預應力錨桿在基坑支護加固工程中的應用研究

沈榮鋒

摘 要：深基坑工程常因特殊因素導致施工質量出現偏差而無法滿足設計要求。因此，為該類基坑工程問題尋求安全、經濟且便于施工的加固方法具有重要意義。以南京某深基坑加固工程為例，介紹、分析和總結工程采用的預應力錨桿加固方法，以期為類似的基坑工程問題提供參考。

關鍵詞：基坑工程;加固工程;預應力錨桿

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）18-0103-03

Abstract： In deep foundation pit engineering， the construction quality often deviates due to special factors and cannot meet the design requirements. For solving this kind of construction problems， it is of great significance to find a safe， economic and convenient reinforcement method. Taking a deep foundation pit project in Nanjing as a case， this paper introduces， analyzes and summarizes the prestressed anchor bolt reinforcement method used in this engineering case， which has the practical application value to provide reference for similar construction problems in foundation pit project.

Keywords： foundation pit engineering;reinforcement engineering;prestressed anchor

隨著社會經濟的快速發展和城市化步伐的加快，城市人口過度集聚，導致城市地面空間日趨緊張[1]。地下空間是人類潛在的可利用空間資源。目前，人類正不斷開拓地下空間，如多層地下室、地下鐵道、地下車站、地下道路、地下商場以及地下民用和工業設施等[2]。在向地下開拓空間的過程中產生了很多基坑工程，尤其是隨著我國現代化進程的加快，各類深大基坑工程應運而生?；庸こ掏ǔχ車ㄖ锖偷叵聵嬛镌斐捎绊?，引起相鄰建筑物的開裂甚至倒塌，尤其是東南沿海地區，基坑事故率高達30%[3-4]。可見，基坑工程的施工質量直接影響周邊的環境安全和坑內施工作業安全。然而，由于工期、管理、氣候等各種因素，不少基坑工程出現施工成型質量不符合設計要求的情況，甚至存在較大安全隱患。因此，基于已有的基坑工程質量問題進行合理的加固方案選擇，具有較高的經濟價值和深遠的社會意義。

1 工程概況

某工程位于江蘇省南京市，擬建項目總用地面積約3 200 m2，總建筑面積約1.5×104 m2，由一棟11層辦公樓及下設的3層整體地下車庫組成。基坑開挖面積約為2 602 m2，支護周長約為206 m，基坑挖深為14.25～15.05 m?；訓|側為高6層的商務服務中心，服務中心下設一層地下室，基礎埋深約4.00 m。基坑南側為場區內空地，空地南側為已建市政道路，基坑西側和北側為空地。擬建項目場區內地勢較平坦，基坑開挖影響范圍內土層情況如下：1-1層為雜填土，1-2A層為素填土，1-2層為素填土，3層為粉質黏土，5-1層為強風化泥質砂巖，5-2層為中等風化泥質砂巖。場地地下水類型淺部為潛水，深部為基巖裂隙水。

原設計采用鉆孔灌注樁加二道鋼筋混凝土水平支撐支護，水平支撐平面布置詳情見圖1，豎向布置詳情見圖2。

2 支護樁檢測結果分析

2.1 檢測情況

依據建筑安裝工程質量檢測中心提供的樁基鉆芯檢測報告，樁身混凝土芯樣抗壓強度檢測值不滿足設計要求，其中8根實測樁長小于設計長度。為進一步調查支護樁成型質量，業主委托第三方檢測機構進行補充檢測，共檢測30根樁，其中樁身完整的I類樁17根，樁身有輕微缺陷的Ⅱ類樁1根，樁身有明顯缺陷的Ⅲ類樁8根，樁身有嚴重缺陷的Ⅳ類樁4根。樁長短缺最大值不超過2 m，最低樁身強度18.1 MPa。

2.2 檢測結果分析

依據兩份檢測報告進行分析，樁身有明顯缺陷的支護樁按廢樁處理，不參與計算。實際樁身間距為1 200 mm，支撐間距約為8.5 m，每支撐跨間按1根廢樁考慮，因此將支護樁間距折算為1 400 mm進行計算。樁身強度取C15，樁長按減少2 m計算。

