人工挖孔灌注桩支护结构加土钉支护体系在水晶城小区高层住宅楼工程深基坑工程中的应用

2016-09-15刘涛，郑勇，康剑，陈锋

西部探矿工程 2016年2期

关键词：支护桩土钉深基坑

刘　涛，郑　勇，康　剑，陈　锋

（新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉831100）

人工挖孔灌注桩支护结构加土钉支护体系在水晶城小区高层住宅楼工程深基坑工程中的应用

刘涛*，郑勇，康剑，陈锋

（新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉831100）

人工挖孔灌注桩支护结构与土钉支护结构各有其优缺点，当基坑土层较差时，为保证基坑下部施工安全，可采用桩锚支护结构与土钉支护结构联合支护技术，有效地发挥桩锚支护结构与土钉支护结构各自的优点。水晶城小区高层位于新疆呼图壁县二工路，其周边环境相对复杂，整体基坑实际开挖深度在自然地面以下-6.0m左右，现拟开挖基坑布局呈矩形，基坑开挖后的西侧及北侧临近市政公路，东侧临近已有住宅建筑，基坑开挖放坡系数有限。实践证明，该基坑采用土钉与桩锚联合支护结构取得了较好的技术与经济效益。

桩锚支护；土钉支护；深基坑

1　概述

土钉支护结构与桩锚支护结构各有其优缺点，土钉支护的优点在于施工速度快、经济、可靠，但在土质较软、水文地质条件复杂、开挖较深且周边环境严峻的条件下的基坑，土钉支护则不适用；桩锚支护适用各种条件下的深基坑，这种支护结构能较好地控制边坡变形、安全性高，但其施工周期长、费用较高。当基坑上部土层较好而下部土层较差时，可采用土钉支护结构与桩锚支护结构联合支护技术，有效地发挥土钉支护结构与桩锚支护结构各自的优点。

2　支护结构设计与计算

当基坑开挖较深时，可充分利用上部地层工程性质好的特点，基坑上部采用土钉支护，按土钉支护模式进行计算，由此来确定土钉的排数、间距与长度。

为较好解决基坑的稳定性，对基坑下部可采用桩锚支护，根据支护深度和土质条件，锚杆可设置一层或多层，其锚固段宜置于较好的粉土、圆砾层中，根据土质和施工条件可选用灌浆锚杆、螺旋锚杆等不同锚型，根据变形控制要求，可选用预应力锚杆或非预应力锚杆。

当进行桩锚计算时，上部土钉支护段的土层可转换成超载参与计算，桩锚支护可按极限平衡法、弹性抗力法或其他能考虑支护结构与土体共同作用的方法计算桩身内力、锚杆力和桩身的变形。

3　工程实例

3.1工程概况

新疆鸿新房地产开发公司水晶城小区高层住宅楼工程拟建场地位于呼图壁县水利局院内。拟建建筑物为1栋地上17层、地下1层的高层住宅，其上部结构为框架剪力强结构，基础采用筏板基础，基础埋深预计在-4.0m，建筑物占地面积1800m2左右。

本基坑开挖深度H=6.00m，根据边坡工程损坏后可能造成的破坏后果的严重性、边坡类型和坡高等因素，按照《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013），此边坡工程等级按三级考虑。

3.2场地周边环境条件

基坑开挖后的西侧及北侧临近市政公路，东侧临近已有住宅建筑，基坑形状及周边环境参见图1。

3.3场地岩土工程地质条件

根据《新疆鸿新房地产开发公司水晶城小区高层住宅楼岩土工程详细勘察报告》，拟建场区属山前冲洪积平原中下部，在本次勘察深度范围内，场区地层自上而下可分为3层，该拟建场地地层主要由杂填土、粉土和圆砾组成。

3.3.1工程地质条件

下面仅对与基坑支护相关的地层描述如下：

图1　基坑概况与周边环境条件（单位：m）

①层杂填土（Qml4）：杂色，稍湿，中密，主要成分为粉土。层间夹有砖块、水泥块及生活垃圾。该层在场地内连续分布，层厚为1.5～2.4m。

②层粉土（Qal+pl4）：土黄色，稍湿—湿，稍密—中密；干强度中等—高，韧性低，摇震反应低—中等，切面粗糙—光滑；包含物为粉砂，层顶埋深1.5～2.4m，基坑的东侧在勘探深度20m范围内全为粉土。

③层圆砾（Qal+pl4）：青灰色，稍湿，中密；砾石多呈次圆状，一般粒径5～10mm，最大粒径可达100mm，级配不良；母岩成分以凝灰岩及砂岩为主，微风化；充填物为中细砂，充填程度良好。主要分布在基坑的西侧。与基坑支护设计相关地层的岩土设计参数取值见表1。

