淮南数码广场深基坑支护方案优化与变形分析

李 辉（安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南 232001）



淮南数码广场深基坑支护方案优化与变形分析

李 辉
（安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南 232001）

摘要：淮南数码广场基坑工程具有面积大、超深度和周边环境复杂等特点，针对这些问题，在该地区首次使用高压旋喷桩引孔内插H型钢外加加劲旋喷锚桩锚拉支护方式．该支护方式相对传统，具有较高的安全性、经济性．通过对桩和锚索的监测数据分析得到：桩体的偏移量随着基坑开挖深度的增加而增大，锚索轴力的总体趋势在减小，但在开挖的后期，锚索监测值趋于稳定．该基坑工程的成功经验可供淮南地区类似工程参考．

关 键 词：深基坑工程；锚拉型钢；支护设计；变形

1 工程概况

淮南数码广场二期工程位于淮南市田家庵区朝阳路与学院南路交汇处西北角，周边环境如图1所示．基坑东侧紧邻在建一期项目，一期项目含一层地下室，地下室底板底标高－6．50m．基坑北侧为居民住宅区，左侧高层住宅区含一层地下室，桩基础；右侧4层住宅浅基础，距离基坑开挖边线3．6～5m．基坑西侧距离学院南路绿化带13m，绿化带内含地下管线．基坑南侧距离朝阳中路绿化带8．3m．拟开挖基坑围护面积约1．5万平米，围护周长约700m，场地相对标高－0．15m，基坑挖深16．15m．

根据地质勘察报告提供资料，基坑开挖支护涉及土层包括：①层素填土，主要为耕植土；②层粉质粘土，可塑状，为中等压缩性土；③层粘土，硬塑状，干强度较高；④层强风化泥质粉砂岩，有较高承载力，压缩性较小；⑤层中风化泥质粉砂岩，承载力高，压缩性小．勘察期间测得稳定水位埋深1．5～2．0m，水量较小．赋存有两种类型的地下水：第四系松散层中的上层滞水，主要为地表水直接补给；基岩强风化层中的孔隙性水，主要赋存于砂岩强风化层及基岩裂隙中．

图1　基坑周边环境

2 支护方案选择

本基坑工程开挖面积大，深度达到16．15m，周边环境复杂，场地局部①层素填土较厚，对基坑开挖不利，其余土层地质条件较好．基坑开挖“时空效应”可能引起周边建筑物、道路及地下管线沉降，情况严重时可能造成建筑物和道路沉降或开裂，并且造成地下管线错断和破坏．根据相关规定［1］，基坑侧壁安全等级为一级，重要性系数为1．1．如何根据场地条件选择既安全、经济又便于施工的支护体系成为本工程所面临的一个主要问题．根据《建筑基坑支护技术规程》［1］（JGJ 120－2012），锚拉式和支撑式为两种可选的基坑支护结构．王伟［2］等利用预应力高压旋喷锚桩对开挖深达16．55m的基坑进行支护，取得了良好的效果；姜忻良［3］等利用钢筋混凝土钻孔灌注桩围护墙加双排双头水泥土搅拌桩止水帷幕支护体系对天津某深基坑工程成功支护；再结合大量基坑工程的成功实践经验［4－5］，适合本工程主要支护结构形式有地下连续墙＋内支撑、排桩＋内支撑、排桩＋锚杆等，其中，排桩可以采用钻孔灌注桩和SMW工法桩．在调研、分析周边环境和地质资料以及类似基坑工程成功经验的基础上，确定采用的支护方式为：东、南、北侧采用放坡＋旋喷搅拌桩引孔插H型钢＋三道旋喷搅拌加劲桩的支护形式，搅拌桩采用Ø650＠1 800，桩长13．5m，采用P．O42．5普通硅酸盐水泥，水灰比1．2，水泥掺量为15%，型钢采用H500×300×11×18，间距1 800，长度为14m，横向采用旋喷搅拌加劲桩Ø220＠1800、Ø150＠2700，L＝12．0～21．0m，倾角25～35°，内置1～4Ø15．2预应力钢绞线，支护结构剖面如图2所示．

图2　支护结构剖面

3 旋喷搅拌桩内插型钢施工工艺

（1）施工流程．测量放样→布置桩机→校核桩机水平和垂直度→开机、送先水→钻头切割土体至桩底设计标高→钻头提升喷浆至桩顶设计标高→待插入的型钢起吊、定位→校核待插入型钢垂直度→插入型钢→固定型钢→基坑施工→基坑回填→型钢回收起吊→孔隙回填．

