桩锚支护体系在成都地区深基坑支护中的应用

聂浩帆 石 岳 陈竹淼

(四川省川建勘察设计院，四川 成都 610017)

1 概述

近几年来，成都地区城市高层建筑越来越多，深度越来越大，如2004年开工建设的位于春熙路南段的群光大陆广场达-23.8m，深基坑开挖与支护过程中遇到的周边环境（既有建筑物、道路桥梁、地下管线、地铁隧道或人防工程等）也越来越复杂，基坑支护的难度也随之越来越大，支护费用越来越高。排桩是成都地区采用最多的一种支护形式，单纯采用排桩支护已经难以满足深基坑支护的变形和稳定性要求，将排桩与预应力锚索结合，形成桩锚支护体系，具有刚度大，位移小，施工简便，施工方法的可选性大，无噪音等优点，很适合在周围建筑群密集的深开挖工程中使用，尤其适用于复杂施工场地及对变形控制严格的深基坑工程。

本文结合群光大陆广场基坑支护工程的设计，对桩锚支护体系进行了计算分析，向读者展示了桩锚支护体系在深基坑支护中的应用。并结合工程实际经验，提出桩锚支护体系设计中应注意的要点及未来需要进一步研究解决的问题。

2 工程实例

2.1 工程概述

群光大陆实业（成都）有限公司拟建群光大陆广场，位于成都市春熙路南段与城守东大街交汇处。该工程主楼地上33层，裙楼12层，地下5层，建筑高度140m,建筑面积约18万m2,框架剪力墙结构，基坑开挖深度±0.00下-23.8m。

2.2 工程地质与水文地质条件

根据场地地勘报告，场地地层情况如下：

人工填土：杂填土，一般厚度3.6m左右；下部为素填土，分布不连续，透镜体分布，厚0.5m。

粉质粘性土：可塑，平均厚度0.8m。

粉土：稍密、稍湿，平均厚度0.4m。

中砂：松散，稍湿，厚度较小，平均厚度0.30m。

卵石层：分为稍蜜、中密、密实三个亚层，其顶板埋深为5.0～6.0m,标高为493.85～495.46m。

泥岩：强风化～中等风化，顶面埋深16.4～18.20，标高 484.13～482.05m，强风化厚度约0.6m，下部为中等风化泥岩。

场地地下水位埋深约为5.2～6.0m，砂卵石层为含水层，下部泥岩为相对隔水层。地下水位年变化幅度1.50～2.00m。卵石层渗透系数:k=20.0m/d。

2.3 该基坑工程的特点

该建筑物地处成都市中心商业区，为成都市招商引资重点工程项目，通过对周边环境的调查，该基坑工程具有如下特点，在进行降水 、深基坑支护与土石方开挖方案设计时必须采取相应的技术措施。

（1）该基坑工程开挖深度极深，达到23.30米，为当时成都地区最深基坑，成都地区已建基坑最大深度为17.0米左右，尚无大于20.0米的深基坑支护成功经验，无工程类比实例。

（2）该基坑开挖面积大，开挖底面积达到9752平方米，最大边长达到120.0米以上，支护结构内力与变形的空间效应明显。

（3）场地狭窄，基坑1.0H（H为基坑深度）范围内均有永久性建筑物和市政干道，分布有多条多种地下管线，对变形要求严格，对变形量的控制必须满足其最大要求。

（4）基岩埋深较浅，其基岩埋深平均深度为17.4米，降水临界深度为基岩面以上1.50～2.0米，降水难度大，同时基岩内部分布裂隙水较丰富。

（5）土方开挖深度与面积均较大，开挖方案必须分区与分层进行，充分考虑主、被动土压力平衡作用，避免不同区域主动土压力过大或过小，并与支护施工紧密结合，形成一个有机体系。

（6）变形控制的不确定性，变形控制是支护结构设计与施工的关键，影响因素众多。

2.4 周边环境条件

基坑北侧距市工会宿舍建筑距离12.00米。基坑西侧距紧临春熙路南段距春南商场22.0米，基坑南侧紧临城守东大街，基坑东侧紧临城守街，距4～6层建筑物最近距离为13.0米。

