深基坑支護施工技術在高層建筑項目中的應用

曹力

（山西三建集團有限公司，山西 長治 046000）

0 引言

以錨桿實施基坑挖掘支護方具備以下作用：能夠使土體更穩定，減少或防止土體的滑動；能夠使松軟土體的強度增加，在實施基坑強求中利用。但就現階段的預應力錨桿使用情況來說，錨桿支護的理論研究跟不上實際應用，尚未對預應力錨桿的使用原理以及設計方式進行深入的研究，該方面的理論還不成熟。論文在預應力錨桿支護的機制和設計方法上作以分析和探究，以期在理論研究和實際操作的基礎上，讓錨桿支護具有強有力的理論依據。

1 工程簡介

本文以某廣場4 號地下車庫等4 個項目為研究對象，該項目占地23612m2，由3 幢辦公樓、一個車庫構成。整體為弧形，基礎埋深20m 左右。工程等級：Ⅰ級，場地復雜等級：Ⅰ級，地基復雜指數：Ⅱ級，基坑安全性：Ⅰ級。

2 支護結構方案設計

該項目基坑支護類型為錨樁聯合支護，基坑的安全性能是一級，其內壁安全系數γ0是1.10，樁直徑800mm，樁長17m，相鄰樁之間的距離1.40m，混凝土采用的是C25 混凝土，地面超載以設計為20kPa，設定地面標高為±0.00，護坡樁設計深度為5.00m，樁頂標高是-4.50m，那么基底標高就設計為-16.5m，樁底標高為-21.50m，設計標高比錨桿標高低0.50m，內部水容量規定深度設計為19.50m，外部設計為11.13m，同時內部降水深度要和挖掘深度相匹配[1]。

設計基坑支護有3 個必要條件：①安全性。②經濟性。③適用性。其中最基本的是安全性，確保基坑支護結構自身與其所在區域的建筑管線等的安全是最關鍵的，更進一步，要滿足基坑施工不會對其所在區域的其他建筑和設施造成不良影響，最后，要確保基坑項目的經濟性，要最大程度的節省工程成本，在此基礎上，要確保基坑項目的適用性。在此基礎上，該工程項目采取放坡土釘墻與結合樁錨支護結構的支護方法，基坑項目由7 個部分組成，土釘墻噴坡和放坡支護設計在上層4.5m 的區域，與地面相隔4.5m 區域以下設計為樁錨支護，錨桿共設計有三層，馬道口部分設計兩層錨桿，錨桿之間的距離分別為兩樁一錨、三樁兩錨和一樁一錨，錨桿于各個范圍的總長設計為22m、24m、25m。

3 深基坑支護施工工藝

在基坑深度方位總共安設三道錨桿，本次工程所使用的錨桿都為低松弛鋼絞線（fptk=1860MPa），特定位置設計兩道錨桿，直徑是150mm，錨桿和所在平面夾角設計為15°。因為基坑所在區域情況和各個位置對錨桿的稱重能力要求不一樣，所以，錨桿自身承重能力于各個區域都有相應的價值，該項目選取北坡1-1截面為案例，解釋對錨桿的計算。表1 為錨桿情況明細。

表1 錨桿情況明細

錨體直徑長150mm，錨桿作用的位置設計在-4.50m、-8.50m、-12.50m，圖1 為錨桿立面，由圖1 可知本次使用的錨桿總長以及錨固體長，首道錨桿設計成兩樁一錨，錨桿水平距離相隔2.8m；其次設計為三樁兩錨，錨桿水平距離相隔為2.1m；第三道錨桿設計成一樁一錨，錨桿水平間距為1.4m。

圖1 錨桿立面

錨桿鉆機到達指定位置→桿體成形→機械鉆孔→桿體安裝→灌注→養護（標準為M15 同時要滿足規定值的70%）→架設腰梁→安裝錨頭→錨桿驗收測試→張拉鎖定。

3.1 鉆機就位

該項目使用的是3 臺英格索蘭鉆機或螺旋錨桿鉆機。錨桿項目進行前要先實施定位放線，按照圖紙上的標高精確放線，在適當的間隔處設計控制位，確保錨桿在相同的標高位置[2]。