（2）施工前进行工艺性试桩．试桩数量应不少于3根，并根据试桩结果对相关施工参数进行优化．

（3）水泥浆液制备．水泥浆液水灰比初定1∶1．2，需根据现场试验进行修正．针对围护结构施工的特点，水泥土配比应满足以下要求：①水泥浆液及水灰比要设计合理，既要确保水泥土强度，又要满足型钢及槽钢靠自重插入．若在自重作用下型钢不能顺利到位，可略微施加外力，将其插入到设计水平．②泥掺入比要保证水泥土强度，降低土体置换率，减少施工对周围环境的扰动．③为了能够充分发挥水泥土和型钢复合结构的作用，水泥土和涂有隔离层的型钢之间必须有良好的握箍力，为型钢上拔回收创造良好的条件．④在型钢起拔后，水泥土能够自立不塌，便于型钢孔隙的充填施工．

（4）水泥浆液注入．配制好的水泥浆停滞时间不能超过2h，相邻搅拌桩搭接施工时间间隔不得超过24h．注浆时，必须1台注浆泵配1条管路进行注入．注浆泵送压力宜为1．0MPa，注浆流量150～250L／min／每台．

（5）桩机钻进搅拌．搅拌桩桩身采用一次搅拌工艺（带气下沉搅拌喷水→关闭气体提升搅拌喷浆→完成一根桩施工）．搅拌时原状土与水泥浆必须搅拌均匀，提升时边注浆边搅拌．为了保证土体均匀搅拌，在下沉喷水的同时送气切割土体，加速搅拌，还可避免桩体内产生气泡，影响桩的密实度；提升时采用关闭气体、保持喷浆．施工时必须严格控制下沉和提升速度，下沉速度控制在小于0．8m／min，提升速度控制在1．0mm／min，并在桩底部分重复搅拌注浆．

（6）型钢加工制作．型钢的加工制作应按照国家标准《钢结构工程施工验收规范》（GB50205—2001）进行，作为临时性结构，还必须满足以下要求：①截面高度500mm的H型钢公差下限为－5mm；②H型钢翼缘倾斜允许误差在规范之外增加2mm；③工厂采用CO2自动焊接，角焊缝高度为6mm；现场对接焊缝必须开剖口焊透；全部焊缝质量等级均须达到二级．

为了回收工作的顺利进行，在型钢外表需涂刷减摩剂，减摩剂重量配合比为氧化石蜡∶阳离子乳化剂∶OP∶助乳剂∶防锈剂∶水＝15∶1．3∶0．8∶2∶2∶65．减摩剂涂抹前采用电热棒加热至完全熔化，搅拌时感觉厚薄均匀时才能涂敷．连接梁浇筑时，埋设其中的H型钢部分必须用牛皮纸包裹．

（7）插入型钢施工．完成搅拌桩施工后，应立即采用吊机准备吊放H型钢．搅拌桩内插H型钢时应进行先试插入，必要时调整水灰比．型钢的接长其焊接部位应按设计规定在内力较小截面处．

（8）型钢的拔除．当地下主体结构施工完毕，基坑回填后方可拔除H型钢．拔除时，采用专用夹具和千斤顶以圈梁为反梁，起拔回收H型钢．拔除设备为一台25t汽车吊各配备一组千斤顶，每组两个千斤顶．

拔除前应平整场地，清理顶圈梁上的土层，保证千斤顶能够垂直平稳放置．具体拔除流程为：①将千斤顶平稳地放在顶圈梁上，用吊车将H型钢起拔吊住，冲头部分哈夫圆孔对准插入H型钢上部的圆孔，并用销子固定；②在起拔架与H型钢翼缘之间插入锤型钢板，以夹住H型钢；③开启油泵，千斤顶顶住起拔架横梁向上起拔，待千斤顶行程到位时，敲松锤型钢板，起拔架随千斤顶回到原位；④待第二次起拔时，必须用吊车钢丝绳穿入H型钢上部的圆孔将H型钢吊住．重复以上工序直至将H型钢完全拔出．

（9）孔隙填充．为减小拔出H型钢后其孔隙对周围道路、建筑物的影响，H型钢拔出后必须及时对空隙进行填充注浆封孔，注入水泥浆水灰比为1．2．根据拔除后监测情况，若变形较大，可调整型钢拔除流程．

4 现场监测

为确保基坑周边环境安全以及工程顺利进行，挖土过程中，对围护结构顶部垂直、水平位移，周边道路及房屋沉降，坑外土体深层水平位移，加劲锚桩轴力等进行监测，实行信息化施工．至工程回填，顶部放坡段冠梁最大水平位移22mm，坡顶最大水平位移23mm；北侧局部垂直开挖段冠梁最大水平位移24mm，临近房屋最大竖向位移11．3mm；道路最大沉降9．5mm，最大水平位移28mm．KD01测斜管位于基坑的东北角，其监测数据如图3所示，锚索轴力监测值如图4所示．

