预应力锚杆复合土钉基坑支护监测分析★

葛 燕 锋

(1.北方工业大学土木工程学院，北京 100144；2.北京兴电国际工程管理有限公司，北京 100048)

预应力锚杆复合土钉基坑支护监测分析★

葛 燕 锋1,2

(1.北方工业大学土木工程学院，北京 100144；2.北京兴电国际工程管理有限公司，北京 100048)

结合北京某研发楼工程，介绍了预应力锚杆复合土钉基坑支护结构的方案设计及施工方法，通过基坑支护监测，分析了基坑坑壁水平位移和锚杆拉力的分布情况，指出采用土钉墙和预应力锚杆复合土钉支护可提高基坑的安全性。

基坑支护，复合土钉墙，预应力锚杆，水平位移

预应力锚杆复合土钉支护是在土钉支护基础上发展起来的新型基坑支护结构，弥补了土钉支护的一些不足，增加了工程适用性，近年来已在我国深基坑支护施工中得到了越来越多的应用。预应力锚杆复合土钉支护应用于较深基坑支护，具有较好的经济性，基坑边坡变形小，施工简便等优点。本文结合实际工程阐述复合土钉支护设计、施工、监测技术要点。

1 工程概况

北京某研发楼工程，主体结构为框架剪力墙结构，地上4层，地下2层，基础为筏板基础，埋深11.2 m～13.35 m，建筑面积约45 800 m2。本场地表层土为人工填土层，其下为新近沉积土层及一般第四纪沉积土层。拟建场区的地层自上而下情况如下：

表层为人工填土层：粘质粉土砂质粉土填土①层：黄褐色(暗)，松散～中密，湿～很湿，含少量砖渣、白灰渣、植物根、螺壳、角砾。本层厚度1.10 m～4.80 m。

新近沉积土层：粘质粉土砂质粉土②层：褐黄色，中密～密实，稍湿～湿，含氧化铁、云母、树根、有机质，属中高～中压缩性土层，本层厚度0.40 m～2.10 m；粘质粉土砂质粉土③层：灰色，密实，湿～稍湿，含氧化铁、云母、有机质，局部夹粉砂透镜体，属中高～中低压缩性土层；本层厚度0.20 m～9.90 m；粉质粘土重粉质粘土④层：灰色，很湿，可塑局部硬塑，含氧化铁、云母、有机质，属中高～中压缩性土层，本层厚度0.80 m～6.20 m。

第四纪沉积层：粉质粘土重粉质粘土⑤层：褐黄色，很湿～湿，可塑局部硬塑，含氧化铁、云母、姜石，属中高～中压缩性土层；粉质粘土重粉质粘土⑥层：褐黄色，很湿，可塑局部硬塑，含氧化铁、云母、姜石，属中高～中压缩性土层；粉质粘土粘质粉土⑦层：褐黄色，很湿，可塑局部硬塑，含氧化铁、云母、姜石，属中～中低压缩性土层；粉质粘土重粉质粘土⑧层：褐黄色，很湿，可塑局部硬塑，含氧化铁、云母、姜石，属中～中低压缩性土层。

依据水文勘察报告，在勘察深度范围存在两层地下水，地下水类型分别为上层滞水和潜水。上层滞水水位埋深为2.19 m～4.60 m，潜水水位埋深为7.10 m～8.10 m。降水施工采用管井井点降水，管井为φ400无砂混凝土管，井深25.0 m，井点间距8.0 m。

2 基坑支护设计

根据地质条件和基坑深度较大，周边环境及地质条件较复杂的具体情况，本工程基坑采用支护施工。基坑安全等级为二级，通过对多种支护方案的优化，最终确定基坑支护方案采用土钉墙和预应力锚杆复合土钉墙支护。1)基坑深度为11.2 m部位，采用土钉墙支护。土钉墙坡度1∶0.7，布置8排土钉，土钉支护设计参数见表1。土钉孔径110，灌注M20纯水泥浆。面层为80 mm厚C20喷射混凝土，钢筋网为双向φ6@250×250,加强钢筋为Φ16 HRB335@1 500。2)基坑深度为13.35 m部位，采用预应力锚杆复合土钉墙支护。土钉墙坡度1∶0.7，设置8排土钉和1排预应力锚杆，其中第4排为预应力锚杆，土钉支护设计参数见表2。土钉孔径110，锚杆孔径150，均灌注M20纯水泥浆。支护面层为80 mm厚C20喷射混凝土，钢筋网为双向φ6@250×250,加强钢筋为Φ16 HRB335@1 500。复合土钉支护剖面见图1。3)预应力锚杆复合土钉墙支护稳定性验算，采用稳定性分析方法对每步施工工况进行计算，土层物理力学参数如表3所示，坡顶荷载按20 kN/m，距坑边2 m，作用宽度6 m。预应力锚杆设计荷载200 kN，锁定荷载100 kN，计算中不考虑锚杆的预应力，按土钉对待，计算获得的不同工况稳定安全系数如表4所示。

表1 土钉支护设计参数

表2 复合土钉支护设计参数

表3 土层物理力学参数

3 预应力锚杆复合土钉墙施工

3.1 土钉墙施工工艺流程与施工方法

土钉墙施工随土方开挖进行，基坑边坡开挖采用分层分段开挖。土方分层开挖深度由土钉竖向间距确定，分段开挖长度为20 m～30 m。施工流程：抄平放线→开挖工作面→修坡→土钉钻孔→插筋→注浆→绑扎钢筋网→土钉与加强筋焊接、加垫块→喷射面层混凝土→养护→第二步支护重复上述流程→设置护顶、护脚。土钉成孔采用人工洛阳铲成孔，成孔后及时插放钢筋，并注浆；置筋前在钢筋上每隔2.0 m焊一定位支架，以保证钢筋在孔中的位置，注浆采用注浆泵孔底常压注浆,水灰比为0.5左右。土钉支护面层C20喷射混凝土，采用干式锚喷机喷射，两遍成活；喷射混凝土配合比为：水泥∶水∶砂∶石=1∶0.6∶2∶2，添加速凝剂3%～5%。