（1）东大街：城市干道，道路宽40.0m,路中线距建筑红线20.0m,地下室边线距建筑红线4.3m。地下分布管网情况如下：

①电力线沟：自地面到地下1.2m,宽1.5m,北侧沟边线与建筑红线重合。

②自来水管：距建筑红线2.5m,管顶埋深1.5m,管径φ600。

③天然气管：距建筑红线4.0m,管顶埋深 1.25m,管径 φ350。

④雨水管：距建筑红线11.0m,管顶埋深 2.0～3.5m,管径 φ600～900。

⑤道路污水管：距建筑红线13.0m,管顶埋深 3.5～5.0m,管径 φ600～700。

⑥通信线管沟：距建筑红线15.0m,管顶埋深1.20m,高约0.3m。

（2）春熙路步行街：路宽20.0m,路中线距建筑红线10.0m,地下室边线距建筑红线3.3m。地下分布管网情况如下：

①电力线沟：道路东西两侧均分布一电力线沟，沟深自地面到地下1.15m,宽0.4m,东侧沟边线距建筑红线0.4m,西侧沟边线距建筑红线18.4m。

②自来水管：距建筑红线17.5m,管顶埋深1.5m,管径φ300。

③天然气管：道路东西两侧均分布一天然气管，管顶埋深1.25m,管径φ300，东侧管线距建筑红线4.0m,西侧沟边线距建筑红线16.5m,。

④雨水管：距建筑红线13.0m,管顶埋深 2.0～2.34m,管径 φ600。

⑤道路污水管：距建筑红线7.0m,管顶埋深 2.5～2.7m,管径 φ400。

⑥通信线管沟：距建筑红线2.5m,管顶埋深1.40m,高约0.3m。

（3）联升巷：为一规划道路，宽12.0m,北与城守街71号和阳光酒店相临，其中城守街71号为一5层建筑，距建筑红线6.4m,基础形式不详；阳光酒店3～4层裙房距建筑红线12.0m，设一层地下室，基础形式及基础埋深约6.0m。

（4）城守街：为一规划道路，宽12.0m,与四川省图书馆属建筑物（5层，属拆除范围）相临，现有一临时道路，位于拟建场地内，设有临时排水管，其它管网未设。

2.5 支护设计参数

（1）基坑开挖深度±0.00下 23.8m，地下水位坑外16.0m，坑内25.0m。

（2）岩土物理力学参数根据场地岩土工程勘察报告，结合成都地区基坑支护设计、施工的经验进行取值。

（3）设计计算时采用理正深基坑支护软件及中国建筑科学设计研究院PKPM软件计算后综合取值。

（4）基坑四周均布荷载q=15KN/m2（离坑边大于1.50米），基坑安全等级为一级，侧壁重要系数γ0=1.10。

（5）变形控制：水平位移30mm。

2.6 支护设计方案

根据岩土工程勘察报告，场地基岩面上覆第四系地层在基坑开挖中为易失稳地层，特别是卵石层上覆人工填土层、砂土层最易失稳，边坡开挖时产生的主动土压力很大，而基岩面下由于地层整体性好，抗剪强度高，边坡开挖时产生的主动土压力很小。通过稳定计算及多种加固方案比较，确定采用多层支点桩锚支护体系，即采用排桩（人工挖孔桩）+三排预应力锚索支护，并用槽钢将预应力锚索、排桩连成整体的桩锚支护结构体系。

（1）降水：采用管井降水措施，将地下水位降至基岩面上1.5～2.0m左右，井径0.28m,井深30.0m，共28口。基岩面以下采用明排水措施。

（2）排桩：采用人工挖孔桩，桩长28.0m，其中锚固段 5.5m，外径1.5m,内径1.2m，间距3.0m，冠梁1.2m×0.8m。人工挖孔桩护圈砼设计强度为C20,采用现场机械拌制，桩芯及冠梁砼设计强度为C30，采用商品砼。

