余德彬 武 超

（四川省川建勘察設(shè)計(jì)院，四川 成都 610000）

隨著經(jīng)濟(jì)水平和城市建設(shè)的迅速發(fā)展，高層建筑的多層地下室等構(gòu)筑物日益增多，基坑深度越來越大，且工程多處于市區(qū)繁華地段，周邊環(huán)境條件復(fù)雜，對(duì)基坑支護(hù)措施的要求越來越高。錨拉樁支護(hù)結(jié)構(gòu)形式是采用錨索拉力和樁體共同平衡土壓力，改變支護(hù)樁單一靠嵌固段地基抗力平衡土壓力的機(jī)理，使得支護(hù)樁內(nèi)彎矩大大減少，鋼筋配筋率變小，樁的埋置深度變淺，達(dá)到結(jié)構(gòu)受力合理、節(jié)省投資、節(jié)約材料、縮短工期的目的，是深大基坑支護(hù)工程中采用的主要支護(hù)形式。

由于受地質(zhì)條件的復(fù)雜性、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性和變形的影響較大，施工工藝和技術(shù)上對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索錨固的質(zhì)量要求高，因此制訂合理的施工工藝和施工技術(shù)控制手段，有助于提高錨索錨固效果，進(jìn)而提高基坑支護(hù)體系的整體安全。在特定的地質(zhì)環(huán)境中，若原有支護(hù)體系已形成，但基坑深度進(jìn)一步加深的情況下，采用預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)原有支護(hù)體系的加固，往往是現(xiàn)場(chǎng)最有效的措施，它能在保證圍護(hù)體系安全的基礎(chǔ)上節(jié)省工程造價(jià)、縮短工期，并對(duì)主體施工造成的影響較小。下面就其在某特殊基坑工程中設(shè)計(jì)應(yīng)用的一些問題進(jìn)行探討。

1 工程概述

該項(xiàng)目位于綿陽市涪城區(qū)中心位置，原方案設(shè)計(jì)1棟6F地上商業(yè)中心，設(shè)地下室3F、筏板基礎(chǔ)，總建筑面積約80000m2?！?.00下基坑開挖標(biāo)高-15.55m,錨拉樁支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，設(shè)2排錨索，排樁嵌固深度5.0m，該深基坑支護(hù)工程前期由某單位進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工。基坑在大面積完成支護(hù)和開挖后，建設(shè)單位擬加設(shè)地下室至4F，基坑開挖深度19.7m，局部電梯井位置基坑開挖高程21.2m，原有支護(hù)樁樁底的嵌入深度減小為0.95～1.20m。

由于基坑開挖的絕對(duì)深度增加，原支護(hù)體系已無法滿足地基基礎(chǔ)施工及基坑工程設(shè)計(jì)、施工的要求，故本次基坑支護(hù)加固方案設(shè)計(jì)是在原有的支護(hù)體系的基礎(chǔ)上采取增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索+鋼腰梁鎖定及樁間護(hù)壁的措施進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。

該基坑工程屬于深基坑，基坑安全等級(jí)為一級(jí)，基坑支護(hù)的難度大。

周邊環(huán)境條件：涉及多條市政通訊井、預(yù)埋管道、道路及既有建筑等：

（1）基坑北側(cè)為會(huì)仙路，距基坑開挖線約5.0m；

（2）基坑南側(cè)為工程一期5F（現(xiàn)為家樂福商場(chǎng)、人員密集），距基坑開挖線約5.0m，設(shè)1F地下室，深度約6.0m，在一、二期之間預(yù)埋了大量管道，埋深1.0-4.5m不等。

（3）基坑?xùn)|側(cè)為益州大廈14F，距離本基坑約9.0m,采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋置深度約-10.0m。

（4）基坑西側(cè)為工地臨時(shí)構(gòu)筑物等2F,距離基坑約11.0m,基坑圍墻外為居民樓2F，獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋置深度約-2.5m，該建筑距基坑開挖線約11.2m。

2 場(chǎng)地的工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件

據(jù)區(qū)調(diào)資料表明，擬建區(qū)域場(chǎng)地地貌單元屬涪江水系Ⅰ級(jí)階地，地下水位埋深約在5.00～6.00m之間，卵石層富水性和透水性均較好，屬?gòu)?qiáng)透水層，卵石與基巖的交界面處，水量豐富。該場(chǎng)地卵石層滲透系數(shù)K=25m/d。

