“吊腳樁”樁錨支護在土巖組合地層深基坑工程中的應用研究

黃 薛，曾純品，雷炳霄

(1.山東省地質礦產勘查開發局八〇一水文地質工程地質大隊，山東 濟南 250014；2.山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014)

0 引言

樁錨支護技術廣泛應用于基坑工程中，能較好地保證基坑安全。在濟南地區，針對土巖組合地層采用“吊腳樁”樁錨支護方式較少。由于對巖層的穩定性把握不準，設計樁端往往要求進入基底以下錨固深度，造成樁長較長，施工難度較大，同時也大大增加了工程造價，延長了工期。本文以濟南黃金國際廣場項目深基坑工程為例，針對土巖組合地層的特點，采用“吊腳樁”樁錨支護及兩樁一錨布設方式的設計方案[1-3]，為類似工程設計和施工提供借鑒。

1 工程概況

1.1 基坑概況

黃金國際廣場工程位于濟南市歷下區歷下廣場，場區北側為經十路，西側為轉山西路。擬建的工程建筑平面近似倒L形，平面尺寸為190 m×90 m，建筑±0標高103.5 m。包括超高層主塔樓、裙房及地下車庫等建筑，基坑開挖深度12.8～18.5 m。

基坑周邊環境較復雜，構筑物、地下管線密集，詳見表1。

表1 基坑周邊建(構)筑物及地下管線分布情況Table 1 Buildings and underground pipelinessurrounding the foundation pit

1.2 工程地質條件

根據勘察報告，地貌單元屬山前傾斜平原地貌單元。場地地勢相對較平緩，南高北低，高程99.87～105.55 m，地表相對高差5.68 m。基坑支護涉及的地層主要為：①雜填土，②黃土，③粉質粘土，③1漂石，④1粉質粘土，⑤中風化石灰巖，⑤1溶蝕破碎石灰巖，其中灰巖巖層產狀為6°∠12°。基坑開挖深度范圍內無地下水。典型工程地質剖面見圖1，基坑支護設計參數見表2。

表2 基坑支護設計參數Table 2 Design parameters of foundation pit supporting

2 基坑支護設計

2.1 基坑設計選型

基坑類型為土巖組合基坑，根據基坑開挖深度、工程地質條件，以及需要保護的周邊建筑物、地下管線和甲方對基坑周邊場地的使用要求，根據赤平投影理論對巖層穩定性進行了計算，巖層處于穩定狀態，考慮安全性、經濟性及施工的難度，采用“吊腳樁”+預應力錨索支護設計方案，采用兩樁一錨布設方式，分為7個支護單元，按一級基坑設計。

圖1典型工程地質剖面
Fig.1Typical engineering geological cross section

基坑周邊設計超載20 kPa，建筑物地上5層，無地下室，按90 kPa取值，施工重型車輛按60 t取值，折算為30 kPa，超載作用范圍為基坑坡頂2 m以外；基坑設計使用年限18個月。

2.2 支護設計方案

(1)排樁：樁徑600 mm，樁長9.3～16.25 m，確保樁端進入巖層≮2.0 m的設計要求，樁間距1.4 m，采用通長配筋，鋼筋材質為HRB400，強度標準值fyk=400 MPa。

(2)錨索：長度為6.0～20.0 m，間距2.8 m，矩形布置，錨孔直徑150 mm，桿材為鋼絞線，采用預應力錨索，錨索與水平面夾角為15°～20°，錨索應按要求進行鎖定。第三排為鎖腳錨索，確保樁端的穩定性[4-8]。

(3)注漿材料均采用水泥漿，水泥型號P.O 42.5，水灰比為0.5，均采用壓力注漿，第一次注漿壓力采用0.4～0.5 MPa，第二次注漿壓力≮1.5 MPa，水泥漿強度≮M20。

