樁+錨索支護在深基坑支護中的應用探索

祝冰青

（安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學院，安徽 合肥 231603）

隨著城市建設(shè)的發(fā)展、建筑用地的緊張，建筑物的高度和荷載越來越大，加之地下空間的有效利用，深基坑施工的需求越加廣泛。由于土質(zhì)、開挖深度、施工工藝、技術(shù)、施工機械、建設(shè)投資等條件的不同，深基坑支護的形式多種多樣。樁+錨索支護在深基坑支護中是一種經(jīng)濟效益較好的支護方法，它是利用樁和預應力錨索共同形成聯(lián)合體抵抗排樁上受到的彎矩和變形，共同承擔樁后的土壓力。在深基坑支護中樁+錨索支護比內(nèi)支撐形式提供更多的土方開挖面，便于土方快速機械開挖，縮短土方開挖工期。

1 樁錨支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計

樁錨支護結(jié)構(gòu)由錨索（桿）、腰梁、錨具、圍護樁、冠梁組成。錨索（桿）分為自由段和錨固段，錨索（桿）采用二次注漿，其中自由段通常采用黃油涂抹并用塑料薄膜纏裹或者外套PVC管處理，保證其不受水泥漿影響；錨索一般用鋼絞線，錨桿采用錨筋。腰梁材料多采用型鋼，其中工字鋼較多，為了保證腰梁與圍護樁之間的傳力和耐久，中間用混凝土澆筑，錨具采用鋼墊板和高強螺栓。圍護樁采用鋼筋混凝土樁或組合加勁混凝土樁。冠梁采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。

樁錨支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟為土壓力計算，圍護樁在各種工況下的位移、彎矩、剪力計算，圍護樁的樁徑、配筋、樁距、錨索（錨桿）驗算，冠梁設(shè)計，整體穩(wěn)定性、抗傾覆、抗隆起驗算。

1.1 土壓力計算

一般采用Zemochkin方法進行樁錨支護結(jié)構(gòu)土壓力分析，作用在樁上的集中力用帶有剛度的彈簧表示，賦予每種土層一個剛度系數(shù)，同時錨索（桿）也用帶剛度的彈簧表示。靜止土壓力根據(jù)彈性平衡條件求解，與土層自重應力成正比，引入靜止土壓力系數(shù)，分析靜止土壓力強度，根據(jù)合力計算方法求解靜止土壓力。目前工程中常用的計算軟件較多，在軟件中考慮基坑深度、嵌固深度、放坡信息、荷載大小、土層參數(shù)、支錨道數(shù)、支錨信息等因素，根據(jù)開挖步驟工況信息，采用彈性法土壓力模型和經(jīng)典法土壓力模型計算土壓力。

1.2 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)開挖卸載的工序不同，考慮開挖、錨索（桿）施工的工況，利用彈性法、經(jīng)典法土壓力模型計算內(nèi)、外側(cè)土壓力及樁身產(chǎn)生的位移、彎矩、剪力，進行樁身強度、剛度驗算。彈性土壓力和經(jīng)典土壓力計算條件和計算假定不同，故計算結(jié)果差距較大。經(jīng)典法計算簡單，彈性法接近實際土壓力分布，考慮樁和土的相互作用，在軟件中都需考慮。如圖2所示為某項目（設(shè)置2道錨索）5中工序下的位移、彎矩、剪力包絡(luò)圖（彈性法用藍色表示，經(jīng)典法用紅色表示）。冠梁按受彎構(gòu)件進行計算截面和配筋。錨索（桿）的設(shè)計根據(jù)所采用錨索（桿）材料級別，判別其材料強度設(shè)計值和彈性模量，根據(jù)彈性法和經(jīng)典法分別計算錨索（桿）水平方向內(nèi)力和軸向內(nèi)力，確定其自由段、錨固段長度，然后進行整體穩(wěn)定驗算。

1.3 整體穩(wěn)定性驗算

根據(jù)基坑設(shè)計要求，樁+錨索支護必須進行整體穩(wěn)定、抗傾覆驗算和抗隆起驗算。整體穩(wěn)定驗算在我國常采用瑞典條分法，應力狀態(tài)有有效應力法和總應力法，根據(jù)軟件驗算整體穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范即可。抗傾覆驗算，采用公式（1）驗算抗傾覆系數(shù)，滿足規(guī)范要求即可。

式中，Mp為基坑被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩，對于錨索（桿），支點力為錨索或錨桿的錨固力和抗拉力的較小值。Ma為基坑主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。

由于基坑開挖導致坑內(nèi)土體產(chǎn)生的荷載卸除，坑外土體的自重及支護外地面上的各種荷載作用，導致基坑外土體產(chǎn)生向著基坑內(nèi)的位移，即為隆起現(xiàn)象，這種現(xiàn)象可引起坑外產(chǎn)生較大沉降或相鄰建筑物破壞，所以抗隆起驗算必不可少?？孤∑痱炈銖闹ёo結(jié)構(gòu)底部開始逐層進行滿足規(guī)范要求即可。