以典型剖面（BC段）為例，采用理正深基坑支護結構設計軟件進行計算分析，并與原設計進行比較，結果見表1。

依據計算結果可知，鑒于部分灌注樁身存在缺陷，原設計樁身配筋無法滿足其抗彎要求。因此，須對該項目基坑支護進行加固，以保證支護結構穩定和坑內施工的安全。

3 常見支護加固方法分析

3.1 補樁加固

針對樁身強度和樁長局部不達標的問題，充分檢測灌注樁樁身質量，復核各樁身質量欠缺程度，于基坑外側鄰近位置補充灌注樁。該加固方法思路清晰，簡單明了，但存在以下問題：①項目依據每支撐跨補一根樁的原則，需補充施工約27根灌注樁，預估補樁工程造價約80萬元，即補充支護樁成本較高;②取芯檢測階段，大型旋挖機已退場，機械重新進出場費用高、難度大;③基坑四周難以為灌注樁施工提供場地條件;④重新補樁對總工期影響較大。

3.2 增加支撐

通過減小支撐間距以達到減小支護樁樁身跨長，進而減小支護樁樁身彎矩的目的，以使現已成型的灌注樁滿足抗彎要求[5]。該方法基于支護樁受力特點進行加固，理論合理，安全可靠，但存在以下問題：①鋼立柱依據原混凝土支撐進行布設，因此宜增加混凝土支撐，但新增混凝土支撐施工及相應拆撐對工期影響較大;②原鋼格構立柱和立柱樁依據兩道鋼筋混凝土支撐設計，難以滿足新增加鋼筋混凝土支撐所產生的荷載，需重新補充鋼格構和立柱樁。

3.3 錨桿加固

該方法與增加支撐的方法原理相似，通過減小支錨間距以減小支護樁樁身彎矩。該方法主要有以下優點：①造價相對較低，增加兩道錨桿造價預算約55萬元;②可采用流水施工，對施工工期影響小，較鋼筋混凝土支撐無拆撐工況;③施工機械小，現場可滿足施工場地要求。但是，該方法同樣存在一些問題：①基坑四周若有鄰近建筑工程樁，錨桿施工易對鄰近建筑工程樁造成破壞;②坑外若為軟土層，如淤泥質土層，錨固將無可靠錨固段，無法提供有效錨固力。

本項目基坑四周無鄰近樁基礎與錨桿交叉，項目施工場地局促，硬塑土埋深約為6 m，其下為強風化巖層。綜合考慮基坑安全及加固成本因素，本項目宜采用錨桿加固法。

4 加固設計及計算分析

整個基坑采用鉆孔灌注樁支護，水平向設置兩道鋼筋混凝土支撐，于第一道支撐與第二道支撐間及第二道支撐與坑底間分別設置一道錨桿進行加固。

由表2可知，對于本項目中出現的支護樁局部存在明顯缺陷、混凝土強度不達標等問題，通過增設兩道錨桿，可較好地控制基坑變形與原設計基本一致，并使原設計樁身配筋滿足現狀受力要求。

5 結論

通過對南京某深基坑工程進行加固方法分析，初步得到以下結論。

①對于因特殊因素導致支護樁樁身強度無法滿足設計要求等類似問題，可通過減小豎向支錨間距的方式減小支錨間樁身跨長，進而控制樁身彎矩，避免采取補樁等高成本補救措施。

②將錨桿或錨索應用于樁撐支護結構體系，具有現實可行性和經濟適用性;錨桿用于支護結構加固，在項目案例中取得了較好效果，可為后續類似工程提供參考。

本文主要研究錨桿在“灌注樁+鋼筋混凝土”支撐支護結構體系中的加固應用，而對于錨桿在“支護樁+預應力”組合型鋼支撐支護結構加固中的應用還有待探索，其中主要涉及錨桿預應力在施加過程中與組合型鋼預應力之間的協調作用問題，是今后的一個重要研究課題。

參考文獻：

[1]劉鑫，洪寶寧.城市地下工程[M].北京：中國建筑工業出版社，2021：1-4.

[2]劉國彬，王衛東.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2009：1-2.

[3]周建軍.深基坑工程施工的事故問題與對策[J].建材發展導向，2011（23）：106-107.

[4]劉耀全.深基坑工程施工的事故問題與對策[J].廣東科技，2008（12）：99-100.

[5]熊智彪.建筑基坑支護[M].北京：中國建筑工業出版社，2020：71-76.