“吊腳樁”樁錨支護在土巖組合地層深基坑工程中的應(yīng)用研究

黃 薛，曾純品，雷炳霄

(1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，山東 濟南 250014；2.山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014)

0 引言

樁錨支護技術(shù)廣泛應(yīng)用于基坑工程中，能較好地保證基坑安全。在濟南地區(qū)，針對土巖組合地層采用“吊腳樁”樁錨支護方式較少。由于對巖層的穩(wěn)定性把握不準(zhǔn)，設(shè)計樁端往往要求進(jìn)入基底以下錨固深度，造成樁長較長，施工難度較大，同時也大大增加了工程造價，延長了工期。本文以濟南黃金國際廣場項目深基坑工程為例，針對土巖組合地層的特點，采用“吊腳樁”樁錨支護及兩樁一錨布設(shè)方式的設(shè)計方案[1-3]，為類似工程設(shè)計和施工提供借鑒。

1 工程概況

1.1 基坑概況

黃金國際廣場工程位于濟南市歷下區(qū)歷下廣場，場區(qū)北側(cè)為經(jīng)十路，西側(cè)為轉(zhuǎn)山西路。擬建的工程建筑平面近似倒L形，平面尺寸為190 m×90 m，建筑±0標(biāo)高103.5 m。包括超高層主塔樓、裙房及地下車庫等建筑，基坑開挖深度12.8～18.5 m。

基坑周邊環(huán)境較復(fù)雜，構(gòu)筑物、地下管線密集，詳見表1。

表1 基坑周邊建(構(gòu))筑物及地下管線分布情況Table 1 Buildings and underground pipelinessurrounding the foundation pit

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報告，地貌單元屬山前傾斜平原地貌單元。場地地勢相對較平緩，南高北低，高程99.87～105.55 m，地表相對高差5.68 m?；又ёo涉及的地層主要為：①雜填土，②黃土，③粉質(zhì)粘土，③1漂石，④1粉質(zhì)粘土，⑤中風(fēng)化石灰?guī)r，⑤1溶蝕破碎石灰?guī)r，其中灰?guī)r巖層產(chǎn)狀為6°∠12°?；娱_挖深度范圍內(nèi)無地下水。典型工程地質(zhì)剖面見圖1，基坑支護設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 基坑支護設(shè)計參數(shù)Table 2 Design parameters of foundation pit supporting

2 基坑支護設(shè)計

2.1 基坑設(shè)計選型

基坑類型為土巖組合基坑，根據(jù)基坑開挖深度、工程地質(zhì)條件，以及需要保護的周邊建筑物、地下管線和甲方對基坑周邊場地的使用要求，根據(jù)赤平投影理論對巖層穩(wěn)定性進(jìn)行了計算，巖層處于穩(wěn)定狀態(tài)，考慮安全性、經(jīng)濟性及施工的難度，采用“吊腳樁”+預(yù)應(yīng)力錨索支護設(shè)計方案，采用兩樁一錨布設(shè)方式，分為7個支護單元，按一級基坑設(shè)計。

圖1典型工程地質(zhì)剖面
Fig.1Typical engineering geological cross section

基坑周邊設(shè)計超載20 kPa，建筑物地上5層，無地下室，按90 kPa取值，施工重型車輛按60 t取值，折算為30 kPa，超載作用范圍為基坑坡頂2 m以外；基坑設(shè)計使用年限18個月。

2.2 支護設(shè)計方案

(1)排樁：樁徑600 mm，樁長9.3～16.25 m，確保樁端進(jìn)入巖層≮2.0 m的設(shè)計要求，樁間距1.4 m，采用通長配筋，鋼筋材質(zhì)為HRB400，強度標(biāo)準(zhǔn)值fyk=400 MPa。

(2)錨索：長度為6.0～20.0 m，間距2.8 m，矩形布置，錨孔直徑150 mm，桿材為鋼絞線，采用預(yù)應(yīng)力錨索，錨索與水平面夾角為15°～20°，錨索應(yīng)按要求進(jìn)行鎖定。第三排為鎖腳錨索，確保樁端的穩(wěn)定性[4-8]。

(3)注漿材料均采用水泥漿，水泥型號P.O 42.5，水灰比為0.5，均采用壓力注漿，第一次注漿壓力采用0.4～0.5 MPa，第二次注漿壓力≮1.5 MPa，水泥漿強度≮M20。

(4)腰梁為2根20a槽鋼，承壓板為200 mm×200 mm厚20 mm鋼板。

(5)面層：面層鋼筋網(wǎng)按?6.5@300×300布置，噴C20混凝土，坡面混凝土厚度≮50 mm。腰梁與混凝土面層應(yīng)緊密接觸，減少縫隙，確保腰梁受力均勻，腰梁范圍內(nèi)的混凝土面層應(yīng)平整，厚度≮80 mm。

