大角度錨桿在某深基坑工程中的應用

江 寧，夏長華，唐 君，郭志強，郭強波，李 帥，舒 偉，任祿星

(1.建筑安全與環境國家重點實驗室，北京 100013； 2.中國建筑科學研究院有限公司地基基礎研究所，北京 100013；3.北京市地基基礎與地下空間開發利用工程技術研究中心，北京 100013)

0 引言

隨著城市經濟的高速發展，城市建(構)筑群中進行項目建設近年來逐漸增多。基坑工程呈現出緊(場地緊湊)、近(毗鄰建(構)筑物及地下設施)、深(基坑開挖深度大)、大(規模和基坑開挖尺寸大)等特點。基坑支護設計、施工過程中不僅要考慮其自身的特點與條件，滿足地下主體結構施工安全，更要考慮基坑支護結構形式對周邊環境的保護。當現場周邊環境比較復雜，業主方提供的周邊管線信息與實際情況不相符，要根據現場的實際情況對基坑支護設計方案進行調整，在保證基坑安全的前提下，滿足業主方對工期、造價等因素的要求。某項目受到綜合電力管廊的影響，通過計算調整基坑支護設計方案，采用入射角度為10°～55°的錨桿分別從綜合管廊頂、底穿過。該工程中采用的35°～55°大角度錨桿和抗剪支座設計方案對類似工程具有參考價值。

1 工程概況

擬建場地位于北京市通州區，該項目包含020，032兩個地塊。020地塊±0.000=26.300m，基坑深度3.80～9.45m；032地塊±0.000=26.150m(開閉站為27.000m)，基坑深度3.60～8.87m。020，032地塊東側紅線外約1.5m向外分布電力、電信、中水等各類管線主管以及垂直于主管的支管，地下管線埋深約在19.850～25.550m(路面標高)。現場踏勘時，020，032地塊東側正在施工市政管線，市政管線采用大開挖方式敷設，管溝開挖深度約5～6m，開挖寬度約5m，兩側邊坡采用1∶0.3土釘墻支護方案，地塊施工前東側市政管溝已回填。

2 工程地質與水文地質條件

2.1 工程地質條件

根據巖土工程勘察報告，最大勘探深度50m范圍內所分布的土層按沉積年代、成因類型可分為人工堆積層、新近沉積層和一般第四紀沉積層3大類，按地層巖性及工程特性進一步劃分為10個大層，現分述如下：人工堆積層分布于地表，為人工堆積雜填土①層、黏質粉土素填土①1層。新近沉積層分布于人工堆積層之下，為新近沉積粉質黏土②層、黏質粉土～砂質粉土②1層。一般第四紀沉積分布于新近沉積層下，為一般第四紀沉積黏質粉土～砂質粉土③層、重粉質黏土～粉質黏土③1層、粉砂③2層，粉質黏土～重粉質黏土④層 、黏質粉土～砂質粉土④1層，細砂⑤層、粉質黏土⑤1層、黏質粉土⑤2層，粉質黏土～重粉質黏土⑥層、黏質粉土～砂質粉土⑥1層、粉砂⑥2層，粉質黏土⑦層、黏質粉土～砂質粉土⑦1層、細砂⑦2層，重粉質黏土～粉質黏土⑧層、黏質粉土～砂質粉土⑧1層、細砂⑧2層，粉質黏土～重粉質黏土⑨層、黏質粉土～砂質粉土⑨1層、細砂⑨2層，細砂⑩層、粉質黏土⑩1層。

2.2 水文地質條件

020地塊第1層為潛水，穩定水位標高15.110～15.410m(埋深9.700～9.800m)，主要含水層為黏質粉土～砂質粉土④1層，細砂⑤層、黏質粉土⑤2層。

032地塊第1層為潛水，穩定水位標高14.260～14.720m(埋深10.000～10.100m)，主要含水層為黏質粉土～砂質粉土④1層，細砂⑤層、黏質粉土⑤2層。

3 基坑支護結構設計方案

3.1 基坑支護方案

020，032地塊東側為樁錨支護形式，樁錨支護結構的錨桿入射角度為20°。但在錨桿施工過程中發現，在020，032地塊東側的市政道路有一條距離地塊紅線最近1.5m的綜合電力管廊。此電力管廊為南北走向，全長1 008.8m，管廊埋深3～10m，底標高為16.200～18.800m，斷面尺寸為2.5m×3m。此電力管廊情況與業主方提供信息不相符。

因此，原方案入射角度為20°的錨桿無法正常施工。該項目施工工期比較緊張，綜合現場場地受限條件及施工造價因素考慮，相對于其他形式的支護結構來說，樁錨支護方案最優。根據市政道路管線綜合平面圖及現場實際情況，經方案對比計算與分析，020，032地塊東側樁錨支護結構錨桿進行變更。變更后的錨桿分別從電力管廊的頂、底部穿過，從電力管廊底穿過的大角度錨桿入射角度為35°～55°，如圖1所示。

