桩锚支护在汇通国际基坑中的应用

孙 广 灿

(北京华宇工程有限公司，北京 100120)



桩锚支护在汇通国际基坑中的应用

孙 广 灿

(北京华宇工程有限公司，北京 100120)

结合叶县汇通国际工程实例，分析了该工程的周边环境与水文地质条件，确定了排桩支护方案和地下水治理措施，探讨了支护结构的设计及计算方法，旨在保证基坑工程的安全稳定性。

基坑，支护结构，排桩，地下水

1 工程概况

叶县汇通国际商住区总占地约16.5亩，由住宅楼及其裙房、地下车库组成，2层地下车库。基坑长140 m，宽70 m，支护面积5 500 m2，开挖深度13 m，属一级基坑。

该基坑位于叶县商业地带，周边临近楼房、道路。北靠县委招待所，南邻粮食局，昆阳大道及新建路位于场地东西两侧，周边南侧较多2层民房，周边环境复杂。

2 工程及水文地质条件

根据勘察报告资料，场地地貌单元属河流相冲积平原地貌单元，地层主要由杂填土、粉质粘土、粉砂、细砂、卵石、粘土等组成，较稳定。

2.1 地层介绍

①层杂填土：黄褐色为主。上部主要为建筑垃圾，下部主要为粘性土，见少量植物根系，稍湿。结构松散。厚度1.26 m。

②层粉质粘土：褐黄色。见铁锰锈斑点及少量钙质结核。稍有光泽，韧性中等，干强度中等，无摇震反应。硬可塑。厚度2.72 m。

③层粉质粘土：褐黄色。含少量钙质结核。稍有光泽，韧性中等，干强度中等，无摇震反应。可塑～软塑。厚度3.48 m。

④层钙质结核：灰黄色～灰白色，钙质结核含量50%～70%，粒径一般1.0 cm～5.0 cm，最大超过10 cm，充填硬可塑粉质粘土。该层分布普遍，层位稳定。饱和，中密。平均厚度0.99 m。

⑤层粘土：灰黄色～棕黄色。含较多铁锰质锈黄斑及结核，夹少量灰绿色粘土团块及条带。有光泽，干强度高，韧性大。分布普遍。稍湿，可塑～硬塑。厚度1.52 m。

⑥层粉砂：灰黄色～灰白色。砂粒主要矿物成分为石英、长石，含粉质粘土团块，局部相变为硬塑状粉质粘土薄夹层。饱和，中密。厚度1.79 m。

⑦层细砂：灰黄色～灰白色。主要矿物成分为石英、长石，局部含少量硬塑状粘性土及中密粉砂团块，局部相变为硬塑状粉质粘土薄层。饱和，中密～密实。厚度4.36 m。

⑧层卵(砾)石：黄褐色。主要颗粒为石英砂岩、灰岩，粒径多小于5 cm，亚圆形，颗粒不均匀，级配较好。充填物10%～20%硬塑粘土。饱和，密实。厚度1.93 m。

⑨层粘土：灰绿色～棕黄色，含铁锰质结核，钙核含量由上向下渐少至无，具灰绿色粘土条带，有光泽、韧性高，干强度高、无摇震反应。硬塑～坚硬。

2.2 场地水文资料

根据勘察报告及施工时的实测资料，场地地下水初见水位约在地面下6.5 m左右，稳定水位埋深在自然地面下约6.00 m(施工时实测)。场地地下水类型为潜水，该潜水略具承压性。主要赋存于④层粉质粘土、⑤层钙质结核、⑥层粉砂、⑦层细砂及⑧层卵石中，其下部粘土为弱透水层，主要接受大气降水及地表水渗流补给，以人工取水、蒸发及径流等方式排泄。

3 基坑支护方案分析

方案设计初期，考虑了两种支护形式，一种是高压旋喷桩插型钢方案，另一种是排桩方案。高压旋喷桩插型钢方案相对较为经济，但根据场地水文、地质条件，细砂及卵石层较厚，地下水较丰富，考虑到高压旋喷桩插入型钢较困难，成桩可靠性较差，故将其排除，采用排桩方案。

3.1 排桩支护方案

排桩预应力锚杆适用于开挖深度较大、变形控制较严格的基坑工程[1]。通过对本基坑工程的特点、地质条件和周边环境的分析，综合考虑支护造价、施工工期和坑内环境等因素，并结合平顶山地区的基坑支护经验，选用如下方案：北侧及西侧采用上部2.5 m左右自然放坡，下部桩锚支护；南侧东部上部5 m采用复合土钉墙，下部采用桩锚支护；南侧西部及西侧采用上部6 m左右土钉墙，下部采用桩锚支护，其中支护桩采用钻孔灌注桩，上部锚索采用钻孔锚索，下部2排～3排采用旋喷锚索。这种综合支护技术既兼顾了锚喷支护和桩锚支护技术的优点，同时也避免了各自的缺点，显然该方案既安全又经济。在桩锚支护结构中，灌注桩及钻孔锚索的施工工艺在平顶山地区已经非常成熟，而在地下水位以下的粉、细砂层钻孔锚索成孔难且费用大，而旋喷锚索解决了这些问题，不但施工工艺简单、经济而且锚索承载力高。但旋喷锚索施工工艺在平顶山地区的使用却不多见，通过本工程中的试验及使用，克服了锚索在地下水位以下砂层中成孔难的技术难题，锚索承载力也超过了预期效果。

