预应力桩锚及帷幕组合结构在砂卵石深基坑工程中的应用＊

强嵘，曾建龙，闫韶华

(1．武汉大学，湖北武汉430070;2．中国水利水电第八工程局有限公司，湖南长沙410119)

预应力桩锚及帷幕组合结构在砂卵石深基坑工程中的应用＊

强嵘1，曾建龙2，闫韶华2

(1．武汉大学，湖北武汉430070;2．中国水利水电第八工程局有限公司，湖南长沙410119)

某城市基坑周边为相邻既有建筑物，既有建筑均为独立浅基础及部分桩基础，基础埋深对地基的变形反应敏感。基坑采用预应力锚杆与排桩组合方案，其组合可以降低防护桩的锚固深度，并有效控制基坑边壁的侧向变形及提高整体稳定性。监测结果表明取得较好的支护效果，可供同类工程参考。

城市基坑;排桩;预应力;变形控制;监测

一、概述

本项目位于长沙市天心区，拟建建筑物由1栋19层办公楼和两层地下室组成，建筑物总高度为74．90m，地下室埋深为－9．0m，为保证地下室施工期间的基坑边坡稳定性，特针对该地层进行基坑支护的专项设计。

二、基坑工程地质水文地质条件

(一)工程地质条件

该场地地貌为湘江河流IV级阶地。场地内原有建筑物已拆除，现地形平坦。勘察期间测得各钻孔标高在86．16～87．36m之间。通过专项勘察，综合区域资料，查明拟建场地分布的岩土层有:①人工填土松散状，压缩性较高，强度低，工程性状差，对基坑、桩基施工均存在不利影响;②圆砾中密～密实状，分布稳定，工程性状较好;③中粗砂中密～密实状，分布稳定，工程性状一般;④卵石中密～密实状，分布稳定，工程性状较好，但夹0．40～2．20m的粉质粘土，④1夹层，局部分布，呈可塑～硬塑状;⑤残积粉质粘土残积粉质粘土(Qel):硬塑～坚硬状，分布较稳定，具中等压缩性，工程性状一般;⑥强风化泥质粉砂岩强风化泥质粉砂岩(K):属极软岩，分布较稳定，工程性状较好;⑦全风化泥质粉砂岩全风化泥质粉砂岩(K):属极软岩，成岩作用较差，层厚大，分布较稳定，工程性状一般。

(二)水文地质条件

场地内地下水类型主要为孔隙潜水，主要赋存在圆砾底部及中粗砂、卵石层中，含水层为强透水层，富水性中等。下伏岩土层残积粉质粘土及泥质粉砂岩均为不透水层。孔隙潜水受地下径流及大气降水补给，水量一般。勘察期间。孔隙潜水的静止水位埋深5．00～6．50m之间，相应标高79．86～82．36m。

本场地环境类型为II类，场地钻孔中的孔隙潜水对砼结构局微腐蚀性，对钢筋砼结构中的钢筋具微腐蚀性。

三、支护方案设计

根据现场踏勘和工程勘察报告可知:场地地形平坦，地貌单一，场地内及邻近场地未发现影响工程稳定的不良地质作用，未发现断裂及有新构造运动的迹象。特殊性岩土表现为人工填土、圆砾、中粗砂以及场区内局部存在的各零星夹层;其中人工填土分布稳定，回填年限不长，松散，易垮塌，岩土参数变异性大，基坑开挖时必须进行支护;圆砾、中粗砂表现为岩土破碎，自稳性差，与工程支护结构粘结参数较低等不利因素，支护时必需重点考虑;场地东面距既有建筑物较近，场地西、北面距既有城市道路较近，对基坑开挖引起的变形敏感，支护时亦需重点考虑，另外支护时需考虑到西、北面道路可能存在的城市地下管线以及南面可能存在的建筑材料堆载。同时本场地地下水的处理关系到周边建筑物的变形与稳定及本工程基坑的开挖，经综合论证，结合主体工程施工，采用以堵为主的原则，拟采用防渗止水帷幕技术。

1、根据以上情况，本基坑支护设计的原则和内容如下。

①本工程地下水处治以堵为主，采用防渗止水帷幕;基坑顶部设截排水沟;坑壁设置盲管式泄水孔;坑壁底部设排水沟，基坑内地表积水引至积水井，集中抽排。

②基坑支护除了采用截排水措施改善地下水环境，还须采取提高基坑边壁稳定性的措施，针对场地的特殊岩土性状，根据基坑的不同深度及周边管网埋深与临近建筑物情况，分别选用技术经济可行的方案进行防护设计，确保施工期间基坑及周边环境的的安全。场地西面、北面、东面邻近红线及既有建筑物，不具备放坡空间，采用护坡桩+锚杆对基坑坑壁进行支护。场地南面由于施工条件不允许进行放坡开挖故亦采用护坡桩+锚杆进行支护。该支护方案在技术上、经济上、安全上、工艺上工期等均是可行的。

③考虑基坑开挖与支护结构及周边房屋、道路的关系，应建立有效的位移、变形和应力监测系统，采取动态设计和信息法施工，不仅可以指导基坑施工而且可以检验其治理效果。

2、根据规范、地质勘察报告及岩土工程信息化施工的要求:实际基坑支护的内容应根据施工时对基坑的监测及现场实际情况适时进行调整。调整包括设计调整和施工调整，设计调整包括设计参数调整和设计修改，设计参数调整应从现场获得，设计修改将根据调整后的设计参数和实际地质情况进行。