基坑支護(hù)深度影響范圍內(nèi)主要地層為雜填土、粉土、細(xì)砂、卵石，下伏泥巖，基巖頂面埋深15.20～23.00m，頂面埋深起伏較大，分為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化2個(gè)亞層。

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

該基坑開挖深度較深、場(chǎng)地周邊環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)條件一般。原支護(hù)設(shè)計(jì)方案中針對(duì)-3F地下室，基坑開挖深度15.55m，支護(hù)體系為在場(chǎng)地四周設(shè)置樁錨結(jié)構(gòu)，樁徑1.0m、間距2.5m、樁長(zhǎng)19.5m，同時(shí)在樁身設(shè)置2排預(yù)應(yīng)力錨索，長(zhǎng)度15.5～20.0m。

原有支護(hù)體系形成之后，基坑大面已開挖至14.50m，由于設(shè)計(jì)變更地下室由-3F加深至-4F，基坑開挖深度變?yōu)?9.7m，局部21.2m；樁身錨固段只有約1.0m進(jìn)入穩(wěn)定地層。若按原有支護(hù)體系開挖，必然會(huì)造成基坑支護(hù)體系不穩(wěn)定，一旦基坑變形過大造成垮塌，將會(huì)對(duì)周邊道路及建筑等都會(huì)造成不可估量的破壞和損失。

圖2 典型支護(hù)段計(jì)算模型比較

表1 各工況開挖及加撐情況統(tǒng)計(jì)表

本次基坑設(shè)計(jì)施工方案是在利用原有支護(hù)體系樁錨結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行加固，在原有護(hù)壁樁嵌固深度無法增加、基坑四周的排水難度增加等因素制約下，綜合考慮采取增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索+鋼梁鎖定的措施；同時(shí)為增加安全儲(chǔ)備，在可以預(yù)留平臺(tái)的北、東、西側(cè)進(jìn)行了平臺(tái)的預(yù)留，平臺(tái)寬2.0、高約2.0m；同時(shí)在基坑四周增加兩道腰梁，設(shè)置鋼支撐進(jìn)行角撐，見圖1。

本工程地下水含水層厚度大，水量豐富，屬降水工程的復(fù)雜場(chǎng)地。由于開挖深度達(dá)到基巖面，原有井點(diǎn)降水不能完全解決工程的施工降水問題，基巖頂面上約1～2m左右地下水無法通過降水井降水，該深度范圍采用明排方式解決。施工時(shí)在場(chǎng)地周邊設(shè)置排水溝和集水坑采用水泵抽排地下水，須避免基坑內(nèi)積水軟化地基。

預(yù)應(yīng)力錨索作為深基坑施工措施，有成熟的施工經(jīng)驗(yàn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。但國(guó)內(nèi)的深基坑設(shè)計(jì)軟件沒有相應(yīng)的此類型工況演算，具體工程中如何設(shè)計(jì)、如何替代，安全性能否保障，是解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

（1）設(shè)計(jì)計(jì)算方法的比較

由于采用理正軟件對(duì)計(jì)算樁嵌固段不夠的情況的計(jì)算依據(jù)不充分，因此本設(shè)計(jì)采用三種計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比復(fù)核的方式，即模式①《基坑工程手冊(cè)》樁錨支護(hù)樁基坑破壞模型（手算）、模式②《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》錨桿式擋土墻模型（軟件計(jì)算）和模式③《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》錨拉排樁模型（軟件復(fù)核）。

模式①：該項(xiàng)目3F地下室基坑設(shè)計(jì)與施工采取錨拉樁懸臂式支擋結(jié)構(gòu)理論計(jì)算，基坑加深為4F地下室后，原支護(hù)樁嵌固深度局部地段甚至樁端處于基底之上，按照傳統(tǒng)規(guī)范要求的支護(hù)理論，樁的嵌固深度也不宜小于0.2h。由于基坑周邊環(huán)境無法重新施工支護(hù)樁，只能在已有現(xiàn)狀環(huán)境條件解決工程難題，但目前工程支護(hù)軟件均無法進(jìn)行此工況的理論計(jì)算，故決定采用《基坑工程手冊(cè)》樁錨支護(hù)樁基坑破壞模型（手算）。根據(jù)《基坑工程手冊(cè)》（第二版），樁錨支護(hù)型基坑破壞模式主要為：