3.2 成孔

成孔施工選擇錨桿鉆機進行成孔，設備半徑150mm，將錨桿施工的傾斜角設置為15°，鉆機必須和點位精確對標，在施工前，必須進行實驗，保證成孔品質。

3.3 錨桿體制造與放置

錨桿桿體要在鉆孔施工前于施工現場完成，桿體的材質必須根據設計選擇普通低松弛鋼絞線，同時要先完成鋼絞線的去銹除油工作，使用鋼絞線時偏差必須控制為小于50mm，其上在相距1.5～2m 處安裝一個隔離設備，隔離設備的作用是對中以及導向，桿體防護設施必須大于20mm，特定位置采取塑料套管進行防護，采用鉛絲將管套和錨固部分鏈接處實施密封，待查驗達到標準后方可投入使用[3]。

3.4 注漿

實施錨桿注漿時應選擇高壓專用注漿泵。對于漿液規格為0.50 的素水泥漿，應該在使用時臨場攪拌同時進行灌漿作業，若是出現過早凝固的現象，則需要使用一定流量的添加劑。在成孔后，進行灌漿，灌漿設備和孔底部到達規定高度后實施灌漿，實施灌漿時要及時將孔內的水分進行清理，到漿液溢出為準，各個孔的漿液使用量約為0.7m3，為提高錨桿的強度，必要時可實施二次劈裂灌注[4]。

3.5 腰梁安放

腰梁的安放作業要在完成錨桿后操作，并且要確保其和錨桿成合適的夾角。腰梁選擇的是工字鋼組合的方式，進行安放的過程中，必須使其形心高度和錨桿高度相匹配，工字鋼有兩種形式，一種是25b，另一種是28b，鋼腰梁必須和護坡樁之間不能有空隙，必須緊挨其上，達到不到要求的地方，要使用凈距加工角度墊板，同時完成焊接，以保證達到規定的要求。

3.6 錨桿驗收試驗

完成錨桿灌注后要對漿體實施養護，如果漿液規格滿足M15，養護通常需要7d 的時間，依據規定要對5%的錨桿完成錨桿實施檢測合格才能進行驗收，《建筑基坑支護技術規程》對錨桿檢測做法做了規定，檢測的部門是中國建筑科學研究院，實驗順利完成，最終合格。

3.7 錨桿張拉鎖定

錨桿灌注后養護規格達到M15 時實施張拉操作，試驗達到標準后，實施所有錨桿的張拉鎖定，安放錨頭的地方架設臺座，要求承壓面必須平整同時要和錨桿軸線垂直，實施張拉時使用標準測力設備，使用的是與之相匹配的電動機油泵和千斤頂，實施張拉前由專業部門中國計量科學研究院完成校訂，按照相關要求實施張拉操作。張拉形式選擇的是分級張拉，特殊情況下要實施補張拉。

3.8 錨桿施工質量控制

（1）因為該項目第二、三道錨桿施工部位地質的特殊性（含水量高且為砂層），錨桿方式選擇水錨桿工藝，錨桿成孔選擇套管跟進的技術，同時確保水泥漿的達到相應標準，為了防止塌孔現象，在成孔后必須馬上實施灌漿。

（2）為了避免出水造成的泥沙流失，成孔時必須密封錨桿孔。

3.9 錨桿監測

在對土層錨桿進行操作時，其受力和土體發生的移動并非靜態，二者受基坑的挖掘影響，為了讓錨桿在安全和適用方面都達到要求，必須對其實施動態監測。

錨桿在處于受力情形下，受制于各種外部條件，其預應力會遭到損壞，因此錨桿被使用時，隨時檢測能夠最大程度的避免基坑事故。

3.9.1 監測項目與布點

在錨桿工作狀態下，由于錨桿預應力的損失會導致土體向基坑內側進行傾斜，所以錨桿的監測應與基坑位移的監測緊密聯系起來，共同維護基坑的安全、適用。

永久性錨桿監測應包括以下監測項目：錨桿的拉力情況；錨桿的腐蝕情況；錨固體結構的變形情況。根據工程需要一般情況下需對錨桿進行錨桿承載力、錨桿應力變化進行監測。錨桿監測系統應設置在最能反映錨桿應力變化的位置，對不同土層的錨桿，同一高度不同位置的錨桿都要進行監測，從而得出反映基坑位移變化的錨桿應力，通過錨桿應力數值對錨桿做出正確判斷，采取相應措施，保證土體穩定性和基坑的安全適用性，防止基坑事故發生。

