預應力錨索支護體系在軟土基坑中的應用

胡 沖 蔣軍良 周林才

1. 蘇州工業園區生物產業發展有限公司 蘇州 215123；2. 蘇州第一建筑集團有限公司 蘇州 215123

1 工程概況

本工程基坑位于蘇州市太湖大道與景潤路交叉口東南角，基坑平面面積3.59萬 m2，圍護結構周長780 m。基坑南側鄰近既有2 幢高層地下室，距離分別為 23 m、15 m。基坑北側有Φ1 200 mm給水鋼管，不可遷改。工程范圍內土層自上而下為：①1素填土、③1黏土、③2粉質黏土、④1粉質黏土夾粉土、④2粉質黏土、⑤1黏土。地下水位埋深約1 m。基坑周邊環境與開挖分區見圖1。

圖1 基坑總平面示意

2 典型圍護結構設計方案[1,2]

本基坑開挖深度約9.4 m，圍護結構采用Φ800 mm@1 000 mm鉆孔灌注樁，外側施作Φ650 mm@900 mm三軸攪拌樁止水帷幕；支撐體系為單道預應力錨索，錨索采用3 根7 股Φ15.2 mm鋼絞線，水平間距2 m，傾角30o，注漿體Φ400 mm，張拉鎖定荷載100 kN。基坑安全等級為一級，典型圍護結構剖面如圖2所示。

圖2 典型圍護剖面

采用同濟啟明星軟件對該圍護剖面方案進行檢算，計算結果顯示，圍護結構最大水平點位于地面下7.5 m處，位移量53 mm；樁頂位移22 mm；坑外地表沉降71 mm；錨索拉力為427 kN；樁身彎矩標準值953 kN·m，需在Φ800 mm灌注樁中環向均勻配置25 根Φ22 mm鋼筋。上述計算變形結果超出設計要求的監測警戒值，其原因在于：基底下圍護樁插入④2層深厚流塑狀粉質黏土中，該土層標貫修正值為2.85，其側向基床系數偏低，基坑內側土層被動抗力不足。在評審階段，曾有專家針對該流塑狀土層的問題，建議增設錨索道數并于坑內施作旋噴加固，但該建議由于經濟因素而未被采納。

3 基坑開挖監測與搶險情況

基坑開挖至地表下約7 m處時，樁身水平位移變形速率即達到3～4 mm/d，內側樁間土出現裂縫與滲水情況，施工方當即停止開挖并加大坑外輕型井點降水力度，但由于坑外土體滲透系數≤7.0×10-6cm/s，降水效果不明顯。待變形基本穩定后，開挖至基底標高處，已開挖區塊坑外測斜與地表沉降均超過設計提供的監測警戒值，基底上約2.5 m處樁身內側出現多處橫向裂縫，樁體沿豎向出現鼓肚情況，施工人員在坑內可聽到鋼絞線錯動的聲音。

施工方當即停止開挖，組織人力物力對坑外采用垂直雙液注漿、井點降水、改變荷載運輸通道等手段予以搶險，逾1 個月后，基坑變形速率基本收斂。開挖區段Ⅱ區最終坑外測斜數據見圖3。

圖3 Ⅱ區土層水平測斜結果

坑外水平測斜量最大為57 mm，冠梁監測點水平位移43.4 mm，坑外5 m處土層測點豎向沉降37.5 mm，均超出監測警戒值；鄰近錨索（3 根7 股Φ15.2 mm）拉力監測值567 kN＞前述計算值427 kN，該錨索支點水平位移39 mm，表明其仍處于有效工作狀態。

4 鄰近給水管段圍護方案與實測分析[3-6]

4.1 圍護結構計算分析

基坑北側存在既有Φ1 200 mm給水鋼管，沿太湖大道布置，距基坑圍護結構約7 m，該管線為城市供水主干管，無遷改條件。根據前期的基坑變形情況，設計方對該段圍護結構調整后剖面如圖4所示。

圖4 鄰近給水管區段圍護結構剖面

該區段基坑開挖深度約9.55 m，圍護結構采用Φ900 mm@1 100 mm鉆孔灌注樁，外側施作Φ650 mm@900 mm三軸攪拌樁止水帷幕；支撐體系為2 道預應力錨索，第1道錨索采用3 根7 股Φ15.2 mm鋼絞線，傾角30o，張拉鎖定荷載150 kN；第2道錨索采用6 根7 股Φ15.2 mm鋼絞線，傾角45o，張拉鎖定荷載250 kN；2 道錨索水平間距2.2 m，注漿體Φ400 mm，端部3 m長擴大段注漿Φ650 mm。同樣采用啟明星軟件對該剖面檢算。

根據計算結果，圍護結構最大水平點位于地面下8 m處，位移量10 mm；坑外地表沉降11 mm；錨索拉力設計值：第1道186 kN，第2道414 kN；樁身彎矩標準值582 kN·m，Φ900 mm灌注樁中環向均勻配置12 根Φ22 mm鋼筋。上述計算結果較前述單道錨索剖面計算結果大大減小，表明增設錨索與坑內加固，對基坑圍護結構的內力與變形、坑外地表沉降均有明顯的控制作用。

4.2 施工情況與監測數據分析

該區段施工過程順利，從開挖至基坑封閉，各項監測數據均處于正常范圍之內。坑外水平測斜量最大為12.5 mm，冠梁監測點水平位移9.2 mm，豎向位移7.2 mm。鄰近太湖大道測點最大沉降量7.66 mm。

監測數據中，第1道錨索（3 根7 股Φ15.2 mm）支點水平位移10 mm，其拉力監測值415 kN，遠大于計算值186 kN。推測其原因為2 道錨索豎向間距2 m，且第2道錨索傾角45o，其有效工作角度欠優，導致坑外水土壓力主要由第1道錨索承擔。為驗證此推論，取消第2道錨索，保留坑內加固區，再次進行計算。

計算結果中，樁體位移13.4 mm，樁身彎矩標準值569 kN·m，坑外地表沉降量17.2 mm；計算結果表明，坑內被動區加固對于控制圍護結構與坑外地層的貢獻，大于第2道錨索的作用。

5 結語

對于基底存在深厚流塑狀軟土的基坑，被動區設置加固體可有效控制樁體變位與地層變形。實踐證明，采用預應力錨索支撐體系是有效的，但應減少錨固點至基底距離，并增加淺層放坡高度，以控制樁體變形與內力。