樁錨支護在CFG樁復(fù)合地基深基坑工程中的應(yīng)用

姚澤熙

（深圳市工勘巖土集團有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

城市化進程的加快進一步加劇了人地矛盾，高層化和大體量建筑的發(fā)展使深基坑工程的數(shù)量不斷增加[1-2]。在深基坑施工的過程中，需要做好基坑支護工作，常見的基坑支護體系包括支擋式結(jié)構(gòu)、重力式結(jié)構(gòu)和土釘墻結(jié)構(gòu)等，不同結(jié)構(gòu)有不同的優(yōu)勢和適用范圍。樁錨支護是一種復(fù)合式支護結(jié)構(gòu)，可以保證基坑內(nèi)部施工空間充足，提高施工效率和施工質(zhì)量，降低工程成本造價，在深基坑工程中得到了廣泛應(yīng)用。

1 工程概況

某工程項目為綜合性建筑，包括住宅樓、商業(yè)街、辦公樓以及地下停車場，總占地面積約為1.5萬m2，基坑最大開挖深度18.2m，平均開挖深度14.3m。在施工場地一側(cè)，存在已經(jīng)施工完成的住宅樓，包括地下1層和地上14層，采用CFG樁復(fù)合地基，樁體布設(shè)的間距均為1.6m。

結(jié)合工程現(xiàn)場勘察情況分析，施工現(xiàn)場土層自上到下依次為填土層、沉積層、黏土層和細砂層，地下水分布狀況見表1。

表1 施工區(qū)域地下水分布情況

2 實踐應(yīng)用

2.1 方案設(shè)計

當(dāng)設(shè)計基坑支護方案時，應(yīng)該在保證技術(shù)先進、安全可靠和經(jīng)濟合理的前提下全面考慮各個方面的影響因素，確保設(shè)計方案能夠適應(yīng)施工現(xiàn)場的實際情況。在該工程中選擇支護樁配合內(nèi)支撐方案[3]，基坑的施工周期約為250d，主體施工環(huán)節(jié)需要逐層拆除內(nèi)支撐，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)施工延后約50d，對工程項目的交付期影響較大；選擇樁錨支護方案可以避免土方、結(jié)構(gòu)和支護交叉作業(yè)的情況，能夠切實提高施工的效率和質(zhì)量，確保按期交付并降低成本造價。在該工程中，由于場地凈空間的影響，錨桿的長度受到限制，因此需要穿過既有建筑的基礎(chǔ)，對施工角度控制有較為嚴格的要求。

在經(jīng)過綜合對比分析后，調(diào)整了原本的樁錨支護方案，采用了上部土釘墻配合下部樁錨支護的形式，在樁間設(shè)置相應(yīng)的旋噴樁來止水，在基坑相應(yīng)位置，設(shè)置用于降水的疏干井。

現(xiàn)有建筑地基南北側(cè)存在錯位情況，錯位高度0.7m，為了保證支護效果，適當(dāng)增加錨固體的直徑，從原該設(shè)計的180mm增加到了220mm，適當(dāng)縮短了錨桿的長度，確保當(dāng)錨桿在穿越既有建筑基礎(chǔ)時，長度能夠被控制在CFG樁方形布設(shè)區(qū)域內(nèi)，要求不存在錯位情況[4]。基坑支護結(jié)構(gòu)平面如圖1所示。

圖1 基坑支護結(jié)構(gòu)平面（單位：m）

2.2 結(jié)構(gòu)計算

當(dāng)計算基坑支護工程的結(jié)構(gòu)時，使用了RSD V3.0軟件，將該軟件與理正深基坑軟件7.0PB5相互配合，可以保證計算的效率與準(zhǔn)確性。對照工程的實際情況來確定關(guān)鍵剖面的安全等級，其中樁錨支護剖面安全等級須達到1級，高低臺剖面的安全等級須達到3級。