3.2 地下水治理

1)基坑侧壁止水。根据本地区经验，基坑降水较深会引起地面沉降，从而可能造成建筑物的开裂，影响其正常使用，故本次采用高压旋喷桩(三管法)进行止水，但基坑外侧水位较高会对基坑围护结构施加较大的侧向水压力，造成支护结构强度的增加，使支护成本增大，所以对基坑外侧也进行少量降水，外侧将水位降至地面下8.5 m，内侧降至基底下1 m。止水帷幕顶标高为-8.7 m，底标高至⑨层粘土。高压旋喷桩直径不小于1 m，与灌注桩咬合。

2)基坑降水。因基坑开挖面积较大，决定采用井点降水的形式[2]。基坑降水采用管井降水，基坑外降水井间距约15 m，基坑内降水井间距为25 m，井深20 m，井径0.3 m。

根据JGJ 120—2012建筑基坑支护技术规程7.3[3]计算，基坑外降水井间距约15 m，基坑内降水井间距为25 m，井深20 m，井径300 m，并设4口观察井。

3.3 支护结构的设计

传统的桩锚支护计算方法如等值梁法、静力平衡法等采用大量的假设条件，计算方法复杂，许多工况与实际情况不太相符，计算得到的弯矩、剪力、位移的点很少，不利于优化设计和施工中的复合监控。本工程采用的是m法，该方法是基于地基系数的有限差分法来计算支挡结构的内力和位移，利用计算程序，极大的简化了计算过程。本次计算采用了弹性土压力模型和经典法土压力模型，模型设计见图1。经典土压力所计算的土压力一般偏大，故得到的最大弯矩偏于安全，然后利用弹性土压力模型核算桩体最大弯矩、剪力及变形，计算结果见图2。根据计算结果可知，基坑侧壁的最大位移为19 mm，满足周边建筑物、管线对变形的控制要求。

支护桩设计按弯矩、剪力最大处配筋，根据计算结果，支护桩主筋18φ20，箍筋d8@100。设计内力见表1。

表1 设计内力取值表

3.4 锚杆的设计

根据安全、经济、施工方便的原则，细砂层以上的锚杆采用钻孔注浆型锚杆，细砂层及其以下难以成孔的地层采用旋喷锚杆。锚杆设计计算时的具体参数见表2。

表2 锚杆设计参数

3.4.1 整体稳定

计算方法：瑞典条分法；应力状态：总应力法；条分法中的土条宽度:0.40 m。

滑裂面数据：整体稳定安全系数Ks=2.060；圆弧半径R=11.225 m；圆心坐标X=-0.233 m，圆心坐标Y=4.194 m。

3.4.2 抗倾覆计算

抗倾覆安全系数:

其中，Mp为被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值；Ma为主动土压力对桩底的倾覆弯矩。注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。

经计算，最小安全系数Ks=2.193≥1.250,满足规范要求[3]。

根据监测数据显示，在该计算剖面处，水平位移仅7 mm，比计算的19 mm小的多，桩锚支护方案在设计和施工上是成功的，保证了建筑物地下结构的施工和周边环境的安全。

4 结语

基坑支护工程设计时，应该先做好现场原始资料的收集工作，特别是周边环境的调查，一定要反映现场的真实情况，这样才能为设计提供可靠的依据，做出的设计图纸才能有效的指导施工。

细节决定成败，设计时应将基坑支护结构的细部及构造在施工图纸上反映出来，只有设计出来的施工图能够有效的指导施工，才能保证基坑的安全运行。

桩锚支护方案适用于周边环境复杂、基坑开挖深度大、地质条件差的工程，能够有效的保证周边环境的安全，是一种经济可靠、安全、环境适应性强的首选方案，但其对施工技术要求高，需要在施工开始前制定详细的施工方案，在施工中做到监测的实时性，并及时将施工中遇到的问题、监测的数据提供给设计，做到信息化施工。

[1] DBJ 41/139—2014,河南省基坑工程技术规范[S].

[2] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[3] JGJ 120—2012,建筑基坑支护技术规程[S].

The pile anchor supporting application in Huitong international foundation pit

Sun Guangcan

(Beijing Huayu Engineering Co., Ltd, Beijing 100120， China)

Combining with Huitong international engineering examples of Yexian County, the paper analyzes the surrounding environment and hydrogeological conditions in the project, identifies the campshed support scheme and underground harness measures, and explores the design and calculation methods for the support structures, so as to ensure the safety and stability of the foundation pit projects.

foundation pit, support structure, campshed, underground water

1009-6825(2017)08-0075-02

2017-01-05

孙广灿(1983- )，男，工程师

TU463

A