深基坑支护技术在新泰盛世佳苑基坑工程中的应用

刘作昌

中化地质矿山总局泰安地质勘查院，山东泰安，271000

深基坑支护技术在新泰盛世佳苑基坑工程中的应用

刘作昌*

中化地质矿山总局泰安地质勘查院，山东泰安，271000

新泰盛世佳苑基坑工程中，采用施工简便的单层锚索排桩结构围护边坡，高压摆喷隔水帷幕阻水，基坑内集水明排降水方案，造价低廉的锚索通过对其施加合理的预应力可大大减小基坑变形，其效果不亚于施工复杂、造价昂贵的内支撑。该支护技术的成功应用为新泰市今后的深基坑工程在设计、施工等诸多方面积累了许多宝贵的经验。

深基坑 支护 排桩 锚索

0 引言

深基坑支护不仅要求确保边坡的稳定，保证基坑内正常作业安全，而且要满足变形控制要求，以确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路等的安全。近年来出现了许多新的支护结构形式与稳定边坡的方法。根据不同的地质情况与现场边界条件，常用的支护结构有水泥土围护结构、排桩围护结构、地下连续墙结构、土钉墙支护结构及支锚工程等【1】，这几种形式在一个工程中可以单独使用，也可综合使用。而对于开发商来说，在确保安全的前提下，选择最节约的方法是最为重要的。该基坑在方案选择时首先考虑的是最省钱的土钉墙方案，理论计算时，基坑侧壁最大水平位移量达150mm，远远超过其报警值，所以该方案被否定；第二方案是排桩预应力锚杆方案，理论计算其各项变形参数需满足要求，但是该方案不久前在具有相似岩土工程地质条件的泰安市中心医院住院大楼10m深的基坑工程中采用，理论计算也是各项变形参数满足要求，但实际上，基坑开挖后周边大多数建筑物出现裂缝，造成2000多万元的经济损失，该方案也被否定；也曾考虑过排桩内支撑甚至是连续墙内支支撑，但由于其施工难度较大，施工进度缓慢最主要的是工程造价远远高于其它方案被否掉，最终确定采用单层锚索排桩结构围护边坡、高压摆喷隔水帷幕阻水、基坑内集水明排降水方案。

1 工程概况

新泰盛世佳苑小区拟建场地位于新泰市城区北部，拟建建筑物总建筑面积约87 000m2，其中地下一层为超市，地下二层为停车场。基坑呈不规则多边形（见图1），南北长193m，东西宽111.2m，周长约820m， 面积26 000m2拟建建筑物基坑基坑±0.000m，高程为202.10m，基坑底部高程为190.50m，高差为11.60m，基坑开挖深度约12.50m，是新泰市第一个深大基坑工程。

图1 支护结构平面图Fig.1 Plane graph of supporting structure

2 深基坑支护方案设计

2.1 基坑周边环境

基坑北侧距西关街南侧路沿石约2.9m；基坑南侧有一栋5～6层砖混结构住宅楼，距基坑约5.8m；基坑西侧有一栋1～6层砖混结构住宅楼，距基坑约4.6m；基坑东侧有一栋3～4层砖混结构沿街楼，距基坑约5m。四面都不具备放坡条件，必须进行支护。

2.2 场地工程地质条件

本拟建场区属于山前冲洪积平原地貌。地下含水层位于第③层，为粗砂层，水位深度4～5m，水位年变幅1～2m，属承压水层。各层岩土物理力学指标见表1。

表1 各层土的物理力学指标表Table 1 Physical mechanics target table of every layer

2.3 支护设计方案【2】

支护工程采用排桩（钢筋混凝土钻孔灌注桩）作为挡土结构（见图2），桩顶位于地面以下2.10 m处，标高为200.00m，桩径为φ1000mm，桩长为13.50m，嵌固深度4.00m，桩中心间距为1.40m。桩身使用C25砼，钢筋保护层厚度50mm；桩顶设置圈梁，圈梁为 1000mm×500mm，配主筋为8E20，砼强度为C30。腰梁采用2根28a槽钢，位于地面下5.50m，标高197.50m处设一层斜拉预应力锚索支撑，锚索间距1.40 m，按“一桩一锚”布置，锚索体自由段长度为6.50 m，锚索锚固段长度为13.50m，锚索总长度为20.00m。锚索体选用4s15.2锚索，锚固体直径150mm，入射角与水平面呈15°，预加力350kN。