一方面，需要確定錨桿穿越CFG樁地基的剖面形式。當(dāng)錨桿穿越CFG樁時，采用了上部土釘墻配合下部樁錨支護的形式，結(jié)合內(nèi)力計算結(jié)果，樁身和樁頂?shù)淖畲笏轿灰品謩e是37.7mm和13.1mm，最大正彎矩為879.8kN·m。利用圓弧滑動條分的方法計算整體滑動穩(wěn)定性，得到的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.39，能夠滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

另一方面，需要確定樁錨兩級邊坡剖面形式。在工程南側(cè)，汽車坡道槽底標(biāo)高與地下3層的高差為4.2m，與地下4層的高差為6.4m。結(jié)合支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算結(jié)果分析，一級邊坡樁身最大水平位移為12.8mm，樁頂最大水平位移為10.2mm，最大正彎矩為340.1kN·m，二級邊坡樁身最大水平位移為13.4mm，樁頂最大水平位移為3.6mm，最大正彎矩為200.6kN·m。

邊坡本身的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)數(shù)值為1.41，能夠滿足相關(guān)規(guī)范的要求。在完成相應(yīng)的基坑支護體系施工作業(yè)后，檢測基坑的抗隆起安全系數(shù)，其在基坑底部和40m左右深度位置的數(shù)值分別為1.862和18.063，滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求[5]。

2.3 支護施工

2.3.1 支護樁

結(jié)合工程的實際情況，支護樁的施工沒有采用常規(guī)的鉆孔、鋼筋籠設(shè)置和混凝土澆筑的形式，而是先通過長螺旋成孔，澆筑混凝土，在混凝土完成初凝前，將鋼筋插入其中形成樁體。為了確保當(dāng)錨桿穿過CFG樁時不會遇到阻礙，在南側(cè)區(qū)域，支護樁采用與既有建筑CFG樁平行布設(shè)的方式并與CFG樁的布設(shè)間距相同，在施工過程中，須做好放線工作，控制偏差情況，對照相應(yīng)的基準(zhǔn)點和平面圖確定好每根樁體的中心坐標(biāo)，利用全站儀依照坐標(biāo)點位來確定施工位置，在樁基就位后[6]調(diào)整鉆桿，對準(zhǔn)點位且保持垂直，然后進行鉆孔操作，達到設(shè)計深度后，一邊向上拔出鉆桿一邊灌注混凝土漿液，最后將預(yù)制好的鋼筋籠放至樁孔中成樁。鋼筋籠制作環(huán)節(jié)可以采用加勁箍成型方法來控制鋼筋的位置和角度。施工人員需要切實做好施工質(zhì)量管控，要求混凝土坍落度須在180mm～220mm的范圍內(nèi)，保證混凝土灌注的連續(xù)性，須在混凝土完成初凝前灌注完畢，超灌厚度不能低于0.5m。在支護樁施工完成后，由專業(yè)機構(gòu)通過抽樣檢測的方式依照20%的抽樣比對樁體進行低應(yīng)變動力檢測，結(jié)果顯示，所有抽檢樁均為Ⅰ類樁[7]。

2.3.2 錨桿

采用預(yù)應(yīng)力錨桿體系，錨桿需要穿過既有建筑的CFG樁復(fù)合地基，為了避免對其產(chǎn)生擾動，需要將角度偏差控制在1.9°以內(nèi)。在具體施工環(huán)節(jié)，施工人員須檢查鉆機的位置，調(diào)整可能存在的角度偏差，這是決定錨桿是否可以成功穿越的關(guān)鍵因素。施工人員應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)有的基準(zhǔn)點和基坑支護結(jié)構(gòu)圖得到所有錨桿的實際坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用全站儀等設(shè)備來設(shè)置控制點，配合拉線的方式，在錨桿理論延長線方向上形成相應(yīng)的投影，要求調(diào)整鉆機的位置，使其鉆桿、鉆頭都能和延長線投影重合，保證錨桿角度的準(zhǔn)確性。

