對樁錨及斜支撐聯(lián)合體支護(hù)的研究

劉正華 （安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001）

0 引言

隨著深基坑的發(fā)展，地下空間的深度開發(fā)，單一的深基坑支護(hù)難以滿足越來越復(fù)雜的深基坑施工，因此樁錨及斜支撐聯(lián)合體支護(hù)體系應(yīng)運(yùn)而生。樁錨及斜支撐的出現(xiàn)不僅具備樁錨支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，同時也滿足復(fù)雜地段需要斜支撐的要求。本文基于淮南某基坑工程背景，從基坑方案與設(shè)計、支護(hù)樁及斜支撐施工工藝、樁錨及斜支撐的難點(diǎn)等方面來進(jìn)行分析，以此來為樁錨及斜支撐的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

1 樁錨及斜支撐聯(lián)合體支護(hù)研究現(xiàn)狀

黃強(qiáng)闡述了關(guān)于影響深基坑邊坡支護(hù)滑動面的因素，提出了樁背上的壓力不僅與開挖深度有關(guān)，同時也與開挖寬度有關(guān)；徐揚(yáng)青利用兩種深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)計算方法，通過兩者計算結(jié)果的比較，得出計算模式和錨點(diǎn)位置對支護(hù)樁和錨桿拉力有一點(diǎn)影響；鄧修甫等利用室內(nèi)試驗(yàn)和有限元模擬相結(jié)合的方法對樁錨支護(hù)體系進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明試驗(yàn)與模擬相符合，證明樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形分析過程較為合理；華錦耀等分析了采用半逆作法斜撐支護(hù)在某綜合大樓基坑支護(hù)的穩(wěn)定性分析得出：斜支撐支護(hù)可以增加結(jié)構(gòu)剛度，說明斜支撐支護(hù)的必要性。

支護(hù)方案比選

2 基坑周邊環(huán)境與工程地質(zhì)情況

2.1 基坑周邊環(huán)境

該基坑位于淮南市田家庵區(qū)洞山東路北側(cè)、淮阜鐵路南側(cè)、淮南站下穿路東側(cè)。目前場地已有建筑設(shè)施均被拆除，場地已經(jīng)過人工清理，地勢總體呈現(xiàn)西高東低，勘察資料顯示孔口標(biāo)高39.89m～40.83m，高差 0.97m（以孔口高程計），地下無管線、通訊光纜等設(shè)施。

2.2 工程地質(zhì)情況

2.2.1 工程地質(zhì)條件

從勘探鉆孔分析來看，該基坑土層發(fā)布主要分為兩大類，上部土層主要由雜填土和粘土構(gòu)成，雜填土在土層最上方，該層厚在1.00m～5.10m，土體中含有大量建筑垃圾，局部為素性土，土體性質(zhì)變化大，工程性能差。第二層為粘土，主要呈黃褐色，該層土結(jié)構(gòu)性好，承載力高。下部土層主要為殘積土和泥質(zhì)砂粉巖，殘積土，全場地發(fā)布，埋深11.10m～14.00m，該層土韌性好，具有一定的硬塑能力，整體結(jié)構(gòu)性好。最底層為泥質(zhì)砂粉巖，呈紫紅色，由于受地下潮濕環(huán)境的影響，該層結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，部分具備承載作用。

2.2.2 水文條件

該場地地下水主要類型：上滯水、承壓水。上滯水主要存在于雜填土中，含量小，受氣候、季節(jié)變化比較大，2層粘土呈硬塑狀態(tài)，為隔水層。最底層的泥質(zhì)砂粉也含有少量水，主要類型為承壓水。

3 基坑方案的選取與設(shè)計

3.1 基坑支護(hù)方案的比選

以下是幾種常見的支護(hù)方案的比選。

①土釘支護(hù)：土釘支護(hù)在基坑支護(hù)中最常用，主要是由于該支護(hù)技術(shù)比較成熟，且支護(hù)難度不大，支護(hù)費(fèi)用不高，對于土質(zhì)較好和變形要求不大的工程非常適合。由于該項(xiàng)目基坑?xùn)|側(cè)和西側(cè)不少地段離鐵路線較近，這就要求對土體的變形控制很嚴(yán)格，所以該支護(hù)不考慮。

