锚拉桩基坑支护工程失效的加固处理

满 奕 徐德军

1 工程概况

某基坑工程位于成都市龙泉驿区，开挖面积约90000 m2，设置2层～3层地下室，最大开挖深度约10.50 m。建筑场地为空地，大部分地区已进行场地平整，场地自然地坪标高499.05 m～500.75 m，相对高差1.70 m，属平坦场地。区域上场地地貌单元属成都平原岷江水系Ⅲ级阶地。钻孔揭露深度范围内，地层从上至下依次为第四系全新统人工填土层(Qml4)、第四系中下更新统冰水堆积层(Qfgl1+2)和白垩纪灌口组(K2g)。场地人工填土层分布较连续，厚度0.40 m～6.50 m。第四系中下更新统冰水堆积层(Qfgl1+2)上部为4.00 m～14.90 m厚的粘土层，含铁锰质氧化物斑痕及其结核，缓倾裂隙较发育，隙间充填灰白色粘土矿物，具有弱膨胀性。白垩纪灌口组(K2g)为泥质砂岩，顶面起伏较大，其埋深约8.20 m～17.20 m，泥质砂岩与上覆第四系地层呈不整合接触。

2 桩锚基坑支护工程

工程场地开阔，场地四周无重要建筑物。场地北面(2层～3层地下室部位)距用地红线3.00 m，用地红线之外为50 m宽的绿化带征地，东面为已建道路，南面(2层地下室部位)距用地红线3.00 m，西面(2层地下室部位)距用地红线 3.00 m ～8.00 m。本工程基坑开挖不具备放坡条件，采用锚拉桩进行护壁。

经计算分析，设计排桩桩长为13.0 m～15.0 m，锚固段长4.5 m ～5.0 m，桩径1.2 m，桩的中—中距为2.46 m。设计两排锚索，分别位于桩顶以下4.0 m和基坑底面以上0.5 m，布置在两桩之间，采用腰梁作为联系梁。上排锚索长20 m，锚固段长13 m，下排锚索长15 m，锚固段长8 m，桩间采用挂网喷浆防护。完工后的支护结构如图1所示。

3 基坑施工变形

地下室基坑开挖后，形成高约10.50 m的边坡。由于组成基坑边坡的土层主要为填土、硬塑粘土，填土强度低、稳定性较差，硬塑粘土虽具有较高的地基强度，竖向承载力较高，但其属于膨胀土，其裂隙较发育且多呈缓倾角，这些裂隙彼此切割，破坏了土体的完整性，劣化了土体的工程性能，并成为地下水聚集的场所和渗透通道。当基坑开挖和支护完工后，恰逢雨季，随着膨胀土吸水膨胀，失水收缩，加剧了裂隙的发育、发展，土体沿裂隙面滑动，导致基坑变形加剧，按照原支护方案开挖至坑底后，位于东侧中部的C11号监测点水平位移累积达到63.4mm，C12号监测点水平位移累积达到23.7mm，C13号监测点水平位移累积达到19.6mm，桩顶位移超过警戒值，导致部分桩间土垮落，必须进行加固处理，方能确保基坑安全。

4 加固处理措施

加固方案拟采用坑内设置斜撑支墩，通过钢管斜撑于原排桩上，斜撑钢管与排桩间布置横向钢筋混凝土腰梁。

设计计算思路如下:

1)原基坑支护方案在开挖完基坑后，其抗倾覆安全系数为1.261，拟在距排桩桩顶4 m下面每隔8.4 m加一道斜撑(即三根桩中加一道斜撑)，斜撑钢管预加力为200 kN，与水平面成42.3°。通过斜撑提高排桩支护的抗倾覆安全系数(提高0.2左右)，据此计算斜撑需要提供的水平力为100 kN(由理正深基坑软件计算抗倾覆安全系数达到1.44，满足加固设计要求)，则斜撑需要提供的总水平力为850 kN(合计在三根桩之内，宽度为8.4 m)，考虑结构安全系数为1.3以及斜撑的水平夹角，计算得到斜撑钢管设计轴力为1500 kN。

2)根据斜撑钢管设计轴力为1500 kN，计算钢管截面尺寸。

3)将锚索、钢管支撑简化为预应力弹簧，锚索锚固段和钢管支撑点(支墩处)设为固定支座，腰梁采用梁单元模拟，桩与腰梁作用处为荷载边界条件，模拟土压力通过桩作用在腰梁上，继而传递到斜撑钢管上。不断增大桩与腰梁作用点的土压力，则体系会发生协调变形，锚索会伸长，钢管支撑会缩短，弹簧单元上会产生弹簧抗力，直到钢管支撑上的弹簧抗力达到设计水平轴力，为最终的工作状态，记录腰梁的最大弯矩。

4)根据腰梁最大弯矩进行配筋计算和腰梁设计。

最终采用的加固设计图如图2，图3所示。

5 结语

随着我国基础设施的大发展，越来越多的深基坑工程在城市中出现，工程规模越来越大，施工难度也更趋复杂。同时由于工期较紧，投资要求最省，因此难以在设计阶段完全考虑到各种不利因素，使设计安全系数足够大。这就会在施工中发生一些难以预料的施工变形，危及工程安全。本文介绍了成都地区一处深基坑工程，原设计采用双排锚拉桩支护。由于基坑边坡土层为具有膨胀性的粘土，基坑开挖完工后，受后期地面降雨影响，桩后岩土体发生膨胀，导致部分支护桩发生了较大的水平位移，超过了警戒值。经过详细的分析计算，加固方案为:坑内设置斜撑支墩，通过钢管斜撑于原排桩上，斜撑钢管与排桩间布置横向钢筋混凝土腰梁。加固工程完工后，排桩位移得到有效控制，顺利保证了基础工程的施工。

［1］ 王 峰.浅谈某工程深基坑支护方式的选择及施工［J］.山西建筑，2010，36(3):143-144.

［2］ 付光强，吕建祥，杨 俊.成都粘土基坑支护技术应用研究［J］.四川地质学报，2010(2):225-228.

［3］ 刘 钰，高芳清，朱 林.成都地铁基坑围护结构钢支撑的应力监测分析［J］.路基工程，2009(2):117-119.

［4］ 余志成.建筑基坑支护技术规程［M］.北京:中国建筑工业出版社，1998.