樁錨支護體系深基坑的設計實踐與監測分析

馬 勇，陳小丹，李 川，朱思軍，鄧義釗

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510635;2. 廣東省巖土工程技術研究中心，廣東 廣州 510635)

1 概述

隨著我國基坑工程的快速發展，基坑工程也朝著更大更深的方向發展。常用的基坑支護型式有放坡支護、樁(墻)錨支護、樁(墻)撐支護、土釘墻支護、重力式擋墻支護、雙排樁支護等[1-4]。其中，樁錨支護型式由于可以保證土方開挖與支護結構相互不干擾，并可以有效縮短工期，因此，在深基坑支護中較多采用樁錨支護方案。在常規的樁錨支護方案中，常規錨索的錨固體直徑一般為0.15 m，錨索鋼鉸線規格一般采用7φ5，但對于深基坑支護，按照常規的錨索設計，錨索計算長度需要很長，鋼鉸線束數很多。對于常見的原狀土坡道出土的基坑出土方案[5-6]，坡道收口困難，工期較長，特別對深基坑影響較大。

以廣州某深基坑支護設計為例，采用了大孔徑錨固體和大直徑鋼鉸線，并采取了在地下室外側設置無需收口的出土坡道，極大地方便了基坑出土和地下室結構施工，可為類似基坑支護工程提供設計參考。

2 工程概況

某綜合發展項目位于廣州市增城區，擬建建筑物包括2棟辦公及酒店，2棟住宅。底部均設置裙樓商業(1～4層)及其它附屬配套設施。塔樓基礎型式為灌注樁基礎，裙樓商業處為天然基礎。本項目用地紅線面積約為35 245 m2，周長約748 m。場地現地面絕對標高平均約為24.5 m，地下室底板墊層底標高為5.35 m，基坑開挖深度為19.15 m。

基坑周邊環境條件如下：

北側：臨近在建基坑(其基坑支護型式為樁錨支護)，兩者紅線距離約24.0 m；南側：已拆遷空地；東側：臨近規劃市政道路，距離紅線約3.5 m處有直徑0.6 m的砼結構雨水管，埋深約0.9 m；西側：臨近規劃市政道路，地面下埋設有砼結構雨水管，污水管和電力管，距離紅均超過14.0 m。基坑周邊環境及平面布置見圖1所示。

本項目基坑支護設計的難點和重點是：①基坑支護深度將近20 m，屬于超過一定規模的危大工程，安全風險要求高；②本項目土方開挖量約60萬m3，工期要求緊，對能快速出土要求較高；③周邊環境復雜，臨近現狀管線和在建項目，周邊變形控制要求較高。

因此，綜合考慮本項目基坑的開挖深度、地質條件和周邊環境等因素，本基坑主要采用支護樁+預應力錨支護體系。樁錨支護方案適用性較強，對土方開挖和地下室結構施工影響較小，錨索施加的預應力對控制支護結構變形可以起到很好的約束作用。

圖1 基坑周邊環境及平面布置示意

3 地質情況概述

3.1 地層分布

①素填土：褐紅、褐黃、灰黃、灰褐色，稍濕～濕，松散～稍壓實，層厚0.50～6.40 m。

②粉質黏土：褐紅、褐黃色，可塑，層厚0.70～15.60 m。

按土的類型及沉積順序，劃分為3個亞層，分述如下：

③1含砂黏土：灰黃、淺灰色，軟可塑，層厚1.60～6.70 m。

③2淤泥質土：深灰、灰黑色，飽和，流塑，層厚2.00～5.70 m。

③3中砂：灰黃、深灰、灰色，飽和，稍密，層厚1.10～2.80 m。

4) 第四系殘積層(Qel)

④砂質黏性土：褐紅、褐黃、灰黃、灰白色，可塑～硬塑，揭露厚度0.90～23.10 m。

5) 燕山期花崗巖(γ5)

場地下伏基巖為燕山期花崗巖，按其風化程度可劃分為全風化、強風化、中風化及微風化帶。

場地地下水主要賦存于沖積層孔隙及基巖風化裂隙中，為孔隙水及基巖裂隙水。孔隙含水層主要由淤泥質土及中砂層組成，其中淤泥質土的賦水性較好，但透水性較差，屬微透水層；中砂層的富水性及透水性均較好，屬強透水層，具承壓水特征。裂隙含水層主要由下伏強風化、中風化巖組成，具一定的富水性，但仍屬弱透水層，勘探期間，測得地下穩定水位埋深在2.20～6.00 m之間，標高18.06～20.53 m。

典型地質縱斷面示意見圖2所示。

3.2 地質參數

根據地質勘察報告并結合廣東地區基坑支護設計中取用參數的經驗，各巖土層計算參數見表1所示。

4 設計方案

4.1 基坑支護方案

根據本工程所處的位置、工程地質及水文地質條件以及基坑開挖深度和周邊環境，按廣東省標準《建筑基坑支護技術規程》(DBJ/T 15-20—2016)和中華人民共和國行業標準《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120—2012)的規定，基坑支護結構安全等級為一級，重要性系數γ0=1.10。