由图3可知，桩体的偏移量随着基坑开挖深度的增加而增大．桩体的最大偏移随着基坑开挖深度的增加而增大，桩体的偏移主要出现在桩顶的位置，因此，应着重加强桩顶的锚固．桩身上部和下部的偏移方向相反，桩顶往开挖面方向偏移，桩底往相反方向偏移．

测斜管长度为18米，从挖土开始记录数据，从2014年1月22日记录到2014年5月5日结束，由于支护桩是H型钢，属于弹性变形体，其桩身位移并不是线性变化的．初期开挖土体较慢，当开挖至第一层并施加锚杆后，可以看到桩身明显向基坑内部移动，其最大位移位于桩的中上部，这也与土体的变形规律相一致．测斜孔在0．5～6．5m处，测斜值较大，最大位移约为25mm，桩顶的变化趋势较为平缓．在2014年1月29号年底放假未施工期间，伴随着一段时间的强降雨，当第二道锚杆施工完成后，可以看到相比较第一次开挖的记录值有了较大的偏差，最大的偏差约为20mm，可见桩后的土压力有了较大地增加，施工方增加了放置钢筋网片、及时排水等措施有效地防止桩体位移继续增加．

此后的施工较为连续，并在开挖后及时地放置钢筋网片，随后的几次开挖记录和前次的对比，偏差不大，变形也没有突变的地方，曲线也比较平缓，且后几次地变形的规律也较一致，这也表明了桩后土体的应力没有发生突变，土压力在逐步地增加，与及时地施加预应力锚杆也有必不可少的联系，桩体地位移都在安全可控的范围内，桩体变形的最大值都位于桩体的中上方．说明采用高压旋喷桩引孔内插H型钢支护方式是可靠的．

由图4可知，3道锚索施加的轴力分别为120kN、250kN、90kN．锚索在施加预应力完成后，在初期的几天都有轴力卸载的情况，锚索轴力卸载的原因主要有土体受压后产生压缩变形、钢绞线的弹性回缩和锚具变形等因素．锚索轴力的总体趋势在减小，但在开挖的后期，锚索监测值都趋于稳定．

图3　KD01点测斜实测数据图　

图4　锚索实测轴力值

5 结论

淮南数码广场二期工程基坑周边环境复杂，基坑开挖深度大．根据地层条件，选用高压旋喷桩引孔内插H型钢外加加劲旋喷锚桩锚拉方案支护，在整个地下工程施工过程中，对周边环境变形的影响均在相关规范要求范围内．通过该工程的成功事例，可得到以下结论．桩体的偏移量随着基坑开挖深度的增加而增大．最大位移出现在桩体的中上方，因此，应着重加强桩顶的锚固．锚索的轴力随着时间增加会逐渐卸载，但在开挖的后期，变化很小，趋于稳定．由于该种支护方式在淮南地区首次应用且效果明显，积累了宝贵的设计施工经验，对以后类似工程有着重要的参考价值．

参考文献：

［1］ JGJ 120－2012，建筑基坑支护技术规程［S］．北京：中国建筑工业出版社，2012．

［2］ 姜忻良，宗金辉，孙良涛．天津某深基坑工程施工监测及数值模拟分析［J］．土木工程学报，2007，40（2）：79－84．

［3］ 王伟，陈建国，杨维国．预应力高压旋喷锚桩作深基坑支护的施工技术［J］．地基基础，2013（2）：93－95．

［4］ 穆保岗，陶津．地下结构工程：第二版［M］．北京：东南大学出版社，2012．

［5］ 龚晓南．基坑工程实例3［M］．北京：中国建筑工业出版社，2010．

The optimization of huainan digital square deep foundation pit project and deformation analysis

LI Hui
（School of Civil Engineering and Architecture，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China）

Abstract：The foundation engineering of Huainan digital square is large and deep，with its surrounding environment being complex．To solve these problems，high pressure spray pile with inside h－beam and outside reinforced spray pile is firstly applied in these area．Compared with the traditional supporting methods，this support pattern is more secure and economical．Through the analysis of the monitoring data of pile and anchor cable stress data，the result shows that the offset of piles is growing with the depth of excavation of foundation pit．And the overall trend of the anchor cable force is falling and becomes stable later．The successful experience of the foundation pit engineering reference to similar projects in Huainan area．

Key words：foundation pit engineering；anchor H－beam steel；support design；deformation

作者简介：李 辉（1970－），男，安徽淮南人，工程师，博士研究生．

收稿日期：2015－09－10

文章编号：1672－2477（2016）01－0085－04

中图分类号：TU753．1

文献标识码：A