選擇42.5標(biāo)號的水泥進行注漿，將水灰比控制在0.5。在完成清孔作業(yè)后插入注漿管進行注漿，在整個注漿施工的過程中注漿管口不能露出液面，如果發(fā)現(xiàn)孔口位置出現(xiàn)了水泥漿溢出的情況，可以停止注漿。在注漿后，如果發(fā)現(xiàn)液面出現(xiàn)了下降的情況，需要做好補漿工作，這樣能夠最大限度地保證注漿作業(yè)的質(zhì)量。在拔出注漿管之后，施工人員需要初步檢查注漿效果，確認不存在任何問題后可以安裝錨桿，設(shè)置二次注漿管，在桿體上對注漿管進行固定。在錨桿固結(jié)強度達到設(shè)計要求的等級（5MPa）后，施工人員可以借助二次注漿管實施劈裂注漿，等到錨桿固結(jié)強度超出設(shè)計要求強度的75%之后，可以借助千斤頂進行相應(yīng)的張拉和鎖定。在錨桿施工完成后需要通過抽樣檢測。實施抗拔承載力檢測，抽樣率不低于錨桿總數(shù)的3%。檢測結(jié)果表明，錨桿的抗拔承載力均達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。錨桿的U-δ曲線如圖2所示。當(dāng)錨桿長度為24m時，其最大位移量和最大回彈量分別為32.12mm和5.88mm。

2.4 施工監(jiān)測

考慮深基坑工程施工中的影響因素較多，為了保證施工效率和施工質(zhì)量，對基坑支護結(jié)構(gòu)和周邊建筑進行了監(jiān)測，通過深入分析監(jiān)測數(shù)據(jù)明確了在基坑開挖施工過程中周邊既有建筑以及支護結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，對異常數(shù)據(jù)，需要分析其出現(xiàn)的原因并及時采取措施，保障施工安全。

2.4.1 基坑監(jiān)測

基坑監(jiān)測的內(nèi)容包括坡頂水平位移監(jiān)測及沉降監(jiān)測、樁頂水平位移監(jiān)測、樁身水平位移監(jiān)測和地下水位監(jiān)測等。對照該工程的實際情況，基坑已經(jīng)完成了回填工作，在整個施工過程中，所有監(jiān)測點的數(shù)據(jù)均無異常，能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的要求。從基坑開挖到底板澆筑完成之后約28d，基坑的沉降會基本趨于穩(wěn)定，支護結(jié)構(gòu)的沉降量（圖2）平均值為12.36mm，最大沉降值為29.66mm；支護結(jié)構(gòu)水平位移分為兩種，一種是向內(nèi)側(cè)位移，最大位移數(shù)值為17mm，另一種是向外側(cè)位移，最大位移數(shù)值為1.8mm。

圖2 錨桿U-δ曲線

2.4.2 建筑監(jiān)測

當(dāng)監(jiān)測既有建筑時，主要的監(jiān)測指標(biāo)包括總沉降、傾斜變形和沉降速率等，須將沉降控制在20mm以內(nèi)，如果沉降超過16mm，須停工處理；建筑整體的傾斜變形最大值不能超過0.15%，沉降速率不能超過2.5mm/d。建筑監(jiān)測從基坑開挖開始到沉降穩(wěn)定結(jié)束，在整個監(jiān)測周期內(nèi)，建筑的最大沉降值為-15.33mm，最大傾斜率為0.049%，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

2.5 地基驗收

從保證工程施工質(zhì)量的角度來看，在完成施工作業(yè)后，須做好相應(yīng)的驗收工作。在驗收環(huán)節(jié)須檢測CFG樁的強度、完整性以及單樁荷載等，確保相關(guān)參數(shù)能夠滿足設(shè)計施工方案的要求。

