王金華

中國二十冶集團(tuán)有限公司，中國·上海 201901

1 引言

基坑邊坡支護(hù)的形式很多，具體工程中采用何種形式主要根據(jù)基坑開挖深度、基坑邊坡巖土性質(zhì)、基坑邊坡周邊場地情況以及施工條件等因素綜合考慮決定。目前在工程中常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)圍護(hù)墻的支撐形式有內(nèi)支撐、錨桿(索)、與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。

城市工程建設(shè)一般地處城市中心，寸土寸金，建筑設(shè)計時往往盡可能接近紅線，致使可供支護(hù)的空間往往較小，且周邊環(huán)境復(fù)雜，對邊坡變形要求較嚴(yán)。論文利用中國湖南湘雅五醫(yī)院基坑邊坡工程實(shí)踐，根據(jù)開挖深度、巖土性質(zhì)、周邊場地情況以及施工條件等因素綜合分析比較了不同支護(hù)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選用合理可行的柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)形式。

柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)是用于基坑開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新的支護(hù)技術(shù)。從實(shí)踐來看，該方法在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全等方面均具有良好的性能，但人們對該方法運(yùn)用于永久性邊坡的研究較少，缺乏深入系統(tǒng)的研究，缺少工程實(shí)踐的試驗(yàn)資料。中國湖南湘雅五醫(yī)院基坑邊坡工程中采用柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)法進(jìn)行設(shè)計，對完工后邊坡進(jìn)行了長時間的位移監(jiān)測工作。從監(jiān)測數(shù)據(jù)看，邊坡位移、周邊建構(gòu)筑物沉降均較小，邊坡工程歷經(jīng)4年，目前狀況良好，柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)法在永久性邊坡工程中的應(yīng)用是成功的。

2 工程概況

2.1 基坑建筑設(shè)計要求

擬建湘雅五醫(yī)院工程位于中國長沙市天心區(qū)果子園路與新谷路交匯處的東南角，工程東側(cè)為仙姑嶺森林公園。山體標(biāo)高介于68.00～74.30m。設(shè)計±0.00標(biāo)高為61.30m，因此東側(cè)山體±0.00標(biāo)高以上13m高邊坡部分應(yīng)作永久性邊坡支護(hù)設(shè)計。

2.2 工程環(huán)境

工程地下室3層結(jié)構(gòu)，基坑開挖底標(biāo)高為49.30m，東側(cè)山體邊坡開挖深度達(dá)25.00m?；娱_挖底邊線周長1900m?；由峡谶吘€到工程山體用地紅線距離6m。

2.3 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

（1）工程東側(cè)是仙姑嶺森林公園，工程基坑邊坡自上而下地質(zhì)結(jié)構(gòu)為：

第一，地表植物土層約0.5m厚。

第二，粉質(zhì)粘土④：局部含少量卵石，呈稍濕，硬塑狀態(tài)，該層約5.500m厚。

第三，粉質(zhì)粘土⑥：局部含少量強(qiáng)風(fēng)化巖塊，呈硬塑狀態(tài)，該層約1.10m厚。

第四，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑦：紫紅色，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，大部分礦物已風(fēng)化。遇水易軟化，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ類，該層約2.20m厚。

第五，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑧：紫紅色，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，中厚層狀構(gòu)造，遇水易軟化，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ類。

（2）設(shè)計采用的巖土參數(shù)見表1。

表1 巖土參數(shù)表

（3）場地地下水類型主要為上層滯水，上層滯水主要賦存于第四系土層中，分布不均勻，受大氣降水和地表水補(bǔ)給，水量、水位均隨季節(jié)而變化，未形成連續(xù)穩(wěn)定水面。此外，場地內(nèi)基巖裂隙中局部存在基巖裂隙水，未形成連續(xù)水位面，水量小且埋藏較深。

3 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)

（1）工程東面山體開挖邊坡高度較高，高達(dá)25m，邊坡上層有6m深左右粉質(zhì)粘土，土體結(jié)構(gòu)松散，滲透性強(qiáng)，山體植被不能受破壞。

（2）擬建地下室靠近邊坡邊線，地下室外墻距邊坡只有2.0m，扣除局部承臺外挑及施工操作空間，可支護(hù)空間約1.0m，非常狹小，無法采用放坡卸載方案。

（3）基坑上部約13m開挖邊坡屬永久性邊坡，應(yīng)按永久性邊坡?lián)鯄紤]。

4 支護(hù)結(jié)構(gòu)的比選

根據(jù)工程邊坡支護(hù)條件及工程特點(diǎn)，常規(guī)優(yōu)先選擇地下連續(xù)墻+鋼筋錨桿支護(hù)形式，但該工程主要受以下幾方面原因，不適合采用鋼筋錨桿支護(hù)方式。

（1）支護(hù)空間小，邊坡高差25m，若采用地下連續(xù)墻+鋼筋錨桿支護(hù)形式，地下連續(xù)墻一次性施工達(dá)不到這個深度，分階梯完成空間無法滿足要求，地下室施工受影響。選用旋挖樁基能為工程提供30m以上支護(hù)結(jié)構(gòu)體。

