旋挖桩加预应力锚索深基坑组合支护变形监测与分析

王 鹏

中国二十冶集团有限公司 上海 201900

旋挖桩加预应力锚索组合支护形式适用于粘土、粉质粘土、粉土、细砂、卵石、泥岩等土层的工业、民用建筑和市政工程等基坑支护结构，以及因地下结构较复杂不便设置内支撑且又不允许有较大变形的基坑支护工程。该组合式支护结构，主要通过旋挖桩来承担支护结构上的荷载，以及用预应力锚索代替内支撑，即可控制锚固体的侧向位移，又可改善施工条件。

1 工程概况

中国邮储银行金融后台服务中心（一期）项目位于成都市高新区，总建筑面积为137388m2，地下室为3层，地上主楼为26层，裙楼为4层，采用框架—核心筒结构形式。基坑开挖深度平均为-20.24m，局部最大埋深-25.64m，深基坑支护形式采用旋挖桩加预应力锚索的组合式支护结构。

2 工程地质特点

根据四川省蜀通岩土工程公司地质勘察报告，场地主要地层为第四系上更新统冲积、冰水堆积粘土、粉质粘土、粉土、细砂、卵石和泥岩等土层，基坑开挖范围内的土层具体情况如下：

①素填土（Q4ml）：褐色，主要为粘性土，局部地段含植物根系，厚度0.5～2.0m。

②粘土（Q3al+fgl）：褐黄色，青色，以粘粒为主，含氧化铁、铁锰质结核，见灰白色矿物质。厚度2.4～9.7m，该层分两个亚层，其中②1可塑状，厚度0.8～5.4m；②2硬塑状，厚度2.4～9.7m。

③粉质粘土（Q3al+fgl）：褐黄色，以粘粒为主，次为粉粒，含氧化铁、铁锰质结核。该层场地内局部分布，厚度0.6～8.5m，该层分两个亚层，其中③1可塑状，厚度1.0～2.0m；③2硬塑状，厚度0.6～8.5m。

④粉土（Q3al+fgl）：褐色，褐黄色，中密状，稍湿～湿，由粉粒、粘粒、砂粒及云母碎片等组成，厚度0.5～5.4m。

⑤细砂（Q3al+fgl）：褐灰色，褐黄色，青色，稍密状，矿物成分以石英、云母为主，该层场地内局部分布，厚度0.5～3.0m。

⑥卵石（Q3al+fgl）：褐黄色，灰色、青灰色等杂色，稍湿～饱和，矿物成分以砂岩、灰岩为主，粒径一般2～20cm，卵石层孔隙间主要由细、中砂充填。层厚4.6～8.4m。

⑦白垩系上统灌口组泥岩（K2g）：紫红色，泥质结构，中厚层状构造，矿物成分以粘土矿物为主，次为石英、长石等矿物质，局部砂质富集，岩层呈水平层理，基岩面近似水平，基岩面埋深16.6～17.8米，分为强风化、中风化两个亚层，其中强风化亚层厚度1.5～2.6m，中风化亚层厚度3.5～7.5m。

3 组合式支护结构设计方案

3.1 旋挖桩参数

旋挖桩围绕基坑环形布置，分为A-B段、B-C段、C-D段、D-A段， 共210根，桩号Z1～Z210，设计桩长27.0m，其中嵌固段7.0m，桩径1.2m，桩间距为2.5m，桩身混凝土强度等级为C30。桩顶处设置冠梁一道，截面尺寸1200mm×1000mm，砼强度C30。

3.2 预应力锚索设计

A-B段旋挖桩在桩顶下-6.0m、-9.0m、-12.0m、-15.0m处上设四道预应力锚索，锚索长度分别为21.0m、17.5m、17.5m、13.0m。B- C段在桩顶下-6.0m、-9.0m、-12.0m、-15.0m处上设四道预应力锚索，锚索长度分别为19.5m、17.5m、17.0m、14.0m。C-D段在桩顶下-6.0m、-9.0m、-12.0m、-15.0m处上设四道预应力锚索，锚索长度分别为19.0m、17.5m、17.0m、13.5m。D- A段在桩顶下-5.5m、-8.5m、-11.5m、-14.5m处上设四道预应力锚索，锚索长度分别为21.0m、19.0m、17.0m、12.5m。锚索锚筋均采用5(4)（3）束Φs15.2的钢绞线，锚孔直径Φ150mm。

3.3 工程降水设计

采用管井降水，共布设29口管井，平均间距约18m，辅以明排。管井成孔直径为φ600mm，井管内壁直径为300mm，外径为360mm。抽水时含砂量监控值≤1/10000。

3.4 桩间支护设计

基坑墙面桩间支护采用钢筋网与喷射混凝土组成的钢筋混凝土板式结构，网筋采用Φ8@200，通过Φ16钢筋与冠梁及桩身作有效连接。喷射混凝土采用干性配合料，强度等级为C20，采用PC32.5R普通硅酸盐水泥，喷射混凝土的粗骨料最大粒径不宜大于8mm，水灰比不宜大于0.45，喷射混凝土厚度一般为80mm，分两次喷射。

4 深基坑施工信息化监测与分析

4.1 施工部署与观测点布置

4.1.1 施工部署

土方开挖分A、B区域进行，开挖时从东向西由A区向B区推进。由于土方开挖需结合预应力锚索施工，所以在立面上采用分层开挖，共分八层，每层厚度约3.0m。

为便于土方运输，在基坑西北角设置7.5m宽的马道，供车辆和施工人员出入基坑使用。马道按1：1放坡，面层采用200mm厚C25钢筋混凝土浇筑，侧面采用钢筋混凝土素喷。马道外侧设置人行通道，通道两侧设置防护栏杆和踢脚板，保证人车分流。