四、支护结构设计

根据该场地周边环境及地质特征，通过计算分析并结合地区基坑支护工程经验，采取上述支护设计措施，可以满足该基坑的稳定和抗变形的要求，具体设计如下:

(一)护坡桩设计

(1)桩身尺寸及桩位布置

桩径1．0m～1．2m，桩间距1．8m～2．0m。设计桩长13.00m～1700m，根据各边基坑高度的不同适当调整桩长。

(2)桩身材料

桩身砼强度C30，按抗弯和抗剪配筋。纵向钢筋为III级钢筋，箍筋为I级钢筋。桩顶设置冠梁，冠梁尺寸为1200mm×600mm及1000mm×600mm两种配置，构造配筋。

(二)锚杆设计

(1)锚固力的确定:依据稳定分析计算确定。

(2)锚孔的布置与深度

锚孔钻孔直径为150mm，深13～20m，钻孔倾角向下15°。布置在两桩的正中间。

(3)锚杆及灌浆材料

①锚杆钢筋采用HRB400螺纹钢筋。

②砂浆强度M30。

③外加剂:如采用水泥砂浆灌孔，则添加木质素碳酸钙(减水剂)，掺入量为水泥用量的0．2%。膨胀剂掺入量为水泥用量的10%。

(三)喷射混凝土材料

(1)喷射混凝土强度等级采用C20;

(2)外加剂:木质素碳酸钙，掺入量为水泥用量的0．2%。

五、止水帷幕设计

(一)处理原则

根据地质详勘资料，岩土层残积粉质粘土以上地质区段为中粗砂、圆砾层等强透水层，地下水位位于基坑底板以上，根据总体设计方案采用隔水帷幕来确保基坑施工期间的安全性，故按至粉质粘土层顶面处来确定帷幕深度。

(二)帷幕形成方式

采用压力注浆的方法进行帷幕施工，注浆压力从低到高，间歇、反复压浆。

(三)注浆工艺

所有钻孔采用注浆钻杆，工艺如图所示。

(四)注浆材料

(1)周边孔:纯水泥浆+水玻璃;

(2)水泥型号、标号:普通硅酸盐525水泥;

(3)水灰比:浆液采用水泥－水玻璃浆液，水泥为525普通硅酸盐水泥，水玻璃模数为2．4～3．4，浓度为35～40Be’，水泥浆:W/C=1∶1，水泥与水玻璃两者体积比为1∶0．5，初凝时间为50s，(现场试验测试确定最终配比)。

(五)注浆压力和注浆量

(1)以相对小压力、多次数、较大量控制;压力0．2～0.5MPa，3～4次;

(2)注浆扩散半径按照1．5m设计;

(3)压浆终止标准:采用水泥压入量与终止压力控制法:试验确定

(六)注浆间歇时间:每次间隔6～10h。

(七)处理施工顺序及要点

(1)用钻机钻至设计深度(残积粉质粘土层以下0．5m);

(2)清孔(空压机压力达3kg以上，空气流量10立方);

(3)安设灌浆管，采用静压注浆;

(4)以确保注浆效果;整个区域补充孔应跳跃施工，以防止跑浆，窜浆现象。

(八)压浆设备及主要零部件规格

(1)选用额定工作压力0．3～3MPa的压浆泵。桩底压浆冲破压力、终止压力与试验确定的标准一致

(2)注双液浆采用KBY－50/70双液注浆机，注浆压力为0．8～1．0MPa，达到终压后持荷10分钟停止注浆;

(3)灌浆管为钢管;

(4)拌制合格的水泥浆和水玻璃浆液用混合器在孔口混合。

六、监测与验收

1、施工期间，按有关规范，对基坑边壁位移和周边建筑物及地表进行观测。施工、监理和设计单位应密切配合，及时观察到施工过程中出现的问题，并采取应对措施，利用监测进行信息法施工，本工程现场监测项目包括:

①自然环境(降雨、潜水水位变化);

②地表及既有建筑物可能出现的裂缝;

③设置观测墩(点)对基坑边壁的位移进行观测。

④选定2～3根防护桩埋设测斜管，进行施工期间的测斜观测工作。

2、监测工作自基坑开挖开始起始终进行。每周观测3次，遇异常气象水文情况时应加大观测频度，随时观测。

3、锚杆试拔与验收严格按相关执行。验收试验锚杆的数量为锚杆总数的5%，锚杆灌浆饱满度检测按锚杆总数的5～10%随机抽查。

4、监测结果表明:基坑边壁的变形控制在允许范围内，没有对周边既有建筑物造成影响，说明预应力锚杆的使用，很好的控制了基坑边壁的变形，值得在城市基坑支护设计中推广。

七、结语

预应力锚杆与排桩组合方案在各类型基坑开挖中较常采用，其组合可以降低防护桩的锚固深度，就本工程而言，存在砂砾石地层，必须进行帷幕灌浆进行止水后施作支护结构，可以控制基坑边壁的侧向变形及提高整体稳定性。监测结果表明取得较好的支护效果。

［1］岩土工程勘察规范(GB50021－2001)［S］．

［2］建筑基坑支护技术规程(JGJ120－99)［S］．

［3］顾湘生．预应力锚索在整治铁路病害高边坡中的应用［J］．路基工程．

［4］赵明阶．边坡工程处治技术［M］．北京:人民交通出版社，2003．

［5］锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB50086－2001)［S］．

［6］建筑桩基技术规范(JGJ94－94)［S］．

2011－11－15

强嵘(1975－)，男，安徽芜湖人，高级工程师。