1) 支護方案分析

本項目基坑面積較大，開挖深度較深，但地質條件相對較好，周邊環境一般，常用的支護方案有：支護樁+預應力錨索體系[7-8]、支護樁+內支撐體系。但如果整個基坑全部采用支護樁+內支撐方案，內支撐最長將超過100 m，經濟性很差，且內支撐方案要考慮換撐，對基坑出土和地下室結構施工產生較大影響，且工期也較長。而支護樁+預應力錨索方案可以保證土方開挖與支護結構相互不干擾，并可以有效縮短工期，因此，綜合考慮，本項目基坑支護方案主要采用支護樁+預應力錨索方案，只在基坑角部局部位置(出土口上部)采用支護樁+內支撐方案(基坑平面布置見圖1所示)。

根據復核計算，本基坑支護設計采用支護樁+四道預應力錨索和支護樁+兩道砼內支撐相結合的支護方案。基坑支護常規錨索設計采用錨固體直徑一般為0.15 m，錨索鋼鉸線規格一般采用7Φ5。結合計算結果，如果采用常規錨索設計，錨索錨固體長度超過40 m，錨索鋼鉸線最大需要采用6束，考慮到工期及經濟性，本基坑支護設計錨索采用錨固體直徑為0.25 m，錨索鋼鉸線規格采用7Φ7。因此，根據計算結果，采用直徑0.25 m大孔徑錨固體，錨索錨固段的長度可以減短約40%；相比常規規格鋼鉸線，采用7Φ7的鋼鉸線，鋼鉸線束數可以節省50%的數量，對施工工期和效率也會產生一定積極的影響。

4.2 基坑止水方案

基坑支護常用的止水方案有水泥攪拌樁、旋噴樁、咬合式排樁等，綜合考慮止水方案的經濟性和可靠性等因素，本項目止水方案主要采用三軸攪拌樁的密排止水，三軸攪拌樁采用大功率機械設備，保證可以穿透全風化花崗巖層。考慮到地層的起伏，當三軸攪拌樁無法達到設計深度時，采用雙管旋噴樁進行樁間咬合止水，并與三軸攪拌樁搭接一定長度，保證止水帷幕的封閉。

4.3 基坑出土方案

本基坑工程將外運約60萬m2渣土，因此，一個方便快捷的出土方案對于節省工期和造價是非常重要的。

常用的出土方案主要有原狀土坡道出土方式和斜坡式棧橋出土方式。這兩種出土方式各有優缺點：原狀土坡道出土方式成本較低，適于地質較好的場地，但土方總工期較長，坡道收口困難，特別是深基坑需要多次倒運；斜坡式棧橋出土方式出土效率較高，但成本相對較高，且棧橋對地下室結構施工基本沒有用處。

本基坑工程采用在地下室側墻外設置出土坡道的出土方案，出土坡道從地面按1:10的坡比延伸到基坑底。該出土坡道不影響地下室結構施工，不存在土方收口的問題，可以極大地提高出土的效率，而且，在地下室結構施工期間，可以利用該出土坡道運送建設材料至各地下室樓層位置，對地下室結構施工也提供了極大的便利。

4.4 典型支護剖面及計算結果

根據上述分析結果，本項目基坑主要采用支護樁+預應力錨索支護形式，典型支護斷面見圖3所示，開挖至基坑底后的變形彎矩包絡示意見圖4所示；出土口角部位置采用支護樁+砼內支撐的支護形式，典型支護斷面示意見圖5所示，計算采用增量法模擬施工過程[9]開挖至基坑底后的變形彎矩包絡圖示意見圖6所示。

5 監測結果

本項目在基坑開挖施工期間對支護結構和周邊環境進行了動態監測，支護結構頂部水平位移和周邊地面沉降見圖7和圖8所示。當基坑開挖至坑底設計標高時，樁錨支護區段支護結構的深層水平位移如圖9所示，支護結構的變形控制較為良好，最大水平位移值約為41 mm，最大位移值發生在坑底附近。基坑支護結構頂部水平位移最大約為38 mm，基坑周邊地面沉降最大約為24 mm，但整體變形均不大。基坑監測過程中，西北側部分監測點樁頂水平位移偏大，主要原因是西北角連接段邊坡的施工未嚴格按設計要求進行削坡處理，導致該位置處的荷載較大，加之該位置處的錨索預應力損失偏大，雖進行了二次張拉鎖定，但前期產生的變形已比較可觀了。根據理論計算，支護樁樁身變形基本呈“鼓肚子”形狀，樁身深層位移監測顯示，大部分支護樁的深層水平位移基本與理論計算一致，部分位置的支護樁由于前期錨索預應力損失較多，多呈現為類似懸壁樁上大下小的樁身變形，說明預應力錨索的約束對控制支護結構變形有重要作用。因此，當錨索預應力出現損失時，要及時對其進行再次張拉鎖定，避免支護結構的過大變形。

總體而言，該監測結果與理論計算結果基本比較相符，且在整個基坑開挖施工過程中，未見基坑滑移和坍塌，實施效果良好。目前，該基坑已基本回填。

6 結語

1) 采用大孔徑錨固體可以有效減少錨索長度，節省施工工期；考慮錨固體施工質量，大孔徑錨索盡量采用全套管進行成孔作業。

2) 在地下室側墻外設置出土坡道的方案，可以極大地方便基坑出土與后期地下室結構的材料運輸，確保安全、經濟、高效地完成出土任務。

3) 通過理論計算和實測數據對比，支護結構變形形態基本比較相符，實施效果良好，該基坑工程是安全的。