表4 不同工况稳定安全系数

3.2 预应力锚杆施工工艺流程与施工方法

预应力锚杆施工流程如下：抄平放线→成孔、锚索加工→下锚索→注浆→养护、面层施工→张拉锁定。锚杆成孔采用立轴式地质钻机配螺旋钻具等工艺成孔；拉杆在现场制作，每2.0 m绑一个支架，将锚杆自由段套入注入油脂的套管中，套管管段用工程胶布固定；采用BW200泥浆泵孔底压力注浆，一次注浆待孔口溢浆，即可停止注浆，在滞水层与潜水层采用二次注浆，注浆压力宜控制在2.5 MPa；面层养护达到15 MPa且锚固体强度大于15.0 MPa(约5 d)，并达到设计强度70%后方可在面层上进行张拉锁定。锚杆正式张拉前，抽取5%做试验。锚杆张拉使用液压电动张拉机，锚杆张拉至设计值，观察10 min后于设计值锁定。

4 预应力锚杆复合土钉支护现场监测

4.1 监测方案

本工程基坑支护监测包括预应力锚杆复合土钉支护坑边水平位移监测、锚杆水平位移监测、锚杆拉力监测、土钉支护坑边水平位移监测。坑边水平位移监测点布置在基坑坡顶，每隔20 m设置一个观测点，采用视准线法进行边坡水平位移监测，坑顶水平位移报警值为60 mm；锚杆水平位移监测点设置在已张拉锚具上，采用极坐标法使用Leica TCA1800全站仪进行观测。锚杆拉力采用MSJ-201型振弦式应变计进行锚杆轴力量测，共设3个测点。

现场量测随着基坑开挖与支护施工分步进行，分步开挖深度由土钉竖向间距确定。土方开挖前设置坑边水平位移观测基准点，第一步土方开挖后，在基坑四周复合土钉墙顶设置观测点，监测频率为基坑开挖期间开挖深度小于5 m，1次/2 d；开挖深度超过5 m到见槽底14 d内，1次/1 d；14 d～28 d，1次/2 d；28 d以后，1次/3 d；经数据分析确认达到基本稳定后1次/月。

4.2 监测结果

基坑变形检测点沿基坑周边布置，间距20 m，选取位于基坑中部的测试点的现场量测数据进行分析：1)水平位移分布。基坑开挖前设置测试水平位移基准点，第一步支护完成后，在支护顶部设置观测点，进行水平位移初始值的量测，以后随基坑的开挖情况进行量测，每开挖一步后进行一次测量，两步之间进行一次测量，水平位移的分布曲线见图2。2)锚杆拉力分布。锚杆张拉到设计锁定荷载后进行锚固，测试锚杆拉力初始值，以后每开挖一步和按计划监测频率进行量测，锚杆拉力测试结果见图3。

图2 水平位移分布曲线

图3 锚杆拉力分布

5 结语

1)本工程基坑支护采用土钉墙和预应力锚杆复合土钉支护方案，是一个成功的实用案例。实施过程中监测数据都在规范允许范围内，该方案既经济实用，又保证基坑支护安全。2)坑顶水平位移随基坑开挖深度增加逐步增大，前期增幅明显，基坑开挖一定深度后渐趋稳定。3)预应力锚杆复合土钉支护中，锚杆是主动受力体，对约束基坑壁水平位移起较大作用。4)随着基坑挖深增大，锚杆拉力增大明显，到一定深度后拉力基本稳定。5)若场地允许，土钉墙设计坡度较小，可以有效控制坑壁的水平位移。

[1] 李亮辉，曹笑肇.复合土钉墙在复杂地层条件下的应用[J].岩土工程学报,2008，30(sup)：608-611.

[2] 魏焕卫，贾 强，孙剑平，等.深基坑复合土钉墙的变形控制设计和施工[J].建筑技术，2009，40(2)：147-150.

[3] 贾金青，张明聚.深基坑土钉支护现场测试分析研究[J].岩土力学，2003，24(6)：413-416.

[4] GB 50497—2009，建筑基坑工程监测技术规范[S].

Analysis on monitoring of prestressed anchor composite soil nailing wall★

Ge Yanfeng1，2

(1.CollegeofCivil.,NorthChinaUniv.ofTech.,Beijing100144,China；2.BeijingScientechInternationalProjectManagementCo.,ltd,Beijing100048,China)

Combining with some research and development projects in Beijing,the paper introduces the scheme design and construction methods for the prestressed anchor nailing foundation pit support structures,analyzes the horizontal displacement of the foundation pit walls and distribution of the anchor stress by the supervision of the foundation pit support,and points out the nailing walls and prestressed anchor composite nailing support can improve the safety of the foundation pits.

foundation pit support,composite nailing wall,prestressed anchor,horizontal displacement

2015-10-17 ★：北京市教育委员会科技发展计划面上项目资助(项目编号：KM201410009011)

葛燕锋(1964- )，男，副教授，国家一级建造师

1009-6825(2015)36-0043-02

TU463 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A