（3）预应力锚索：基坑开挖至地面下4.50m时，在两桩之间4.0m深度设置第一排预应力锚索，长20.0m,锚孔倾角20°（可避开管网及相临建筑基础）；开挖至地面下9.5m时，在两桩之间9.0m深度设置第二排预应力锚索，长18.0m,锚孔倾角15°，开挖至地面下14.5m时，在两桩之间14.0m深度设置第三排预应力锚索，长18.0m，锚孔倾角 15°，孔径 Φ130，采用 36a号槽钢将预应力锚索连接成整体。

（4）基坑开挖按2.0～2.5m高度分层开挖，桩间土采用φ6@200×200钢筋网,并用φ14加强钢筋与φ48钢管土钉连接,喷射C15砼进行支护。基坑开挖至基底后，应在坑底四周设计排水沟、集水坑，并与降水井管连通。当开挖至地下水位至基岩顶面一段时，可采用桩间设置φ50塑料管将地下水排至基坑底部排水沟；当桩间基岩中出现少量地下滴水时，采用设置渗水土工布后用薄膜覆盖，再挂网喷射砼,滴水渗至基坑底面时，采用埋设暗管将地下水排至排水沟。

2.7 结果

该深基坑支护工程除在施工过程中，遵循"动态设计、信息化施工"原则，根据变形观测结果和土层开挖情况，对局部地段进行了设计变更。经对已建物及基坑的变形观测，均达到了理想效果，支护结构和基坑四周土体变形得到有效控制，四周建筑物和管线均完好无损，得到了很好的保护，成功的解决了变形控制设计的难题。该深基坑工程桩锚支护体系的成功运用不仅保证了基坑本身的稳定和周边建筑物、管线的安全，使工程顺利展开，取得了良好的社会效益和经济效益，更是开创了桩锚支护体系在成都地区大于20m深基坑支护工程运用的先例，为成都地区基坑支护工程积累了宝贵的经验，为后来的航天科技大厦、山水.琨玉商住楼、成都国际商城等一系列深基坑支护工程等提供了可供借鉴的工程范例。

3 几点体会

尽管桩锚支护体系在深基坑支护工程中得到了广泛应用，也发挥了良好的社会效益和经济效益，但桩锚支护体系的设计理论及施工方法仍需要完善。

（1）锚固段应力分布：通常都是按照平均分配来进行设计的，而经过大量实验研究，实际上的应力分布是不均匀的，大致按照高斯曲线分布。

（2）预应力损失：造成预应力损失的因素众多，目前从大量的工程实验和研究中发现主要因素包括锚索的张拉锁定损失、锚索材料松弛造成的损失、注浆混凝土徐变造成的损失、岩土体变形造成的损失。

（3）群锚效应：预应力锚索设计时不仅要按照相关规范避免产生群锚效应，在基坑阳角位置，更要考虑锚索交叉造成的群锚效应。

（4）膨胀土地区的适宜性：由于膨胀土地区预应力损失严重，预应力锚索极易产生松弛现象，以及膨胀土裂隙发育情况各场地差异较大，预应力锚索正式施工前应至少抽取3根进行抗拔力基本试验，验证设计抗拔力等相关参数，以便及时作出必要的调整。

（5）设计方法：现目前大多采用二维分析，选择典型断面设计，但对于岩土设计更应三维分析，岩土数值分析方法，如有限元法，离散单元法等。

（6）动态设计，信息化施工：在现阶段，理论设计还不完善的情况下，最行之有效的方法实施跟踪监测，并将信息及时反馈。掌握支护结构和基坑内外土体移动，随时调整施工参数，优化设计，或采取相应措施，以确保施工安全，顺利进行。施工监测的作用还在于检验设计的正确性，并有利于积累资料，为今后改进设计理论和施工技术提供依据。同时，应选择专业的岩土工程施工队伍，选择同时具有工程勘察综合类甲级和地基基础施工壹级的单位进行施工，由注册岩土工程师担任项目经理，这些单位和个人既懂设计有懂施工，能够及时处理施工中出现的问题，否则，再好的设计也难以得到有效实施，最后支护工程还是会失败。

（7）周边环境条件：在深基坑支护设计中，作为基坑支护设计人员要对基坑支护的周边环境进行高度重视和详细分析，采用合理的支护体系，严格控制支护结构和周边环境的变形，既能保护临近建筑物和管线的安全，又可节约基坑支护的工程造价。

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