèi)力和變形均會產(chǎn)生影響。錨索的間距除了考慮圍護樁的強度外，還須考慮變形控制的要求。

參考文獻：

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(責任編輯： 陳雯)

Application of broaching anchor cable in deep excavation in soft clay

Huang Hui

(South China Engineering Investigation Institute of the Nuclear Industry，Xiamen 361000，China)

Abstract：A field case study of a deep excavation in soft clay in Xiamen city was conducted.A bore piles supporting system of the excavation was formed by broaching anchor cable rather than the interior support of row piles.Sloping and soil-cement mixing piles were combined as support in the deep excavation in soft clay.The deformation of the surrounding soil around the support system and the tensile force of the broaching anchor cable were discussed.

Key words：broaching anchor cable; deep excavation; soft clay

收稿日期:2016-07-12

作者簡介：黃輝(1963-)，男，廣西田東人，高級工程師，研究方向：巖土工程。

doi:10.3969/j.issn.1672-4348.2016.04.001

中圖分類號：TU46+3

文獻標志碼：A

文章編號：1672-4348(2016)04-0307-04