(4)腰梁為2根20a槽鋼，承壓板為200 mm×200 mm厚20 mm鋼板。

(5)面層：面層鋼筋網按?6.5@300×300布置，噴C20混凝土，坡面混凝土厚度≮50 mm。腰梁與混凝土面層應緊密接觸，減少縫隙，確保腰梁受力均勻，腰梁范圍內的混凝土面層應平整，厚度≮80 mm。

典型支護結構剖面見圖2。

圖2典型支護結構剖面
Fig.2Typical supporting structure cross section

3 錨索現場試驗

現場試驗按《建筑基坑支護規程》(JGJ 120-2012)要求進行。為了驗證錨索施工質量能否達到設計要求，現場隨機抽取20根錨索進行驗收試驗，判定錨索在抗拔承載力檢測值下是否合格。

驗收試驗采用單循環加荷法，最大試驗荷載下錨索桿體應力不應超過預應力鋼膠線抗拉強度標準值的0.85倍。根據錨索試驗結果，錨索抗拔力設計值為280 kN，驗收試驗最大加載量370 kN時，錨頭最大位移29.80～36.68 mm，最大回彈量大于桿體自由端長度理論彈性伸長量80%，加載至檢測值時錨索位移穩定，錨索拉力值符合設計要求[9]，見圖3。

圖3 錨索典型驗收試驗Q-s曲線Fig.3 Typical Q-scurve of acceptance test of anchor cables

4 基坑監測

在本基坑施工過程中，基坑監測項目包括支護結構坡頂水平位移和豎向位移監測；深層水平位移；錨索軸力；周邊管線變形監測等[10]。實時掌握基坑變形、周邊建(構)筑物地基變形，科學指導施工。從2017年8月18日開始開挖到2018年7月1日基坑回填，監測時間歷時317 d，開挖過程進行了3次錨索施工。基坑變形情況以基坑東側為例進行說明，其冠梁水平位移見圖4，基坑東側支護結構隨深度變化見圖5。

圖4 基坑東側冠梁水平位移歷時曲線Fig.4 Horizontal displacement-time curve of the top beam on the east of the foundation pit

圖5 基坑東側支護結構水平位移隨深度變化曲線Fig.5 Horizontal displacement-depth curve of the retaining structure on the east of the foundation pit

從圖4看，在基坑監測周期內，冠梁水平位移總體呈增加趨勢。在基坑開挖過程中，受3次錨索張拉索定、地表滲水、施工車輛的影響，冠梁水平位移呈現小幅變化，開挖至基底時達到最大值13.4 mm；支護結構完成后至基坑回填，冠梁水平位移趨于穩定。

從圖5看，在基坑監測周期內，樁身水平位移隨深度變化呈減小趨勢，至樁底時趨于6.26～6.96 mm。最大位移位于樁頂附近，約14.0 mm，在錨索附近，位移有所減小，說明錨索受力良好。

根據對周邊環境的沉降數據統計，建筑物沉降0.6～3.7 mm。根據上述分析，基坑支護結構變形、周邊建筑物、道路、地下管線均處于安全狀態，遠小于報警值，說明“吊腳樁”樁錨支護及兩樁一錨布設方式在深基坑支護中應用效果非常好[11-16]。

5 結語

本工程將“吊腳樁”樁錨支護在土巖組合地層深基坑工程中成功應用，利用巖層穩定的特點，縮短樁長，減小支護樁施工難度；并通過兩樁一錨布置方式，大大減少了錨索數量。現場進行了錨索驗收試驗，試驗結果符合設計要求。在基坑監測周期內，監測結果表明，基坑支護結構變形、周邊建(構)筑物沉降等均處于安全狀態，遠小于報警值，說明“吊腳樁”樁錨支護及兩樁一錨布設方式在土巖組合地層深基坑工程中應用效果非常好，同時大大節省了造價，短縮了工期。研究成果已在其他類似基坑工程的設計和施工中得到推廣應用。本文的相關設計方法、試驗、監測成果可為類似工程提供借鑒。