汪 旭（中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心廣西總隊，廣西 桂林 541002）

土木工程中，建筑物施工階段必然會涉及巖土工程，其中一方面就是基坑工程，基坑支護則是基坑工程中的關鍵步驟。而巖土工程本身具有不確定性的特點，使巖土工程在施工過程中始終存在安全隱患，若設計安全儲備不足，又與惡劣環(huán)境疊加，使施工中更易發(fā)生工程事故，給工程各方帶來損失，所以，為了使地下工程安全施工和滿足施工質量，必須充分了解基坑工程特性，特別是支護措施的選擇和使用，從而保證工程的整體質量。本文通過護壁樁的方案分析必選，并結合工程案例，對錨拉樁進行設計與探討。

1 懸臂樁與錨拉樁支護原理分析

懸臂樁支護結構是采用排樁作為擋土結構，無側向支撐，依靠足夠的入土深度和結構的抗彎能力來維持整體穩(wěn)定和結構安全[1]。懸臂樁力學模型為靜定結構，僅嵌固端提供抗力，抵消荷載作用。

錨拉樁是在排樁的基礎上添加一個或者多個側向支撐，力學模型由靜定結構變成一次到多次超靜定結構，支撐的作用使該位置位移顯著減小，結構內(nèi)力重分布，最大位移量降低，見圖1。

圖1 懸臂樁與錨拉樁撓度曲線分析圖

根據(jù)樁的力學模型及前人的推導[3-4]不難發(fā)現(xiàn)，懸臂樁上的最大位移大于錨拉樁，單支點錨拉樁最大位移不大于多支點錨拉樁。由于樁撓度與其側向支點間距的n次冪成正比，因此減小側向支點間距或者增加側向支點數(shù)量是減小樁最大位移的有效方法。

在錨拉樁工程中，若錨索布置層數(shù)過多，會形成群錨效應，對錨索的錨固能力削弱，錨索材料不能得到充分利用。再者實際工程中，允許護壁樁發(fā)生位移，但需在限制范圍內(nèi)。故錨拉樁設計需要結合多種因素進行分析，選擇合理的錨拉層數(shù)。接下來通過工程實例介紹錨拉樁的設計思路。

2 工程概況

本場地主要為某市擬建辦公樓及配套設施[2]，辦公樓地上17層及地下2層，框架剪力墻結構，裙樓2層，框架結構。場地西北角和東南角為地下室出入口，辦公樓周邊設有道路通道、地面停車位及景觀綠化。

本項目設2 層地下室，擬建基坑底投影面積5841.61m2,支護底周長308.73m,基坑相對深度約為9.4m。根據(jù)規(guī)范[4]確定支護結構設計安全等級為一級。

3 工程地質條件

據(jù)鉆探揭露資料，場地內(nèi)巖土層按其成因及物理力學性質差異自上而下分為：人工填土層（Q4ml）、第四系沖積層（Q4al）、第四系殘積層（Q4el），及上第三系基巖（N）四大單元層。由新至老分述如下：

3.1 人工填土層（Q4ml）

素填土（層序號1）:場區(qū)內(nèi)鉆孔均有分布，灰褐色、黃褐色，濕，松散狀，主要由黏性土組成，局部由少量碎石塊、磚塊、混凝土塊等建筑垃圾回填而成，部分地段頂部0.20m為混凝土，為新近人工堆填（堆填時間約2～4 年）。層厚0.60m～3.10m，平均1.72m；層頂標高3.90m～4.74m，平均4.29m；層頂埋深均為0.00m。

3.2 第四系沖積層(Q4al)

淤泥（層序號2-2）:少量分布，場區(qū)內(nèi)僅ZK4 孔有分布，深灰色，灰黑色，飽和，流～軟塑狀，以黏粒為主，含有機質及粉細砂。層厚2.30m；層頂標高2.31m；層頂埋深1.90m。

