排樁錨索與土釘組合式支護在深基坑施工中的應用

楊立寒

（廣東河海工程咨詢有限公司深圳市分公司，廣東深圳 518003）

0 引言

新洲河水環境綜合整治工程，將兩岸直接排放的污水通過工程措施截流輸送到水質凈化廠處理后，再以補水方式排放到河道中，同時在河口設置控制閘門隔離河道水體與深圳灣水體。閘門采用基坑干施工方式，河口地質情況復雜，基坑開挖深度大，且周邊緊鄰已建的污水管線，因此對水閘基坑支護方案和結構安全問題進行探討是很有必要的，本文介紹排樁錨索與土釘組合式支護型式在新洲河水環境綜合整治工程水閘基坑中的應用。

1 工程概況

新洲河水環境綜合整治工程水閘位于新洲河口，水閘共5孔，總凈寬30.0m，設計過閘流量288.0m3/s，防洪標準為100 年一遇。基坑長72.5m，基坑最大深度8.6m，安全等級為2 級。

基坑左岸因場地條件限制，需采用支護開挖；基坑右岸具備開挖放坡條件，故可按坡率法設計，不做支護。水閘上下游采用編織袋圍堰擋水，導流明渠位于河道右岸，基坑平面布置圖見圖1。

圖1 基坑平面布置

1.1 工程水文地質

根據巖土工程勘察報告，擬建場地巖性自上而下分別為：

（1）人工填土層：厚度約5.0m，呈褐黃、灰黃等色，成分以含礫黏性土和粉土為主，局部地段夾少量碎石和其他雜物，土質不均勻，松散-稍密狀。

（2）第四系海陸交互相沉積層（Qmc+m）：主要為淤泥質中粗砂，位于人工填土層下部，厚度約3.0m，濕～飽和，松散～稍密。

（4）下古生界石英云母片巖（Pz1）和燕山第四期花崗巖巖芯以淺肉紅、褐黃色和灰綠色為主，分為強風化和弱風化層。

地下水主要以賦存于海陸交互相沉積層砂性土中的孔隙水為主，主要接受大氣降水和地表水的補給，平均埋深5.0m 左右。場地人工填土、粉質黏土、均為弱透水性，中粗砂層為中等透水性，強風化為弱透水。

1.2 工程環境條件

左岸緊鄰基坑邊緣約1.0m 處有材質為玻璃鋼夾砂、DN800的污水管，埋深約2.0m；距基坑6.0m 處有材質為鋼筋混凝土、DN600 的雨水管，埋深約2.5m。玻璃鋼夾砂管抗外壓能力較弱，鋼筋混凝土管采用承插式接頭，對周邊土層沉降變形較為敏感。

2 基坑支護方案

2.1 支護選型

基坑支護方案需根據基坑周邊環境、開挖深度、工程地質與水文地質、施工作業設備和施工季節等條件進行技術經濟比較后確定。該工程基坑最大開挖深度達到8.6m，支護結構破壞將直接現場施工人員的安全和工程的完建都將產生嚴重影響，根據相關規程規范，確定基坑安全等級為2 級。

工程位于新洲河邊，存在較強透水層，根據工程其他建設條件，初步選定下部采用排樁式錨索擋墻、上部采用土釘墻加井點降水的方式作為基坑支護型式。

排樁采用拉森Ⅳ型鋼板樁，樁長12.0m，樁頂距基坑底以上4.0m，樁底至基坑底面以下8m。為提高支護結構的承載，減小排樁的水平變形，在排樁頂以下1.0m 處設置1 道預應力錨索，并設置腰梁與排樁共同作用。錨索傾角為10°，水平間距2.4m，錨索自由段長5.0m，錨固段長15.0m。排樁錨索擋墻以上部分采用土釘支護方式，土釘水平間距1.0m，垂直間距1.2m，共3 排，采用DN48mm 的鋼花管，孔徑110mm。為避開現有管線，第一排水平打設，其余土釘傾角為10°。基坑典型支護剖面見圖2。

圖2 典型支護剖面

2.2 基坑降排水及坡面防護

基坑地下水埋深較淺，為保證基坑干施工條件，減小對基坑支護的影響，提高基坑穩定性，采取井點降水的方式對基坑周邊的地下水位進行控制。

根據場地條件，在基坑外側設8 個管井，井點水平間距為10.0m，井徑為400mm，管井底部在基坑底以下2.0m，要求降水至基坑底面以上1.0～1.5m。

基坑底排水采用明排，在基坑四周設集水井，采用潛水泵抽排集水井內匯集的滲水；在基坑坡頂設截水溝，將地面降水截流，經沉沙處理后，排入新洲河。

對于采用坡率法開挖的基坑側，坡面防護采用掛網φ6.5@200mm×200mm，并100mm 厚噴射混凝土進行防護。

2.3 基坑穩定分析

工程基坑穩定分析包括排樁結構內力分析、排樁整體穩定性、嵌入深度及樁頂變形分析、土釘錨固長度計算等。根據現場實際情況，對支護結構計算簡圖進行簡化，并采用理正巖土軟件進行計算，模擬開挖過程、基坑支護等。經驗算，整體穩定、抗傾覆穩定等安全系數均滿足規范要求。

第一排和第二排土釘設計抗拔力為60kN；第三排土釘設計抗拔力為140kN；預應力錨索設計抗拔力為300kN，鎖定力為270kN，經現場抗拔試驗均滿足設計要求。

經計算，排樁最大彎矩278.4kN.m，最大剪力213.0kN，最大支座反力283.4kN，排樁結構均滿足上述內力承載要求。對于基坑變形，分別采用三種不同計算方法，得出的最大變形為59.0mm，滿足設計要求，計算結果見圖3。

圖3 基坑外側地表變形

2.4 基坑監測

根據基坑支護技術規程的規定，結合工程實際情況，對基坑進行了監測。包括基坑頂水平及沉降位移、周圍建筑物及道路沉降量、地下水位、土釘和錨索拉力等。

在基坑周邊設置了5 個位移監測點、3 個沉降監測點，隨機選擇了2 根錨索和3 根土釘進行應力監測。監測頻率為：基坑開挖深度不大于 5.0m，1 次/2d；開挖深度大于 5.0m，1 次/d；監測期從基坑開始開挖到基坑回填完成。設計對基坑頂地面水平位移、沉降變形提出了變形允許值、預警值和控制值。其中，基坑地面水平變形允許值為0.006h，預警值取允許值的80%；連續2d 變形速率超過4.0mm，按預警處理。樁身應力、土釘及錨索應力預警值取設計值的65%。

在實施過程中由獨立的第三方按設計明確的監測頻率進行變形及內力監測，并定期對監測成果進行分析，掌握基坑動態發展，必要時調整支護結構設計，做到支護設計的信息化反饋。

工程施工期，實測基坑最大水平位移為31.6mm，最大地面沉降為18.8mm，各項監測數據均未超過允許值，說明支護結構處于良好工作狀態，進一步驗證支護方案的合理性和可行性。

3 結論

新洲河水環境綜合整治工程水閘基坑支護方案綜合考慮工程情況合理確定，在設計過程中的幾點經驗值得注意：

（1）基坑位于新洲河邊并存在較強透水層，土釘支護需結合考慮止水或降水方案，以確保土釘的支護效果。

（2）基坑深度達到8.6m，需按照先支護后開挖的原則，并嚴格控制每層開挖厚度。

（3）在施工過程中，需結合基坑地面位移及沉降監測數據進行反饋分析，按信息化設計原則動態調整支護設計，是確保巖土工程結構安全的重要措施。