2.5.1 強度檢測

在強度檢測方面，為了避免破壞已經(jīng)施工完成的樁體，須提前做好試塊的制作。結(jié)合工程的實際情況采用了同養(yǎng)試塊，即在施工現(xiàn)場采用與樁體同樣的養(yǎng)護條件，養(yǎng)護周期應(yīng)該控制在14d～60d。當(dāng)檢測強度時，強調(diào)以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護同時齡期為28d的試塊抗壓試驗結(jié)果作為準(zhǔn)確結(jié)果，每組試件設(shè)置3塊標(biāo)準(zhǔn)試塊。檢測結(jié)果表明，試塊的強度為21.5MPa，能夠符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.5.2 完整性監(jiān)測

借助PIT檢測儀配合低應(yīng)變法來檢測CFG樁身的完整性和樁長。在現(xiàn)場測試環(huán)節(jié)，需要在距離CFG樁心2R/3位置放置傳感器，保證其安裝位置準(zhǔn)確，確保常感器與樁頭平面垂直，使用特制錘子敲擊樁頂，檢測儀會采集和存儲樁身的反應(yīng)曲線，之后借助專業(yè)的計算機軟件進行計算和分析。在該工程中，一共測試了200根樁基，其中Ⅰ類樁（樁身完整）135根，Ⅱ類樁（樁身存在輕微缺陷，不影響承載力發(fā)揮）65根。

2.5.3 荷載檢測

在荷載檢測中，采用1.24m直徑的圓形鋼板向樁體施加荷載，配合壓重平臺反力裝置提供試驗需要的荷載，具體方式為逐級加載分級卸載。荷載的最大加載量不低于設(shè)計復(fù)合地基設(shè)計要求壓力數(shù)值的2倍，將荷載分為8級進行逐級加載。在實際操作環(huán)節(jié)中，要求壓重在檢測前能夠一次性加足并均勻放置到平臺上，壓重平臺支墩與樁中心的距離不能小于3m。當(dāng)卸載時，依照最大荷載分5級進行，每次卸載1級，以30min為間隔來測量回彈量，等到全部荷載卸載結(jié)束，間隔3h來測量總回彈量。試驗結(jié)果顯示，測量的20個試驗點地基承載力特征值的極差均未超過平均值（0.32MPa）的20%，可以選擇平均值作為單樁復(fù)合地基承載力特征值。

2.5.4 應(yīng)力比檢測

地基驗收需要檢測不同荷載作用下的樁土應(yīng)力比，該項檢測可以與荷載檢測同時進行。結(jié)果顯示，在復(fù)合地基中，CFG樁始終承擔(dān)大部分荷載，樁間土承受的荷載較小。當(dāng)荷載增大時，樁間土承擔(dān)的荷載比例會逐漸增大，樁土應(yīng)力比隨之增大，當(dāng)超過臨界值（700kN）時，樁土應(yīng)力比會減少，最終穩(wěn)定在20～27。

3 結(jié)語

結(jié)合該工程的實際情況，為了確保工程能夠按期交付，在保障基坑和周邊建筑安全的前提下，選擇了上部土釘墻配合下部樁錨支護的方案，在施工中成功應(yīng)用，取得了較為理想的結(jié)果。通過對其進行總結(jié)得出結(jié)論如下：1）在設(shè)計方面，支護樁與CFG樁保持平行且間隔一致，適當(dāng)增大錨固體的直徑，控制錨桿長度，避免錨桿深入CFG樁錯位和交叉區(qū)域；2）在施工方面，須確定支護樁的位置，控制錨桿施工角度偏差，這是錨桿順利穿過CFG樁復(fù)合地基的關(guān)鍵點。結(jié)合該工程的實際情況分析，利用現(xiàn)有的樁位點對支護樁進行施工，利用支護平面圖以及對應(yīng)的基準(zhǔn)點對錨桿進行施工，確認所有錨桿的樁邊坐標(biāo)，構(gòu)筑理論延長線方向投影，最大限度地保證鉆進效果，嚴格控制錨桿水平角度偏差；3）在竣工階段做好施工驗收工作，檢測樁體強度、完整性以及單樁荷載，結(jié)果表明，CFG樁復(fù)合地基的施工質(zhì)量可以滿足工程設(shè)計施工方案的要求。