黏土（層序號2-3）:局部分布，場區(qū)內(nèi)于ZK1～ZK3、ZK7、ZK12、ZK17、ZK20共7孔有分布，灰色、灰黃色，濕，軟塑，以黏粒為主，次為粉粒，含較多粉細砂，干強度較差。層厚0.40m～1.50m，平均0.97m；層頂標高1.98m～3.21m，平均2.53m；層頂埋深0.90m～2.60m，平均1.80m。

細砂（層序號2-3）:局部分布，場區(qū)內(nèi)于ZK3、ZK4、ZK9～ZK11、ZK14～ZK17、ZK19、ZK20共11孔有分布，灰色、黃褐色，飽和，松散狀為主，局部稍密，主要成分為石英細砂顆粒，局部含少量黏粒及淤泥質，部分夾有中砂粒，級配較差，分選性一般。層厚1.50m～4.20m，平均2.95m；層頂標高0.01m～3.9m，平均2.3m；層頂埋深0.60m～4.20m，平均1.99m。

粉質黏土（層序號2-4）:廣泛分布，場區(qū)內(nèi)ZK1、ZK5、ZK6、ZK8、ZK10、ZK13～ZK20 共13 孔有分布，黃褐色、褐紅色、灰色，濕，可塑狀為主，主要由粉粘粒組成，含少量砂粒，干強度較高。層厚1.10m～7.70m，平均3.78m；層頂標高-1.01m～2.52m，平均0.91m；層頂埋深1.80m～5.60m，平均3.38m。

3.3 第四系殘積層（Q4el）

粉質黏土（層序號3）:局部分布，場區(qū)內(nèi)于ZK1～ZK8，ZK10～ZK14、ZK16、ZK18～ZK20共11孔有分布，棕紅色、淺紅色，濕，硬塑，為泥質粉砂巖風化殘積土，主要由粉黏粒組成，含砂，局部含風化礫石，遇水易軟化。層厚1.10m～4.60m，平均2.58m；層頂標高-7.09m～2.01m，平均-1.55m；層頂埋深2.10m～11.50m，平均5.84m。

3.4 上第三系基巖（N）

全風化泥質粉砂巖（層序號4-1）:局部分布，場地內(nèi)于ZK2、ZK6、ZK8、ZK10、ZK11、ZK12、ZK14、ZK15、ZK16共9孔有揭露，黃褐色、黃色，原巖結構尚可辨認，巖石已風化成堅硬土狀，浸水易軟化。層厚1.30m～5.50m，平均3.40m；層頂標高-3.80m～-0.46m，平均-2.11m；層頂埋深4.90m～8.30m，平均6.42m。

強風化泥質粉砂巖（層序號4-2）:場地內(nèi)各孔均有揭露，棕紅色、淺紅色，巖石已風化成半巖半土狀，巖塊手可掰開，裂隙發(fā)育，浸水易軟化，干鉆難鉆進，局部不均勻夾較多中風化巖塊。揭露厚度4.10m～18.50m，平均11.44m；層頂標高-9.79m～-2.36m，平均-5.70m；層頂埋深7.10m～14.20m，平均9.98m。

中風化泥質粉砂巖（層序號4-3）:場地內(nèi)鉆孔均有揭露，棕紅色、淺紅色，巖芯呈短柱狀、長柱狀，泥質膠結，層狀構造，曬干或風干后易開裂，合金鉆頭鉆進緩慢。揭露厚度3.00m～8.75m，平均5.84m；層頂標高-24.71m～-11.18m，平均-17.14m；層頂埋深15.30m～29.30m，平均21.43m。

場地地層物理力學性質指標取值見表1。

表1 場地地層物理力學性質指標取值

場地與鉆孔平面位置如圖1所示。

圖1 場地與鉆孔平面位置圖

4 錨拉樁設計計算

通過上述工程背景及土工參數(shù)，根據(jù)規(guī)范[4]規(guī)定，錨拉樁需要進行整體穩(wěn)定性驗算、隆起穩(wěn)定性驗算和滲透穩(wěn)定性驗算。計算模型如圖2所示。