典型支護結(jié)構(gòu)剖面見圖2。

圖2典型支護結(jié)構(gòu)剖面
Fig.2Typical supporting structure cross section

3 錨索現(xiàn)場試驗

現(xiàn)場試驗按《建筑基坑支護規(guī)程》(JGJ 120-2012)要求進(jìn)行。為了驗證錨索施工質(zhì)量能否達(dá)到設(shè)計要求，現(xiàn)場隨機抽取20根錨索進(jìn)行驗收試驗，判定錨索在抗拔承載力檢測值下是否合格。

驗收試驗采用單循環(huán)加荷法，最大試驗荷載下錨索桿體應(yīng)力不應(yīng)超過預(yù)應(yīng)力鋼膠線抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值的0.85倍。根據(jù)錨索試驗結(jié)果，錨索抗拔力設(shè)計值為280 kN，驗收試驗最大加載量370 kN時，錨頭最大位移29.80～36.68 mm，最大回彈量大于桿體自由端長度理論彈性伸長量80%，加載至檢測值時錨索位移穩(wěn)定，錨索拉力值符合設(shè)計要求[9]，見圖3。

圖3 錨索典型驗收試驗Q-s曲線Fig.3 Typical Q-scurve of acceptance test of anchor cables

4 基坑監(jiān)測

在本基坑施工過程中，基坑監(jiān)測項目包括支護結(jié)構(gòu)坡頂水平位移和豎向位移監(jiān)測；深層水平位移；錨索軸力；周邊管線變形監(jiān)測等[10]。實時掌握基坑變形、周邊建(構(gòu))筑物地基變形，科學(xué)指導(dǎo)施工。從2017年8月18日開始開挖到2018年7月1日基坑回填，監(jiān)測時間歷時317 d，開挖過程進(jìn)行了3次錨索施工?；幼冃吻闆r以基坑?xùn)|側(cè)為例進(jìn)行說明，其冠梁水平位移見圖4，基坑?xùn)|側(cè)支護結(jié)構(gòu)隨深度變化見圖5。

圖4 基坑?xùn)|側(cè)冠梁水平位移歷時曲線Fig.4 Horizontal displacement-time curve of the top beam on the east of the foundation pit

圖5 基坑?xùn)|側(cè)支護結(jié)構(gòu)水平位移隨深度變化曲線Fig.5 Horizontal displacement-depth curve of the retaining structure on the east of the foundation pit

從圖4看，在基坑監(jiān)測周期內(nèi)，冠梁水平位移總體呈增加趨勢。在基坑開挖過程中，受3次錨索張拉索定、地表滲水、施工車輛的影響，冠梁水平位移呈現(xiàn)小幅變化，開挖至基底時達(dá)到最大值13.4 mm；支護結(jié)構(gòu)完成后至基坑回填，冠梁水平位移趨于穩(wěn)定。

從圖5看，在基坑監(jiān)測周期內(nèi)，樁身水平位移隨深度變化呈減小趨勢，至樁底時趨于6.26～6.96 mm。最大位移位于樁頂附近，約14.0 mm，在錨索附近，位移有所減小，說明錨索受力良好。

根據(jù)對周邊環(huán)境的沉降數(shù)據(jù)統(tǒng)計，建筑物沉降0.6～3.7 mm。根據(jù)上述分析，基坑支護結(jié)構(gòu)變形、周邊建筑物、道路、地下管線均處于安全狀態(tài)，遠(yuǎn)小于報警值，說明“吊腳樁”樁錨支護及兩樁一錨布設(shè)方式在深基坑支護中應(yīng)用效果非常好[11-16]。

5 結(jié)語

本工程將“吊腳樁”樁錨支護在土巖組合地層深基坑工程中成功應(yīng)用，利用巖層穩(wěn)定的特點，縮短樁長，減小支護樁施工難度；并通過兩樁一錨布置方式，大大減少了錨索數(shù)量?，F(xiàn)場進(jìn)行了錨索驗收試驗，試驗結(jié)果符合設(shè)計要求。在基坑監(jiān)測周期內(nèi)，監(jiān)測結(jié)果表明，基坑支護結(jié)構(gòu)變形、周邊建(構(gòu))筑物沉降等均處于安全狀態(tài)，遠(yuǎn)小于報警值，說明“吊腳樁”樁錨支護及兩樁一錨布設(shè)方式在土巖組合地層深基坑工程中應(yīng)用效果非常好，同時大大節(jié)省了造價，短縮了工期。研究成果已在其他類似基坑工程的設(shè)計和施工中得到推廣應(yīng)用。本文的相關(guān)設(shè)計方法、試驗、監(jiān)測成果可為類似工程提供借鑒。