圖1 大角度錨桿剖面

3.2 大角度錨桿設計參數

按設計要求，020，032地塊樁錨支護結構部分的基坑安全等級為二級，大角度錨桿施工的設計參數如表1所示。

表1 大角度錨桿設計參數

3.3 大角度錨桿構造

大角度錨桿方案相對于常規角度錨桿方案，由于其豎向分力較大，鋼腰梁抗剪支座的設計至關重要。鋼腰梁支座的設計包括：①鋼牛腿與支護樁之間的剪力傳遞結構的設計；②鋼牛腿的設計。鋼牛腿與支護樁間剪力傳遞結構設計及做法如下。

1)剪力傳遞由支護樁植筋及埋件組成，植筋為10φ22鋼筋，埋件為290mm×900mm×20mm鋼板。

每根鋼筋計算剪力V=24.6kN，每根螺栓抗剪承載力驗算：

(1)

2)抗剪支座承壓鋼板上面對稱焊接兩片等腰直角形傳力鋼板，采用直角焊焊接，焊縫強度驗算如下：

(2)

抗剪支座鋼牛腿與支護樁間剪力傳遞結構設計詳圖如圖2所示。

圖2 大角度錨桿端部大樣

4 施工與檢測

4.1 施工

大角度錨桿因入射角度較大，相比常規入射角度錨桿施工難度大大增加，尤其錨桿入射角度的控制和抗剪支座的制作、安裝，成為該施工過程中控制的關鍵。

1)錨桿入射角度的控制

受綜合管廊的影響，錨桿入射角為10°～55°，分別從綜合管廊的頂、底部穿過。施工過程中嚴格按照設計方案分部位進行錨桿位置的放樣，并標明該部位錨桿入射角度及其參數；錨桿鉆進前通過錨桿鉆機上角度盤進行入射角度的設置，鉆進過程中時刻關注角度盤上數據的變化，如若變化過大，需拔出鉆桿并重新復鉆。

2)抗剪支座的制作、安裝

抗剪支座施工時，根據鋼牛腿尺寸及位置，支護樁表面進行鑿毛。受支護樁施工位置及垂直度偏差影響，需將不同支護樁上的鋼牛腿調整到同一豎向平面上，以保證錨桿鋼腰梁能夠順直安裝。抗剪支座鋼牛腿安裝完成后，在支護樁與鋼牛腿之間，采用大于支護樁混凝土強度等級的豆石混凝土進行灌注。待混凝土強度達到要求后安裝鋼腰梁，進行錨桿張拉。

施工過程中在基坑四周設置坡頂、樁頂沉降、水平位移、深層水平位移和錨桿軸力監測點，加強對支護結構及周邊環境監測。

4.2 檢測

錨桿施工完成以后，由第三方檢測單位根據JGJ120—2012《建筑基坑支護技術規程》中的有關規定對已施工錨桿進行軸向抗拔承載力檢測。根據不同剖面、不同參數的錨桿進行隨機抽樣試驗的結果顯示，錨桿軸向抗拔承載力滿足設計要求，大角度錨桿的檢測結果如表2所示。

表2 大角度錨桿檢測結果

5 基坑監測

基坑開挖過程中，對支護樁樁頂水平位移、樁身深層水平位移和錨桿軸力進行監測，監測時間延續到2019年4月基坑回填。

020地塊大角度施工部位支護樁樁頂水平位移監測點布設5個，其中G8點水平位移變化量較大，變化量為12mm；樁身深層水平位移監測點布設3個，其中3號點深層水平位移變化量較大，為0.4mm；錨桿軸力計安裝3個，其中MS01點位錨桿軸力變化量較大，為6.57kN。

032地塊大角度施工部位支護樁樁頂水平位移監測點布設5個，其中G6點水平位移變化量較大，為10mm；樁身深層水平位移監測點布設1個，1號點深層水平位移變化量為0.3mm；錨桿軸力計安裝2個，MS02點位錨桿軸力變化量為4.02kN。

監測結果顯示，支護樁樁頂水平位移、深層水平位移及錨桿軸力的變化量均未超過預警值，表明該項目大角度錨桿支護的設計方案是非常成功的。

6 結語

1)基坑支護設計、施工不僅要考慮其自身的特點與條件，滿足地下主體結構施工安全，更要考慮基坑支護結構形式對周邊環境的保護。受綜合電力管廊影響，該項目通過對錨桿方案的變更，采用入射角為35°～55°錨桿分別從綜合管廊頂、底部穿過的方案是可行的。在滿足對周邊管線保護要求的同時，也能夠滿足業主方對工期、造價等要求，對于處理相似工程具有一定的指導意義。

2)本工程大角度錨桿施工過程中入射角度的控制為難點，抗剪支座的設計、制作與安裝為亮點。施工過程中質量過程控制尤為重要。