图2 支护结构剖面图Fig.2 Supporting structure profiles

2.4 支护结构设计计算

支护结构设计计算采用弹性法土压力和经典法土压力两种模型，各层土的各种土压力的的调整系数均为1.0。基坑等级为一级，基坑侧壁重要性系数γ0取1.10,均布超载72.5kPa。计算全部由理正软件完成，计算过程及结果如下。

（1）钻孔桩截面配筋计算结果（图3）弯矩折减系数为0.85，基坑内侧最大弯矩设计、实用值均为827.25 kN.m，基坑外侧最大弯矩设计、实用值均为124.78 kN·m；剪力折减系数1.0，最大剪力设计、实用值均为494.16 kN；荷载分项系数为1.25。钻孔桩为一段配筋，长13.5m，配筋级别纵筋HRB400，实配值12E25；螺旋箍筋级别HRB235，实配值d8@200；加强箍筋级别HRB335，实配值D14@2000。

图3 排桩结构内力计算图Fig.3 Internal force calculating chart of row of piles

(2)锚索计算结果及配筋 锚索钢筋级别HRB400，材料强度设计值1220.000MPa，材料弹性模量2.000×105MPa；注浆体弹性模量3.000×104MPa；土与锚固体粘结强度分项系数1.300，锚索荷载分项系数1.250；锚索采用钢绞线种类1×7。锚索最大内力值：经典法404,07kN，弹性法450.30kN；锚索锚固段长度实用值13.5m，自由段长度6.5m,内力设计、实用值均为616.16kN；钢绞线配筋4S15.2，刚度14.03MN/m。

(3)冠梁配筋结果见图4。

图4 冠梁配筋图Fig.4 Top beam construction profiles

(4)地表沉降计算结果 利用三种方法计算，沉降曲线见图5。

(5)整体稳定验算 计算方法：瑞典条分法；应力状态：总应力法；条分法中的土条宽度：0.40m；滑裂面数据：整体稳定安全系数 Ks=2.550， 圆弧半径(m) R = 15.019，圆心坐标(m) X = -1.969，圆心坐标(m) Y = 0.722。

整体验算结果说明，单层锚索排桩结构整体稳定性满足要求。

2.5 基坑止水

根据岩土工程勘察报告可知：场地地层渗透系数平均值为 59.2m/d，属强透水层。基坑开挖深度较大，地下水位较高，采用管井系统降水，降深较大，影响半径为基坑附近建筑物多为时间比较久的砖混结构建筑，抵御变形的能力较差，基坑降水时定会引起附近地面不同程度的沉降，个别建筑物可能会出现裂缝等，部分建筑物已存在的裂缝也可能会进一步发展，因此本场地使用大面积区域降水是不可取的，利用高压摆喷隔水帷幕阻水、基坑内集水明排降水方案是最好的选择。设计高压摆喷桩桩长 11.00～12.50m，要求桩端进入泥岩层不少于1.00m，有效桩顶标高200.00m，喷角30°，孔距1.40m，在支护桩外侧进行，桩的搭接长度不少于 30cm；高压摆喷桩注浆材料为水泥，采用强度等级为32.5级及以上的普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比为 1.0；每米桩体水泥用量不少于400kg；高压摆喷注浆施工时的高压水泥浆和高压水的压力不小于35MPa。

图5 基坑周边10m内沉降曲线图Fig.5 Settlement curve figure around 10 meters of the foundation pit

