地下連續墻錨桿組合式擋土結構的工程應用研究

張桂萍吳 俊（.江蘇省工程勘測研究院有限責任公司 .江蘇省水利勘測設計研究院有限公司 揚州 500）

地下連續墻錨桿組合式擋土結構的工程應用研究

張桂萍1吳 俊2
（1.江蘇省工程勘測研究院有限責任公司 2.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司 揚州 225002）

以某泵站基坑支護工程為背景，重點研究地連墻—錨桿組合式支護結構的設計，通過對監測數據的采集、分析，與理論設計值對比分析，找出數據差異的影響因素并分析其原因，為類似工程優化設計積累經驗，提供更多的借鑒。

地下連續墻錨桿 擋土結構 土壓力

1 引言

隨著經濟的發展和城市建設的需要，基坑工程的數量和規模迅速發展，基坑支護的形式也越來越復雜，基坑大開挖對基坑周圍環境影響很大，當基坑周圍有建筑物或構筑物時，開挖難度相當大,這就對基坑開挖提出了更高的要求，即不僅要保證基坑穩定，還要滿足變形控制要求，以確保基坑周圍原有建筑物、構筑物的安全。這使基坑工程的設計和施工的難度越來越大，從而也促進了基坑工程的設計和施工技術的發展。目前基坑圍護常用的支護擋土結構類型有：鉆孔灌注樁（排樁）、H型鋼板樁、地下連續墻等形式；錨固（支撐）體系有：水平橫撐形式、斜撐形式和錨桿拉結形式等。地連墻—錨桿形式是一種新型的組合式基坑支護體系，近幾年廣泛應用于城市高層建筑的深基坑支護中，但在江蘇省水利工程中尚未有運用。

為了避免水利工程中基坑開挖放坡所產生的弊端，在借鑒國內外相關研究的基礎之上，結合某泵站的土層情況，對地下連續墻錨桿組合式擋土結構的土壓力、墻頂位移等實施動態觀測，為設計優化及施工安全提供科學依據，并為類似工程的設計和研究提供參考。

2 基坑支護設計

2.1 工程概況

圖1 地連墻深度范圍內土層剖面圖

該泵站引水流量設計為100 m3/s。泵站是采用立式軸流泵機組共4臺套（其中1臺為備用機組），肘形流道進水，平直管出水，快速閘門斷流。

2.2 支護結構形式

表1 各土層土質物理力學性質指標匯總表

圖2 實測和理論計算土壓力對比圖

圖3 地連墻深度范圍內土層剖面圖

根據基坑開挖降排水設計，當泵房基坑面開挖至設計高程 -4.7～ -6.5m時，要求基坑地下水位降至 -7.0m以下，若采用無錨地下連續墻，采用“m”法進行計算，此時地連墻最大彎矩為349.34kN·m，墻頂水平位移達7.7cm，位移和內力均偏大，因此，需采用有錨地連墻進行支護。

在該工程基坑支護設計中，以盡量不擾動基坑上游側原狀土為原則，對地連墻的錨固型式按錨碇樁和壓力灌漿預應力錨桿（索）系統進行了技術經濟比較。經分析，采用錨碇樁錨固地連墻，施工中仍需將錨桿以上大部分上游鋪蓋及翼墻基礎原狀土挖出再回填，對翼墻的地基穩定不利。而采用壓力灌漿預應力錨桿系統（壓力分散型）錨固地連墻，施工中能很好地保護上游側翼墻及鋪蓋的原狀土基礎，并且后方案總投資是前方案投資額的2/3。經綜合分析比較，確定采用壓力灌漿預應力錨桿系統，錨桿材料采用預應力鋼絞線。

在該工程設計中，為節省工程投資，不擾動基坑上游側原狀土，確定采用60cm厚的鋼筋混凝土地下連續墻作為擋土墻；錨固結構采用壓縮分散型預應力錨桿，錨桿體采用無粘結鋼絞線，錨固體采用砂漿材料。

3 監測結果分析

3.1 地下連續墻土壓力對比分析

根據工程施工記錄，2006年5月14日地連墻墻前土方開挖至設計基坑開挖高程4.70m，2006年5月28日～6月9日澆筑泵站底板，因此，在5月14日～27日期間地連墻處于最不利工況下，其墻頂位移應達到最大，此時的墻后土壓力應最接近主動土壓力，因此，將5月27日實測土壓力和計算土壓力進行分析比較，地連墻實測和朗肯公式計算土壓力圖形見圖2，地連墻深度范圍內土層情況見圖3。

從圖2可知，地連墻墻后實測土壓力和理論計算土壓力變化規律基本一致，其中錨固點高程以上，墻后計算土壓力較實測值小，而錨固高程點以下，墻后計算土壓力較實測值大，經分析認為，這和墻體的變形有關，地連墻在錨桿拉力作用下，相當于是一端彈性嵌固另一端簡支的梁，其墻頂位移在錨桿拉力作用下未達到產生主動土壓力的位移，因此上部土壓力較主動土壓力大，而錨桿以下墻體在錨桿拉力作用下會向開挖面隆起，使其墻后土壓力減小。

在該工程地錨地連墻設計中，地連墻土壓力采用朗肯公式計算，由于工程高程-7.7m以上地基土質均為粘性土，土質較好，根據以往工程經驗，在計算中，將高程-7.7m以上各粘土層凝聚力按系數0.55折減進行計算，經計算，基坑開挖面高程-5.70m以上墻后總土壓力為196.5kN；根據實測土壓力推算，高程-5.70m以上墻后總土壓力為201.04kN，兩者比較接近，說明在土質性狀較好的粘性土地層中，設計采用的凝聚力（c值）指標取0.55左右作為折減系數是基本合理的，是安全、經濟的。

3.2 地下連續墻墻頂位移觀測

地下連續墻施工結束后，施工方在進行墻前基坑土方開挖的同時對地下連續墻3#、4#、5#單元槽段不同高程的水平位移進行持續觀測，觀測時間為2006年4月21日～5月19日，觀測時間近1個月，觀測到墻頂水平位移最小值為3mm，水平位移最大值為10mm（5#單元），平均值為6.67mm，與理論計算結果較接近，能夠滿足設計的要求，圖4為5#單元槽段地地下連續墻不同時間實測的水平位移曲線。從圖4中可以看出，地下連續墻5#單元槽段5月8日測得墻頂的水平位移為6mm，當預應力錨索張拉鎖定后，隨著墻前基坑面繼續的開挖，墻頂的水平位移不斷增大，至5月19日測得墻頂水平位移為10mm，但位移發展逐步趨于穩定。

4 結語

本次采用地下連續墻與壓力分散型錨桿組合式擋土結構，在基坑施工過程中，其支護結構的墻頂位移量可控，有效保護了泵站上游側翼墻及鋪蓋部位地基的原狀土不受擾動，很好地解決了由于基礎的不均勻沉降對建筑物的整體穩定產生不利影響等問題。在支護結構內部埋設各類應力儀等監測儀器，過程實時監測，對采集數據科學分析，及時、準確掌握支護結構的受力狀態，實現了信息化、科學化施工。再將實測數據值與理論計算值相對比，提出了設計參數取值方法等，為同類工程的設計積累和豐富了經驗，提供了科學指導依據

圖4 地連墻5#單元槽段位移曲線