（2）工程該邊坡地質(zhì)條件，需要對該邊坡土體提供一定的預(yù)壓應(yīng)力，才能保證土體不松散，邊坡土體才能不產(chǎn)生滑動位移，鋼筋錨桿支護(hù)形式提供預(yù)壓應(yīng)力不滿足要求。

綜上所述幾點(diǎn)原因，在現(xiàn)有的支護(hù)技術(shù)條件下，采用旋挖樁+柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)也許是比較適合該邊坡的支護(hù)形式。

5 柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)法的工作機(jī)理

柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系由支護(hù)面層、支護(hù)懸背結(jié)構(gòu)體、錨下承載結(jié)構(gòu)、排水系統(tǒng)及預(yù)應(yīng)力錨索組成，其中預(yù)應(yīng)力錨索由眾多小噸位預(yù)應(yīng)力錨索系統(tǒng)組成。其支護(hù)原理是通過灌注樁+冠梁、腰梁+預(yù)應(yīng)力錨索將被加固區(qū)錨固于潛在滑移面以外的穩(wěn)定巖土體中。錨索的預(yù)應(yīng)力通過錨下承載結(jié)構(gòu)和支護(hù)面層傳遞給加固巖土體，預(yù)應(yīng)力在被加固巖土中產(chǎn)生壓應(yīng)力區(qū)，大大減少了塑性區(qū)的范圍，延緩了潛在滑移面的形成和巖土體的破壞。這種對加固區(qū)巖土體主動的約束機(jī)制，增加了基坑的穩(wěn)定性，同時有效地控制了基坑的變形。

6 柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)法與土釘墻支護(hù)法的比較

從分類看，一方面拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)包括樁錨支護(hù)和墻錨支護(hù)，屬剛性支護(hù)體系，土釘支護(hù)和預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)為柔性支護(hù)體系；另一方面土釘支護(hù)屬被動支護(hù)體系，而拉錨式支護(hù)和柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)為主動支護(hù)體系。從作用機(jī)理講，拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)主要為錨固機(jī)制，土釘支護(hù)主要為加固機(jī)制，而柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)為加固基礎(chǔ)上的錨固機(jī)制，它們有相似之處，但也有不同點(diǎn)，柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)比土釘墻支護(hù)有以下幾方面優(yōu)勢。

6.1 邊坡變形小

土釘支護(hù)只有當(dāng)土體發(fā)生一定變形后才能被動受力，隨著開挖深度的加深，坑壁的位移也不斷加大；而柔性預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)由于施加了預(yù)應(yīng)力，在土體中產(chǎn)生壓應(yīng)力，減小了土體剪切變形，同時錨固段內(nèi)砂漿錨固體與巖土間的剪切變形以及錨桿的彈性變形也隨著預(yù)應(yīng)力的施加而相繼發(fā)生。因此，盡管基坑坑壁位移的形態(tài)兩者相似（在地面處最大，隨深度的增加逐漸減小），但是預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)的位移要比土釘支護(hù)的位移小得多。

6.2 施工工期短

由于柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)中單根錨索的承載力要比單根土釘?shù)某休d力大，錨索的水平間距和豎向間距要比土釘?shù)拇?，對相同深度的基坑，錨索的層數(shù)要比土釘少，需要分層循環(huán)施工的次數(shù)減少，尤其漿體達(dá)到一定強(qiáng)度需要一定的時間。因此，相對而言,柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)的工期較短[1]。

6.3 支護(hù)的深度大

對兩種支護(hù)方法邊坡的極限深度做出估計是件困難的事情。一方面由于預(yù)應(yīng)力的存在，柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)的坑壁位移比土釘支護(hù)的位移要小得多，特別是對坑壁位移有嚴(yán)格要求的區(qū)域，柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)的邊坡可以做得深一些。另一方面，由于預(yù)應(yīng)力改變了土體單元的受力狀態(tài)，延緩了土體單元發(fā)生剪切破壞或主拉應(yīng)力破壞的過程，提高了坑壁的穩(wěn)定性。因此，從理論上講，預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)邊坡的深度要大得多[2]。

7 柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)法的實(shí)踐

以湘雅五醫(yī)院工程基坑?xùn)|面山體邊坡為例，依據(jù)土層、支護(hù)條件、開挖深度，經(jīng)過計算，該基坑邊坡采用圖1所示的支護(hù)。

圖1 基坑邊坡EG段柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)剖面圖

7.1 支護(hù)設(shè)計

基坑邊坡EG支護(hù)段采用柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，支護(hù)詳見圖2、圖3。