4.1.2 观测点布置

基坑监测内容主要包括基坑变形观测、基坑周边沉降观测，以及桩身变形和钢筋应力监测等。

1)基坑变形观测点布置

在基坑不同区域上口边缘共布设34个基坑变形观测点，见图1：基坑变形观测点布置图（Fig.1：Layout of observation points of the foundation pit deformation.）。

2) 基坑周边沉降观测点布置

根据相关规范要求，在基坑相邻周边道路上共布设了28个沉降观测点，见图2：基坑周边沉降观测点布置图（Fig.2：Layout of observation points of ground settlement of deep foundation pit.）。观测点采用钻孔埋入成型标志。

3）桩身变形及钢筋应力监测点布置

根据相关规范要求，选取了11根桩进行监测。桩身变形监测采用预先在桩内预埋测斜管，桩身钢筋应力监测采用在桩内主筋上的不同位置预先焊接钢筋计。见图3：桩身变形及钢筋应力监测点布置图（Fig.3：The deformation of the pile body and the stress of steel bar layout of monitoring points.）。

4.2 观测频次及监控值

基坑上口桩顶冠梁施工完毕后，开始埋设基坑变形观测点，现场条件允许后进行初始值观测。变形观测精度按一级位移观测精度要求，即观测点坐标中误差≤±1mm。根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497）规定，基坑上口水平最大位移监控值为30mm。基坑变形观测频次和周期为：基坑开挖深度≤5m时，2天1次；基坑开挖深度＞5m时，1天1次。底板混凝土浇筑后≤7天时，1天1次；7～14天时，2天1次；14～28天时，3天1次；＞28天时，5天1次，连续观测3次，其后每10～15天观测一次，直至地下室回填施工完毕。遇有特殊情况，如开挖速度较快、降雨量较大等应增加观测次数。

基坑沉降点的初始观测在井点降水之前开始进行，其后每周观测一次，基坑开挖时观测周期与基坑变形观测同步进行。沉降观测精度按二等水准精度要求，即观测中误差≤±0.5mm。基坑周边地面最大沉降量监控值为25 mm。

桩身水平位移监控值为30mm，位移速度监控值为2mm/d。桩身主筋应力监控值为300N/mm2。

4.3 施工观测结果分析

4.3.1 桩身完整性检测

基坑开挖前，项目部委托成都市建工质量检验测试站对210根护壁桩的桩身完整性进行了低应变检测，检测结果表明桩身均完整，其中208根桩质量等级为Ⅰ类，2根桩质量等级为Ⅱ类。

4.3.2 预应力锚索检测

根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330）和《高层建筑岩土工程勘察规范》（JGJ72）等，锚索验收检测数量为每种类型锚索按5%抽检，且不少于5根。至11月21日止，抽检锚索共计31根。

检测结果表明，所测31根锚索在最大荷载作用下，锚头位移值在验收合格范围内，且趋于稳定，锚索抗拔承载力满足设计要求。

4.3.3 基坑变形监测结果分析

基坑于4月初开始挖土，至9月底挖至-12.00m标高处，至11月1日挖至基底标高-20.24m处，11月1日至9日开始施工垫层，到11月21日底板防水施工完毕，至12月8日底板施工完毕，12月30日地下室负三层施工完毕翌年1月15日地下室负二层施工完毕，3月26日地下室负一层施工完毕，7月15日地下室外墙回填土施工。

施工期间监测结果表明，水平位移最大变形为2#点，向坑内方向累积变形达29mm，参见图4所示（Fig.4：The deformation of foundation pit 2# observation point of the main numerical.）。

分析其原因， 2#点位于基坑道路一侧，受材料运输、土方车影响较大，同时2#点南侧紧邻柘新西二街，是当地交通主干道，虽然距基坑20m左右，但是其繁忙的交通对于2#点向基坑方向的位移变形均产生一定的促进作用。另外随着底板的施工，2#点累计变形值略有下降，并逐步趋于稳定。

4.3.4 桩身变形及钢筋应力监测结果分析

在基坑开挖至底板浇筑期间，11根监测桩的桩身水平位移均小于30mm的监控值，且位移速度均小于2mm/d的监控值，钢筋最大拉应力值和钢筋最大压应力值也均远小于警戒值。其中桩身变形最大的Z87#桩的数据汇总见表1 （Table 1：The deformation of foundation pit 2# observation point of the main numerical.）：

表1 Z87#桩桩身变形及桩内钢筋应力值汇总表

分析其数值较大的原因，主要是Z87#桩其位于施工道路一侧，施工中受运输车影响较大，且东侧紧邻交通繁忙的益州大道，导致了其向基坑内方向发生变形。另外Z87#桩的桩内钢筋应力值远小于300MPa的监控值，表明是安全的。

4.3.5 基坑周边沉降监测结果分析

在基坑施工期间，基坑周边沉降最大变形为19#点，累积最大沉降达6.56mm，小于本工程最大沉降量监控值。相邻道路累计沉降最小点为25#点，累计沉降量3.66mm。19#点位于钢筋加工场和材料临时堆场之间，且受到运输车辆的影响较大。25#点距离基坑较远，处于项目部办公大临院内，受到基坑施工影响较小，故累计沉降量最小。

5 结束语

采用大直径旋挖桩作为基坑护壁桩，具有成桩质量较高，护壁变形较小的优点。基坑开挖前，应结合临时道路施工将基坑四周场地3～5m宽的范围用100mm厚的混凝土将地表进行封闭，以防止雨水渗入护壁内增加土体侧压力。施工中还需做到预应力锚索施工与土方开挖施工的有机结合。对于深基坑且周边场地有限的基坑工程，建议基础钢筋采用外委加工，以降低基坑周边的堆载值。