圖2 錨拉樁計算模型

基坑深度9.4m，嵌固深度7.1m，樁長16.5m，采用圓形鋼筋混凝土樁，直徑0.8m，樁間距1.6m，樁頂設冠梁，（b×h=0.9m×0.6m），混凝土強度等級均為C30。地下水埋深1.2m，基坑采用降水措施使基坑部位地下水降至地面以下11m處。

本工程錨拉樁采用兩道錨索，錨索設計參數(shù)見表2。

表2 錨索設計參數(shù)

4.1 錨索計算

根據(jù)規(guī)范[4]公式進行錨索設計計算，結果見表3。

表3 錨索計算結果

4.2 整體穩(wěn)定性驗算

采用圓弧滑動條分法進行計算。公式如下：

經(jīng)過理正基坑軟件計算，最不利滑裂面為圓心坐標X=-1.251m，Y=10.896m，半徑R=18.112m；整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=2.287。

4.3 抗傾覆穩(wěn)定性驗算

抗傾覆穩(wěn)定性按下式計算。

Mp-被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩,對于內(nèi)支撐支點力由內(nèi)支撐抗壓力決定;對于錨桿或錨索，支點力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值。

Ma-主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。

當基坑開挖至設計深度時，基坑壁處于最不利狀態(tài)，經(jīng)計算抗傾覆安全系數(shù)Ks=2.695。

4.4 抗隆起穩(wěn)定性驗算

（1）從錨拉樁支護底部開始，逐層驗算抗隆起穩(wěn)定性，公式如下：

結果如圖4所示，Rh2-S誘導K562和KG1a細胞24 h后，與對照組比較，促凋亡蛋白Bax與抑凋亡蛋白Bcl-2的比值增加；周期蛋白Cyclin D1表達水平降低（P＜0.05）。說明Rh2-S可以促進K562和KG1a細胞凋亡，并有效阻滯細胞周期。

經(jīng)計算，錨拉樁支護底部抗隆起穩(wěn)定性系數(shù)為Ks=7.073≥1.800。

（2）坑底抗隆起按以最下層支點為轉動軸心的圓弧條分法計算，公式如下：

最下層支點為轉動軸心計算抗隆起穩(wěn)定系數(shù)為Ks=2.474≥2.200。

通過上述計算，錨拉樁支護穩(wěn)定性滿足要求，再進行樁和冠梁的內(nèi)力計算和配筋，即完成錨拉樁的設計。

5 工程監(jiān)測

在基坑支護工程中，應在支護結構、周邊地面和建筑上布置監(jiān)測措施，實時監(jiān)控支護工程的變形動態(tài)，檢驗支護措施的效果，同時為今后基坑變形監(jiān)測和預警提供依據(jù)[6]。

針對錨拉樁布置監(jiān)測點有樁頂位移監(jiān)測，坡頂土體沉降監(jiān)測點，周邊建筑物、道路變形觀測點，錨索應力監(jiān)測點，地下水位觀測點等。

工程中派專人進行變形觀測，定期巡查，超前預報，主要以全站儀量測、計算為主。在降雨過后應加密基坑巡視、觀測次數(shù)，判斷是否有超限的變形或位移。若發(fā)現(xiàn)基坑壁出現(xiàn)宏觀變形或支擋結構有明顯位移變形，應迅速上報并采取妥善處理，確?；觾?nèi)的設施和人員的安全。

本工程基坑監(jiān)測全過程中發(fā)現(xiàn)基坑壁和支護結構均出現(xiàn)過變形位移，但均滿足規(guī)范限制。

6 結語

回顧本項目，通過錨拉樁支護深基坑的方案是確實可行的?；又ёo結構的設計滿足規(guī)范要求的同時，也要考慮方案的可行性和經(jīng)濟性[7]，以此保障深基坑支護工程的安全和設計的合理，結合全面的監(jiān)測措施，促使基坑工程安全開展，以達到高質量地完成地下工程的目的。本文為錨拉樁在深基坑支護工程中的應用提供了實踐經(jīng)驗及參考依據(jù)。