圖2 柔性預(yù)應(yīng)力錨索詳圖

圖3 柔性預(yù)應(yīng)力錨索錨固詳圖

7.2 邊坡支護(hù)施工順序

邊坡支護(hù)施工順序：邊坡開挖線及支護(hù)樁位放線、復(fù)核—變形觀測點(diǎn)（含基準(zhǔn)點(diǎn)）的設(shè)置—變形初始觀測—樁施工—樁頂連梁施工—錨（桿）索、樁間土處理、腰梁施工—基坑施工—基坑土方回填—樁頂施工—土方回填至設(shè)計頂標(biāo)高。施工過程中及竣工后一定時期內(nèi)按要求進(jìn)行變形觀測工作。

7.3 柔性錨索施工及檢測

（1）錨索施工前應(yīng)先查明坡頂建筑物基礎(chǔ)位置及地下管線分布情況，以便施工中采用避讓措施。

（2）在預(yù)應(yīng)力錨索正式施工前，按設(shè)計要求先進(jìn)行錨索基本試驗(yàn)，即抗拔拉破壞試驗(yàn)。在基本試驗(yàn)錨孔施工完成后，在錨固漿體達(dá)到28d齡期且錨頭混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后進(jìn)行試驗(yàn)。

（3）基本試驗(yàn)的目的在于驗(yàn)證設(shè)計采用的工作錨索的性質(zhì)和性能、施工工藝、設(shè)計質(zhì)量、設(shè)計合理性以及所提供的安全儲備，同時考慮有關(guān)搬運(yùn)、儲存、安裝和施工過程中物理破壞的能力。

（4）預(yù)應(yīng)力錨索采用鉆孔干成孔工藝成孔，成孔直徑150mm，鉆孔前應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求定出孔位，孔位允許偏差為50mm，鉆孔傾斜度允許偏差為±5%。

（5）錨索錨固段應(yīng)清污除銹，張拉段、自由段錨索應(yīng)涂抹專用防腐油脂，并且外套φ22聚乙烯塑料套管隔離防護(hù)。

（6）預(yù)應(yīng)力錨索采用強(qiáng)度為1860的15.2鋼鉸線制作，二次注漿工藝注漿，注漿材料為普硅42.5水泥，漿液為純水泥漿，水灰比0.45～0.50。注漿應(yīng)采用孔底注漿法，保證一次灌漿漿液不進(jìn)入二次灌漿管內(nèi)，空壓機(jī)清孔后，第一次注入純水泥漿至孔口冒漿，封堵孔口，注漿壓力不宜小于0.6～0.8Mpa，兩小時后在錨固段二次高壓注入純水泥漿，二次注漿壓力2.5～3.0MPa，二次注漿時間通過實(shí)驗(yàn)確定。

（7）錨索應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的錨索計對錨索軸力進(jìn)行長期監(jiān)測，錨桿鎖定后10d內(nèi)每天一次，10d后每10d一次，1個月后每月一次，以掌握錨索應(yīng)力變化情況，數(shù)量不少于該工點(diǎn)錨索孔數(shù)的5%，且不少于3孔。

（8）預(yù)應(yīng)力錨索在噴射混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度80%后方能進(jìn)行張拉鎖定錨索，張拉順序應(yīng)考慮對邊坡支護(hù)體系的影響，為避免相鄰錨索張拉的應(yīng)力損失，可采用“挑張法”，即隔一拉一的方法。

（9）錨索采用千斤頂對錨頭施加預(yù)應(yīng)力，正式張拉前取張拉設(shè)計值的10%預(yù)張拉，使其各部位接觸緊密、鋼絞線完全平直。錨索設(shè)計施工張拉力為設(shè)計張拉力的60%。錨索張拉分五級進(jìn)行，每級荷載分別為設(shè)計拉力的0.25、0.5、0.75、1.0、1.1倍，除最后一級需要穩(wěn)定10～20min外，其余每級需要穩(wěn)定5min，并分別記錄每一級鋼絞線的伸長量。在每一級穩(wěn)定時間里必須測讀錨頭位移三次。當(dāng)張拉到最后一級荷載且變形穩(wěn)定后，卸載至鎖定荷載鎖定錨索。錨索鎖定后，鋼絞線預(yù)留不切除。

8 結(jié)語

該工程邊坡采用柔性預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)法，其主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在支護(hù)結(jié)構(gòu)占用空間??；工程造價低；施工速度快，工期短；邊坡變形??；施工簡單，安全性好等方面。需要注意的是，由于鋼絞線較軟，為方便施工，在桿體內(nèi)增加1Φ25鋼筋，增強(qiáng)桿體的剛度，同時增強(qiáng)永久性錨桿的防腐性能。但是，由于永久性邊坡的需要設(shè)置了擴(kuò)大頭錨墩，錨墩與面板需驗(yàn)算局部承壓、抗沖切，此部分的計算按無梁樓蓋的模型進(jìn)行計算，該計算方法有待進(jìn)一步的理論研究與工程實(shí)測數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。該工程自建造完成至今已4年時間，目前狀況良好，說明預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法在該工程上的應(yīng)用是成功的。當(dāng)然，如上所述，錨墩與面板間如何計算、面板內(nèi)力實(shí)測、優(yōu)化設(shè)計、方便施工等方面有待我們進(jìn)一步探索。