表1　与基坑支护设计相关地层的岩土设计参数取值表

3.3.2水文地质条件

在本次勘探深度范围内未揭露到地下水。根据该区水文地质资料，地下水潜水水位埋深大于30m，故施工时不考虑地下水对工程建设的影响。

3.4设计方案比选

3.4.1本基坑工程之特点

（1）本基坑周边距东侧楼房有7～8m宽的空场地，且场区上部岩土层填土之下即为粉土，粉土层的物理力学性质好，有较大的自立高度；西侧可适当放坡开挖，有利于支护结构更加经济合理；

（2）本深基坑开挖深度H=6.0m，开挖深度不大，其开挖范围受场地范围局限，不能完全放坡开挖。应对坑壁土体采取有效支护措施，防止土体滑移坍塌，并应限制支护结构之侧向位移。

3.4.2深基坑支护方案选择

根据本基坑工程特点，经过经济、技术及工期等综合比较优选，确定采用土钉与桩锚联合支护结构体系。基于以下几点：一是场区上部地层主要为粉土，有一定自立高度和锚固力，为上部采用土钉支护提供了条件；二是锚杆施工范围内时无地下障碍物（如桩基础及其他地下设施）；三是桩锚施工具有较成熟的施工经验；四是可为土方开挖与地下室施工提供足够空间，利于后续施工。

3.5深基坑支护结构设计

本深基坑支护方案确定为土钉与桩锚支护联合支护结构体系：沿基坑东侧根据环境条件及建筑物结构特点，基坑采用支护桩加锚杆的桩锚支护结构。

支护桩采用人工挖孔灌注桩。为有效控制支护桩的侧向位移以及防止锚杆体在土层的蠕动变形而导致锚拉力的损失，桩锚支护体系的锚杆设计采用预应力锚杆。

典型的支护结构剖面图如图2所示。

图2　A-A′段支护结构剖面图（单位：mm）

3.5.1土钉支护结构设计

地面超载一般取q=5kPa（无重载运输车辆沿坑边行驶）；另根据周边临近建筑物距离与层数一数二计入其附加荷载。土压力采用朗肯土压力理论，根据地质条件及开挖深度概化成代表性地质剖面进行计算，由此来确定土钉的排数、间距与长度。

3.5.2桩锚支护结构设计

（1）支护桩结构设计。支护桩采用人工挖孔灌注桩：采用600mm×700mm的矩形桩，设计有效桩长L= 10.0m，沿基坑东边线布置；支护桩桩顶设置冠梁：截面尺寸400mm×700mm，冠梁沿支护桩轴线形成封闭圈。

支护桩桩身设计砼强度等级C25，主筋Ø18@200，箍筋为8@200。桩顶冠梁设计砼强度等级为C25，主筋为Ø12Φ18，箍筋为Ø8@200，支护桩主筋插入冠梁内400mm。

（2）预应力锚杆设计。预应力锚杆主动对支护桩施加反力，可有效减少和控制支护桩的侧向位移，并能使支护桩桩身弯矩明显减小，同时可减少锚杆体在软弱土层的蠕动变形而导致锚拉力的损失。

锚杆设计参数：锚杆水平间距Sx=2.0m，锚杆成孔直径d=150mm，锚杆对水平方向倾斜角θ=15°。计算结果如表2所示。

表2　锚杆计算参数

①锚固体采用高压灌浆施工工艺，灌浆压力应控制在0.4～0.5MPa。灌浆材料采用纯水泥浆（亦可采用水泥砂浆），水灰比0.40～0.5，水泥选用32.5MPa普通硅酸盐水泥。注浆体的强度等级应达到M10（配合比由试验确定）。锚杆施工完毕且达到设计强度的70%后方可进行预应力张拉，张拉锁定荷载为0.4～0.6倍的设计值。

②锚杆抗拔试验在锚固体强度达到70%以后进行，检验数量不少于锚杆总数的1%，且每个剖面不少于5根。

3.6基坑施工与基坑监测

3.6.1基坑施工

在基坑施工的过程中，人工挖孔桩在砂层段采用钢护筒，克服了砂土、流土、流砂造成的孔壁坍塌的困难。

3.6.2基坑监测

为确保该项目地下工程安全、顺利地完成，在基坑开挖及地下室施工过程中，采用了信息法施工进行施工，运用了多手段进行了基坑监测。

基坑周边建筑物、邻近道路共布3个观测点，周边土体水平位移观测点共3个，从监测结果来看，基坑变形均在允许范围内。

基坑监测及其运行结果表明该基坑的设计是成功的。