（1）支護(hù)樁插入深度不足，導(dǎo)致基坑 “踢腳”破壞模式（繞樁頂）；

（2）設(shè)計(jì)拉錨強(qiáng)度不足，導(dǎo)致基坑“傾覆”破壞模式（踢樁底）；

（3）由于錨桿與樁均處于破裂面以內(nèi)，導(dǎo)致基坑整體滑移破壞。

為了避免出現(xiàn)上述基坑失穩(wěn)破壞模式，現(xiàn)按照經(jīng)典力學(xué)理論采用人手復(fù)核抗傾覆驗(yàn)算，采用多支點(diǎn)力的極限平衡原理對(duì)防踢腳驗(yàn)算以及整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算，同時(shí)按瑞典圓弧滑動(dòng)法，取理正深基坑軟件的計(jì)算結(jié)果（整體穩(wěn)定性安全系數(shù)）復(fù)核：

模型如下：

（a）抗傾覆驗(yàn)算

即主動(dòng)土壓力對(duì)樁體底部產(chǎn)生傾覆力矩與被動(dòng)土壓力錨索水平拉力對(duì)樁底產(chǎn)生的抗傾覆力矩之比，為抗傾覆安全系數(shù)：

K1=抗傾覆力矩/傾覆力矩（對(duì)樁底取矩）

（b）防踢腳驗(yàn)算

即主動(dòng)土壓力對(duì)樁體頂部產(chǎn)生破壞力矩與被動(dòng)土壓力錨索水平支反力對(duì)樁頂產(chǎn)生的抵抗力矩之比，為防踢腳安全系數(shù)：

K2=對(duì)樁頂抗滑力矩/對(duì)樁頂產(chǎn)生滑動(dòng)破壞力矩（對(duì)樁頂取矩）

其中：K =ΣFili/ΣEihi

式中：Fi為錨索水平拉力；

li為錨索據(jù)樁頂豎向距離；

Ei為主動(dòng)土壓力合力；

hi為主動(dòng)土壓力合力點(diǎn)據(jù)樁頂距離；

計(jì)算模型如圖2。

經(jīng)過驗(yàn)算，邊坡安全穩(wěn)定性均大于1.30。

模式②：按照該基坑真實(shí)的工況采用理正巖土5.11錨桿式擋土墻進(jìn)行復(fù)核，該種方式的計(jì)算模型如圖3。

經(jīng)復(fù)核，②模式錨桿式擋土墻計(jì)算結(jié)果經(jīng)復(fù)核后安全系數(shù)均大于1.25。

模式③：在以上兩種驗(yàn)算的情況下，《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》錨拉排樁模型（軟件復(fù)核），開挖工況模型需與實(shí)際情況相吻合，工況情況如表1：

經(jīng)復(fù)核，該基坑整體穩(wěn)定性均大于1.35。

通過對(duì)第一、二種方法的驗(yàn)算，再采取第三種計(jì)算方式的復(fù)核比較，計(jì)算方式與理論模型合理，有計(jì)算依據(jù)作為支撐，故決定采用在原有支護(hù)體系基礎(chǔ)上增設(shè)四排預(yù)應(yīng)力錨索后再進(jìn)行開挖。

4 施工工序、工藝與監(jiān)測(cè)

（1）施工工序

施工過程中預(yù)應(yīng)力錨索主要施工工藝流程：搭高架從上往下順序施工（圖4）→定位→鉆機(jī)就位→鉆孔至設(shè)計(jì)深度→放入預(yù)制錨索→壓漿→腰梁施工→到齡期后張拉鎖定→穿插基坑四周斜撐加固（圖5）。

（2）預(yù)應(yīng)力錨索施工中主要技術(shù)控制

鑒于預(yù)應(yīng)力錨索是本工程中重要控制標(biāo)準(zhǔn)，施工時(shí)嚴(yán)禁錨孔內(nèi)漿體不飽滿和預(yù)應(yīng)力鎖定的失效等。施工過程中主要按以下兩方面進(jìn)行控制：