②重力式擋土墻：該支護(hù)主要是通過自身結(jié)構(gòu)的重力來支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，具有止水和支護(hù)雙重作用。由于無支撐其變形較大，側(cè)位移無法得到保障因此不適用。

③地下連續(xù)墻：適用范圍廣，有很強(qiáng)的承載功能，尤其適合超深基坑。但其監(jiān)測方法比較復(fù)雜且費(fèi)用較貴，選擇該支護(hù)不僅增加了支護(hù)難度，并且造價成本也提高了，所以不提倡使用。

④鋼板樁支護(hù)：由于鋼板樁是通過鋼板搭接而形成，在搭接的過程中難免出現(xiàn)空隙的情況，支護(hù)的防水得不到保障，同時該支護(hù)對基坑開挖深度也有一定要求，要求基坑開挖深度不超過5m，由于施工項(xiàng)目最大開挖深度超過10m，所以該支護(hù)已經(jīng)無法滿足施工要求。

⑤樁錨及斜支撐聯(lián)合體支護(hù)：該支護(hù)形式既考慮了周邊復(fù)雜地段的影響，又考慮了基坑支護(hù)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。上表是各支護(hù)方案的比選。

通過上述分析，樁錨及斜支撐的聯(lián)合支護(hù)是最適合本基坑的。

3.2 樁錨聯(lián)合體支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本基坑?xùn)|側(cè)和西側(cè)距離鐵路線較近，為了確保基坑安全采用樁錨及斜支撐的聯(lián)合支護(hù)組合，基坑先采用1：0.7進(jìn)行放坡，坡面要進(jìn)行硬化處理，先用80厚C20混凝土噴面，坡面掛鋼筋網(wǎng)片，采用跳樁法對支護(hù)樁進(jìn)行施工，相鄰樁必須要等混凝土初凝且1天后進(jìn)行施工。

支護(hù)樁為人工挖孔成型，樁徑為800㎜，樁間距為1800㎜，樁長為15m，混凝土為C25。錨桿設(shè)置三道，每層錨桿直徑為18㎜，間距為1.5m，錨固定端為15m，自由端為6m，錨桿傾斜角為15°。斜支撐所用材料為鋼管，預(yù)應(yīng)力為200kN，斜撐與支護(hù)樁之間傾角為45°。

4 支護(hù)樁及斜支撐施工流程及要點(diǎn)

4.1 支護(hù)樁施工

4.1.1 施工工藝流程

支護(hù)樁施工→開挖至錨索面→施工錨索并張拉鎖定→再次開挖并施工錨索并鎖定→開挖至基底→排水溝，集水井。

4.1.2 支護(hù)樁施工要點(diǎn)

①支護(hù)樁鋼筋數(shù)量，規(guī)格要滿足設(shè)計要求，主筋要進(jìn)行雙面焊，焊接長度不小于5d，同一截面接頭面積不大于25%，且相鄰接頭錯開35d，主筋保護(hù)層厚度50mm。

②樁頂梁施工前要將樁頂浮漿鑿除干凈，樁頂以上露出的鋼筋長度要符合設(shè)計要求，壓頂梁的縱鋼筋要拉長且滿足錨固長度要求。

③同時要求樁位偏差在一定范圍內(nèi)，同時要對支護(hù)樁進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。

④支護(hù)樁混凝土要加適量早強(qiáng)劑，當(dāng)混凝土強(qiáng)度滿足要求時進(jìn)行開挖。

4.2 斜支撐施工

4.2.1 斜支撐施工步驟

斜支撐施工主要步驟：第一步，先開挖至冠梁底標(biāo)高，保留斜支撐以下土方，施工冠梁、牛腿及預(yù)埋件；第二步，基坑邊與開挖區(qū)域預(yù)留土體，土體邊坡按1：1進(jìn)行放坡，坡面土體要做好硬化處理；第三步，用于斜支撐的牛腿基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度要達(dá)到設(shè)計值的85%后，再開挖斜支撐以下的預(yù)留土體。