3 施工要求

单层锚索排桩结构的安全度除取决于地层地质情况以外，很重要的因素是单层锚索的施工质量。单层锚索施工要求如下：

（1）钻孔定位误差小于 50mm，孔斜误差小于±1°，孔斜偏离轴线不大于3%的钻孔深度，钻孔深度比锚杆长30cm。

（2）锚固段必须进行二次灌浆，第二次注浆须待第一次注入的浆液初凝后进行，注浆压力控制在1.0～2.0MPa之间。

（3）锚索施工两星期后逐根进行张拉，先张拉到40t，然后退回到30t锁定。

4 监测结果及分析评价

（1）从基坑开挖到地下室施工完成，自始至终对基坑位移、桩后地基土及周边建筑物进行沉降监测。桩顶冠梁累计最大水平位移5.9mm，不足报警值 20mm的 30%；桩后地基土累计最大沉降3.5mm，不足报警值20mm的20%；周边建筑物累计最大沉降2.50mm, 不足报警值20mm的15%；多数点位沉降值很小甚至没有沉降显示，监测结果说明基坑支护是安全的。不过因地区经验不足，从某种程度讲由于过于安全而造成了一定的浪费，说明设计数据取值仍过于保守，该经验对当地今后进行类似工程施工具有一定的参考价值。

（2）工程止水帷幕效果非常好（见图片1、2），只是局部出现少量的漏水现象，施工中进行了及时修复，整个基坑总体上止水很成功，说明高压摆喷桩作为止水帷幕在该地区是可行性的，并且具有很好的效果。

图片1 新泰盛世佳苑基坑基坑工程

图片2 新泰盛世佳苑工程图片

5 结语

（1）如何选取一种在经济技术上都合理的支护类型，必须充分考虑现场环境、工程地质条件以及工程要求。本工程综合考虑上述因素，采用排桩（钢筋混凝土钻孔灌注桩）作为挡土结构，桩顶部用冠梁、腰部用檀梁连接起来能极大地提高挡土结构的刚度，接近地下连续墙（深度大于12m、无任何放坡条件的基坑支护的首选方案）效果，但与地下连续墙相比，它施工工艺简单、质量容易控制，造价较低。

（2）基坑采用锚索支护时,桩顶位移及地面变形通常比采用钢管内支撑时大，但通过对锚索合理地施加预应力,即可大量减小桩顶位移及地面变形。锚索施工简单快捷，无内支撑，基坑挖土及地下室施工效率大大提高，缩短了工期，基坑累计变形量也大大减小。

（3）采用高压摆喷桩作为隔水帷幕，基坑内降水几乎对周边地下水位没有影响，周边构筑物也安然无恙，这样就减少了社会外部环境对施工的干扰，避免了很多麻烦，在一定程度上也使得施工效率大大提高。

（4）该工程通过监测数据可知，其变形参数远远低于报警值，说明安全系数过大，过于保守，主要是计算参数选择时趋于保守。该经验对当地今后进行类似工程施工具有一定的参考价值。

1 王卫东，王建华. 深基坑支护结构与主体结构[M]. 北京: 中国建筑工业出版社， 2007

2 刘作昌，刘玉田. 新泰盛世佳苑基坑支护设计[R]. 泰安化工地质工程勘察院，2009

3（JGJ 120-99）建筑基坑支护技术规程 [S]. 北京: 中国建筑工业出版社，1999

APPLICATION OF DEEP FOUNDATION PIT SUPPORTING TECHNOLOGY ON SHENGSHI JIAYUAN BUILDING PIT ENGINEERING OF XINTAI CITY

Liu Zuochang
Chemical and Industrial Geological Prospecting Institute of Shandong Province Taian,Shangdong,271000,China

The paper discusses the project choosen of deep foundation pit supporting technology, and its design and construction, it also expand the application of monolayer anchor cable row of piles construction and high pressure oscillating ejection technology. The monitoring result shows that, bring to bear prestress on the easy constructed and cheap anchor cable could reduce the building pit deformation, the effect of which is not less than complex- constructed and expensive internal supporting. The successful application of supporting technology will offer some valuable experiences for futher deep foundation pit supporting engineering and construction.

deep foundation pit，supporting，row piles，anchor cable

TU753.4

：A

：1006-5296（2010）04-0248-04

刘作昌（1962～），男，岩土工程勘察专业，注册岩土工程师

2010-06-24；改回日期：2010-08-31