（a）內(nèi)錨段灌漿采用水泥濃漿灌漿，要求使用新鮮PO42.5普通硅酸鹽水泥,漿材水灰比為0.5～0.55:1左右，采用了在漿液中添加外加劑、改善漿液濃度、控制注漿壓力以及循環(huán)注漿等措施；經(jīng)過多次失敗試驗(yàn)、多次總結(jié)后形成了“穩(wěn)定動(dòng)態(tài)循環(huán)注漿法”的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

圖3 ②模式東側(cè)典型剖面

（b）施工中碰到了強(qiáng)透水層卵石與基巖交界面，地下水無法全部排除，因地下水的地質(zhì)原因出現(xiàn)灌漿中漿體集中滲漏或錨孔成孔后多個(gè)鉆孔口同時(shí)出水、裂隙竄通，導(dǎo)致錨孔無法灌漿飽滿或失敗。為解決這此難題，達(dá)到設(shè)計(jì)要求抗拔力，施工過程中主要采取了以下措施：鉆孔過程中認(rèn)真觀察記錄地質(zhì)情況、鉆進(jìn)速度，正確判斷地層位置和地下水出水位置；一般將鉆孔加深1～2m，在灌漿過程中調(diào)整灌漿漿體的濃度和配比，同時(shí)按試驗(yàn)加入速凝劑和膨脹劑。根據(jù)錨孔出水情況，先行灌注水量較少的錨孔，待漿體飽滿有一定齡期后，錨孔無地下水滲出后，依次將滲水錨孔灌滿，將地下水排至坑壁上收集后一并排除。

（3）基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖4 錨索施工

圖5 基坑開挖后地下室情況

根據(jù)信息化施工原則，工程從2013年3月開始施工至2014年6月回填期間，均進(jìn)行了監(jiān)測(cè)?；娱_挖后達(dá)到了預(yù)期效果，使用過程中安全穩(wěn)定。對(duì)基坑體系及周邊建筑和道路全程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，開挖至-3F時(shí)支護(hù)樁頂?shù)淖畲笏轿灰圃诨訓(xùn)|側(cè)滲水嚴(yán)重地段，位移值18.2mm；預(yù)應(yīng)力錨索施加后基坑開挖至-4F時(shí)，此處最終位移值26.5mm；同時(shí)基坑南側(cè)長(zhǎng)邊中部支護(hù)較薄弱位置，最大水平位移值達(dá)到25.2mm，局部超設(shè)計(jì)要求25mm報(bào)警值。其余位置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示均未達(dá)到報(bào)警值。在基坑開挖后后續(xù)地下室基礎(chǔ)的施工過程中，基坑體系均穩(wěn)定且良好。

結(jié)語

通過基坑使用過程中和監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)在此種地質(zhì)條件下能夠適用，同時(shí)每次的預(yù)應(yīng)力錨索與支撐的加設(shè)能夠有效的控制基坑的水平位移和基坑周邊的沉降。

基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)周邊環(huán)境條件要求不同，分階段、分部位針對(duì)關(guān)鍵問題考慮設(shè)計(jì)方案。

施工過程中，如遇地下水降水困難、排水條件復(fù)雜等特殊情況時(shí)，預(yù)應(yīng)力錨索的施工壓漿質(zhì)量的保證需有一定的輔助措施和施工順序的合理安排。實(shí)踐中，信息化的基坑設(shè)計(jì)與施工方案的調(diào)整是使最終所選方案能滿足安全、造價(jià)、施工工期、質(zhì)量等多個(gè)目標(biāo)要求。本工程中，采用《基坑工程手冊(cè)》樁錨支護(hù)樁基坑破壞模型（手算）的理論支撐進(jìn)而選擇增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索+局部角撐技術(shù)相結(jié)合的基坑支護(hù)方案，是保障整個(gè)項(xiàng)目全面達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。

[1] DB51/T5072-2011，成都地區(qū)基坑工程安全技術(shù)規(guī)范[J].

[2] JGJ120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] GB50497-2009，建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 王曙光.深基坑支護(hù)事故處理經(jīng)驗(yàn)錄[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[5] 唐業(yè)清，李啟明.基坑工程事故分析與處理[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.