4.2.2 斜支撐施工要點(diǎn)

①支撐牛腿應(yīng)與冠梁、腰梁同時施工，確保形成整體結(jié)構(gòu)，支撐梁上禁止堆載。

②斜支撐構(gòu)件穿越地下室墻板時要加強(qiáng)防水設(shè)施，并確保穿越處不滲漏。

③做好夏季對支撐構(gòu)件降溫，冬季對構(gòu)件部分發(fā)生空隙補(bǔ)齊的準(zhǔn)備。

④內(nèi)支撐處的土方開挖宜采用人工，要保證支撐結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性。

4.3 樁錨及斜撐聯(lián)合支護(hù)體系的難點(diǎn)

樁錨及斜撐聯(lián)合支護(hù)體系通過以下幾個方面來保障其可靠性：①支護(hù)樁的埋置深度；②錨桿強(qiáng)度與預(yù)應(yīng)力值，同時要保證錨桿的拉力能夠有效地傳遞至支護(hù)樁樁身；③支護(hù)體系要有足夠的抗彎抗剪能力；④斜撐兩端要與支護(hù)樁和斜撐基礎(chǔ)有效連接，因此聯(lián)合體支護(hù)體系主要存在強(qiáng)度破壞和穩(wěn)定性破壞這兩個難點(diǎn)。

4.3.1 強(qiáng)度破壞

隨著基坑土體的開挖，樁身的側(cè)壓力也在不斷增加，當(dāng)側(cè)壓力超過樁身抗彎極限承載時，樁身將發(fā)生彎矩破壞；樁身彎矩支撐點(diǎn)處的剪應(yīng)力峰值截面的配筋不足時，支護(hù)樁也會發(fā)生剪切破壞；錨桿與灌漿體粘結(jié)失效，灌漿體與土層發(fā)生過大的位移而使得錨桿自身塑性屈服時，錨桿就會發(fā)生受拉破壞。

4.3.2 穩(wěn)定性破壞

穩(wěn)定性破壞只要分為整體和局部，聯(lián)合支護(hù)體系受力狀態(tài)隨著施工工況的不同而發(fā)生變化，作用在樁身的土壓力大于錨桿設(shè)計承載值和斜撐支撐力以及被動土壓力之和時，錨桿會因?yàn)檫^大的荷載力而發(fā)生破壞，支護(hù)樁樁腳會因?yàn)橥翂毫Φ淖饔枚蚩觾?nèi)滑移，當(dāng)樁體位移或坑底位移變形嚴(yán)重時斜撐作用會失效，那么土體的自重而產(chǎn)生的下滑力會導(dǎo)致整個體系發(fā)生失穩(wěn)和破壞。

4.4 關(guān)于樁錨聯(lián)合體系難點(diǎn)的解決措施

①在基坑往下開挖的過程中要密切注意和監(jiān)測側(cè)壓力變化，始終保持側(cè)壓力值不得超過樁身抗彎極限承載值。②要始終保證樁身支撐點(diǎn)處的剪應(yīng)力峰值截面的配筋充足。③在錨桿與灌漿體之間要始終保持粘結(jié)，避免因粘結(jié)失效而發(fā)生過大的位移造成錨桿受拉破壞。④在基坑施工中要始終保證樁身的土壓力不得超過錨桿承載值、斜撐支撐力以及被動土壓力這三者之和。⑤要密切控制樁體位移和坑底位移防止出現(xiàn)位移過大而使得斜撐作用失效。

5 結(jié)語

從常見的基坑方案的比選并結(jié)合工程實(shí)際情況，最終確定了樁錨及斜支撐的聯(lián)合支護(hù)方案，并進(jìn)行了該支護(hù)的設(shè)計。也介紹了該體系的主要施工工藝、樁錨及斜支撐體系主要面對的難點(diǎn)、解決措施，希望通過該基坑方案的介紹能夠給以后出現(xiàn)類似問題提供幫助。