3.9.2 監測要求

國家在錨桿監測數目上有明文規定：針對長期使用的預應力錨桿，其監測數目必須達到總量的5%～10%；臨時性的，其監測數目要達到總量的3%，同時在數目不能滿足上述規定時，其監測數目必須在3 根及以上。針對錨桿測力計，必須根據相應的監測規定，按照要求的時間完成監測，若是有降水時，以及錨桿區域范圍內進行對土層有影響的操作時，必須增加監測次數。并且還要監測錨桿防腐情況和基坑的位置變化。

監測結果必須第一時間上報有關部門，同時，應對產生問題的地方及時進行相應的補救。

4 錨桿試驗

實施基坑挖掘時，其上層的錨桿已處于工作狀態，并且已經作用于土體，下方的土層在挖掘時極易對上層的錨桿產生作用，上層錨桿此時會產生增大。完成基坑挖掘后，其下部的錨桿承受的作用力是最大的，上部的相反。此時土體偏向移動幅度最大的是上部，該變化證明錨桿承受的作用力不會和土體移動成比例，造成該現象的原因是，在基坑挖掘的過程中，其位移并不會停止，并且方向是向外的，當基坑挖掘停止時，位移也會停止，但是對于土體，其作用力的方向是從上到下的，下方的土體發生移動時會連帶這上方的土體[5]。

眾多的工程案例以及錨桿實驗證明：拉力類型的錨桿，處于自由段時，其預應力相對穩定；在其軸力增加的過程中，應力將往錨固部位輸送，因為錨固部分和其所處部位的土體會產生摩擦，所以該部分預應力會慢慢變小，若是足夠長，錨固部分的應力會接近0。這種現象出現的原因為錨固體頭部力的來源是自由段拉應隨著拉力變大而變大。錨桿應變沿錨桿長度變化曲線如圖2 所示。

圖2 錨桿應變沿錨桿長度變化曲線

由圖2 能夠得出，錨桿處于張拉鎖定狀態時，錨桿應力變動能夠分成3 個時期：①減小時期。②穩定期。③增加期。因為實施張拉時會錨桿有回油的情況，所以在其鎖定的初步階段，拉力會有部分損失，同時逐漸變得穩定，土壓隨著基坑的挖掘增加，錨桿應力亦會變大，但最終無法恢復到剛被鎖定狀態下的，于是造成了其減損。錨桿處于極限抗拔狀態時，若是發生下面情形時就可以被認定為為錨桿遭到破壞。

（1）其張拉位移不斷增大，無法達到穩定狀態。

（2）錨桿進行張拉時，后一級荷載張拉造成的位移增量是前一級的兩倍。

（3）錨桿的桿體出現問題。完成錨桿建設后，必須完成檢驗，達到標準后方可投入使用。在孔內漿液規格為15MPa，或者錨桿完成注漿7d 后，實施張拉和檢驗。為保證項目質量，必須使以下操作達到規定的要求：①錨桿檢驗的數目必須大于總數的5%，同時根數必須大于3 根，進行檢驗時，必須在每種土質都進行一次，如此方可確保項目的安全性以及科學性。②最大負重必須小于預應力筋極限的0.8 倍。③實施張拉時，必須分級張拉，同時必須確保錨桿預應力筋有足夠的變形時間，如此便能避免錨桿預應力過大造成的問題。④錨桿張拉的位移應符合相關位移條件。

5 結語

我國人口居世界第一，但人均占地面積不足世界平均水平的1/10。高層項目是現階段城鎮化發展的基本方向，當下城市化正在加速，商業化建設的重點逐漸往城市中心靠攏。基坑支護工藝的廣泛應用，為高層項目建設的必由之路，該工藝也是建筑工程的重要構成要素之一。