錨拉樁基坑支護工程失效的加固處理

滿 奕 徐德軍

1 工程概況

某基坑工程位于成都市龍泉驛區(qū)，開挖面積約90000 m2，設置2層～3層地下室，最大開挖深度約10.50 m。建筑場地為空地，大部分地區(qū)已進行場地平整，場地自然地坪標高499.05 m～500.75 m，相對高差1.70 m，屬平坦場地。區(qū)域上場地地貌單元屬成都平原岷江水系Ⅲ級階地。鉆孔揭露深度范圍內(nèi)，地層從上至下依次為第四系全新統(tǒng)人工填土層(Qml4)、第四系中下更新統(tǒng)冰水堆積層(Qfgl1+2)和白堊紀灌口組(K2g)。場地人工填土層分布較連續(xù)，厚度0.40 m～6.50 m。第四系中下更新統(tǒng)冰水堆積層(Qfgl1+2)上部為4.00 m～14.90 m厚的粘土層，含鐵錳質(zhì)氧化物斑痕及其結(jié)核，緩傾裂隙較發(fā)育，隙間充填灰白色粘土礦物，具有弱膨脹性。白堊紀灌口組(K2g)為泥質(zhì)砂巖，頂面起伏較大，其埋深約8.20 m～17.20 m，泥質(zhì)砂巖與上覆第四系地層呈不整合接觸。

2 樁錨基坑支護工程

工程場地開闊，場地四周無重要建筑物。場地北面(2層～3層地下室部位)距用地紅線3.00 m，用地紅線之外為50 m寬的綠化帶征地，東面為已建道路，南面(2層地下室部位)距用地紅線3.00 m，西面(2層地下室部位)距用地紅線 3.00 m ～8.00 m。本工程基坑開挖不具備放坡條件，采用錨拉樁進行護壁。

經(jīng)計算分析，設計排樁樁長為13.0 m～15.0 m，錨固段長4.5 m ～5.0 m，樁徑1.2 m，樁的中—中距為2.46 m。設計兩排錨索，分別位于樁頂以下4.0 m和基坑底面以上0.5 m，布置在兩樁之間，采用腰梁作為聯(lián)系梁。上排錨索長20 m，錨固段長13 m，下排錨索長15 m，錨固段長8 m，樁間采用掛網(wǎng)噴漿防護。完工后的支護結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 基坑施工變形

地下室基坑開挖后，形成高約10.50 m的邊坡。由于組成基坑邊坡的土層主要為填土、硬塑粘土，填土強度低、穩(wěn)定性較差，硬塑粘土雖具有較高的地基強度，豎向承載力較高，但其屬于膨脹土，其裂隙較發(fā)育且多呈緩傾角，這些裂隙彼此切割，破壞了土體的完整性，劣化了土體的工程性能，并成為地下水聚集的場所和滲透通道。當基坑開挖和支護完工后，恰逢雨季，隨著膨脹土吸水膨脹，失水收縮，加劇了裂隙的發(fā)育、發(fā)展，土體沿裂隙面滑動，導致基坑變形加劇，按照原支護方案開挖至坑底后，位于東側(cè)中部的C11號監(jiān)測點水平位移累積達到63.4mm，C12號監(jiān)測點水平位移累積達到23.7mm，C13號監(jiān)測點水平位移累積達到19.6mm，樁頂位移超過警戒值，導致部分樁間土垮落，必須進行加固處理，方能確保基坑安全。

4 加固處理措施

加固方案擬采用坑內(nèi)設置斜撐支墩，通過鋼管斜撐于原排樁上，斜撐鋼管與排樁間布置橫向鋼筋混凝土腰梁。

設計計算思路如下:

1)原基坑支護方案在開挖完基坑后，其抗傾覆安全系數(shù)為1.261，擬在距排樁樁頂4 m下面每隔8.4 m加一道斜撐(即三根樁中加一道斜撐)，斜撐鋼管預加力為200 kN，與水平面成42.3°。通過斜撐提高排樁支護的抗傾覆安全系數(shù)(提高0.2左右)，據(jù)此計算斜撐需要提供的水平力為100 kN(由理正深基坑軟件計算抗傾覆安全系數(shù)達到1.44，滿足加固設計要求)，則斜撐需要提供的總水平力為850 kN(合計在三根樁之內(nèi)，寬度為8.4 m)，考慮結(jié)構(gòu)安全系數(shù)為1.3以及斜撐的水平夾角，計算得到斜撐鋼管設計軸力為1500 kN。

2)根據(jù)斜撐鋼管設計軸力為1500 kN，計算鋼管截面尺寸。

3)將錨索、鋼管支撐簡化為預應力彈簧，錨索錨固段和鋼管支撐點(支墩處)設為固定支座，腰梁采用梁單元模擬，樁與腰梁作用處為荷載邊界條件，模擬土壓力通過樁作用在腰梁上，繼而傳遞到斜撐鋼管上。不斷增大樁與腰梁作用點的土壓力，則體系會發(fā)生協(xié)調(diào)變形，錨索會伸長，鋼管支撐會縮短，彈簧單元上會產(chǎn)生彈簧抗力，直到鋼管支撐上的彈簧抗力達到設計水平軸力，為最終的工作狀態(tài)，記錄腰梁的最大彎矩。

4)根據(jù)腰梁最大彎矩進行配筋計算和腰梁設計。

最終采用的加固設計圖如圖2，圖3所示。

5 結(jié)語

隨著我國基礎設施的大發(fā)展，越來越多的深基坑工程在城市中出現(xiàn)，工程規(guī)模越來越大，施工難度也更趨復雜。同時由于工期較緊，投資要求最省，因此難以在設計階段完全考慮到各種不利因素，使設計安全系數(shù)足夠大。這就會在施工中發(fā)生一些難以預料的施工變形，危及工程安全。本文介紹了成都地區(qū)一處深基坑工程，原設計采用雙排錨拉樁支護。由于基坑邊坡土層為具有膨脹性的粘土，基坑開挖完工后，受后期地面降雨影響，樁后巖土體發(fā)生膨脹，導致部分支護樁發(fā)生了較大的水平位移，超過了警戒值。經(jīng)過詳細的分析計算，加固方案為:坑內(nèi)設置斜撐支墩，通過鋼管斜撐于原排樁上，斜撐鋼管與排樁間布置橫向鋼筋混凝土腰梁。加固工程完工后，排樁位移得到有效控制，順利保證了基礎工程的施工。

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