2 樁錨支護結(jié)構(gòu)的施工關(guān)鍵

根據(jù)安徽地區(qū)樁+錨索支護結(jié)構(gòu)的施工工藝，總結(jié)施工關(guān)鍵為樁身質(zhì)量控制、預應力錨索（桿）質(zhì)量控制。

2.1 樁身質(zhì)量控制

樁位：嚴格根據(jù)圖紙進行樁位放線，控制其水平位置和高程位置，偏差不應超過50mm。

垂直度：樁身成孔過程中一定要控制其垂直度，垂直度偏差不應超過0.5%。若采用組合加勁混凝土樁，型鋼要控制好與冠梁中心線的垂直。

2.2 預應力錨索（桿）質(zhì)量控制

錨索（桿）成孔：孔位置準確，統(tǒng)一在支護樁上標記，鉆孔傾角按照圖紙要求，偏斜不超過5%，孔中嚴禁注水，及時做好成孔保護。

錨索（桿）安裝：當成孔深度達到圖紙要求，放入錨索（桿），不能將孔放置時間長。錨索采用鋼絞線，錨桿采用錨筋，安裝時每隔1.5m設(shè)置一對中支架。

注漿：采用兩次注漿方式，第一次低壓注漿為重力注漿，第二次高壓注漿，兩次注漿的時間間隔為4～5h，控制兩次注漿的水灰比。

自由段留置：自由段要不受水泥漿影響，一般采用黃油涂抹并用塑料薄膜纏裹或者外套PVC管。

預應力張拉：當錨固段強度達到設(shè)計強度等級的75%后方可張拉，先進行預張拉1～2次，然后按設(shè)計荷載的1.05～1.1倍進行超張拉，穩(wěn)定5～10min后，減少至設(shè)計荷載鎖定。

3 深基坑支護施工優(yōu)化

將BIM技術(shù)運用到深基坑支護施工管理中，根據(jù)三維模型模擬施工，對施工方案進行優(yōu)化處理，可節(jié)約施工工期和施工成本。

3.1 工程概況

某項目地處主干道交口，屬于車流、人流密集地段及沉降敏感區(qū)域，該工程深基坑工程施工較為復雜，原設(shè)計有一側(cè)采用排樁+雙斜撐支護形式。

通過BIM建模，模型如圖3所示，模擬施工過程發(fā)現(xiàn)：第一次開挖土方至第一道斜撐安裝后，第二次開挖的預留土范圍只有4.5m高，水平寬度6.3m的空間，小挖機不具備施工作業(yè)面，如采用人工破碎的方式，工期將延后3個月以上。即使第二次開挖預留土能夠成功實施，第二道斜撐順利安裝，但是第二道斜撐下至筏板底標高只有4.95m高，且斜撐下角度只有35度，挖機無法作業(yè)。只有采用人工開挖形式，工期遙遙無期。

3.2 優(yōu)化方案

通過與設(shè)計單位溝通，建議取消兩道斜撐、樁頂擋板，取消轉(zhuǎn)角處鋼筋砼支撐，不改變樁徑，增加支護樁長度，采用放坡+樁錨支護結(jié)構(gòu)，見圖4所示。設(shè)計單位對該方案重新進行計算，滿足規(guī)范設(shè)計要求，同時建設(shè)單位也認為此方案施工可行。

利用BIM建模軟件，構(gòu)建三維模型，設(shè)計開挖順序，模擬施工過程。用小型挖掘機挖至工作面，即可調(diào)用大型挖掘機翻土。當挖土挖至坑底最內(nèi)側(cè)時，采用小型挖土機械進行轉(zhuǎn)運。這樣設(shè)計挖土順序和機械，提高整個基坑的土方開挖效率。土方開挖中嚴格基坑變形監(jiān)測，隨著基坑深度增加，監(jiān)測到基坑坡頂水平、豎向位移離報警值較遠。雖然測出軸力增加，但在規(guī)范允許范圍內(nèi)，基坑周邊道路及建筑物也未發(fā)現(xiàn)沉降及其他變形異常現(xiàn)象。

3.3 優(yōu)化效果

經(jīng)過對原設(shè)計方案的優(yōu)化，有利于現(xiàn)場土方大型機械施工，出土難度減小、出土速度快，減少支護工程施工難度，縮短支護施工周期。開挖由人工轉(zhuǎn)為大型機械，開挖成本降低，經(jīng)濟效益增加。從基坑監(jiān)測來看，基坑的累計變形及日變形速率均沒達到報警值。

4 結(jié)語

樁+錨索支護結(jié)構(gòu)是目前深基坑處理中的經(jīng)濟效益和工程效益都較好的支護方案，該方法比地下連續(xù)墻施工難度小，成本低，同時施工需要的作業(yè)面小，適用的土質(zhì)范圍廣，能處理10m以上的深基坑。但樁錨支護也存在資源浪費、影響環(huán)境及影響周圍地下工程等的缺點，希望后期能采用樁錨支護材料的綠色回收。