试论锚杆在基坑阳角处的设计与施工

朱新磊 王娟 崔恒

摘要：本文首先介绍了不同基坑阳角适用的锚杆支护技术，随后以某建筑工程为例，概述了锚杆支护结构设计内容和基坑阳角处锚杆支护施工要点。支护结束后，进行了锚杆多循环张拉检测，试验结果表明锚杆轴线拉力、锚杆最大试验荷载值均满足标准要求。最后结合以往施工经验，采用对比试验的形式验证了锚杆直径、锚杆间距对于基坑阳角最大水平位移量的影响，并由此总结出锚杆直径在15～25mm之间、锚杆间距控制在1.5～3.0m之间，可以取得理想支护效果的结论，为建筑工程基坑阳角支护施工提供了一定的参考。

关键词：基坑阳角;锚杆支护;锚杆间距;支护效果

On the Design and Construction of Anchor Bolt at the External Corner of Foundation Pit

ZHU Xinlei   WANG Juan  CUI Heng

（Qingdao Ruiyuan Engineering Group Co.， Ltd.， Qingdao， Shandong Province， 266550 China）

Abstract： This paper first introduces the bolt supporting technology suitable for different positive angle of foundation pit. Then it takes a construction project as an example to summarize the design content of bolt support structure and the key points of bolt support construction at the external corners of foundation pit. After the support， the multi cycle tension detection of anchor rod is carried out. The test results show that the axial tension of anchor rod and the maximum test load of anchor rod meet the standard requirements. Finally， combined with the previous construction experience， the influence of bolt diameter and bolt spacing on the maximum horizontal displacement of foundation pit external angle is verified in the form of comparative test， and it is concluded that the ideal support effect can be obtained when the bolt diameter is between 15-25mm and the bolt spacing is controlled between 1.5-3.0m， which provides a certain reference for the construction of foundation pit external angle support.

Key Words： External corner of foundation pit; Bolt support; Bolt spacing; Support effect

现代高层建筑施工中需要开挖深基坑。为了保证作业安全和提高建筑质量，需要对深基坑进行支护。基坑阳角部位受力比较集中，是锚杆支护的重要区域。根据阳角类型的不同，适用的支护方案也存在差异，应结合现场情况和以往施工经验进行科学选择。除此之外，无论选择何种支护形式，在施工过程中都需要树立精细化的管理理念，保证锚杆支护效果达标，保障基坑结构稳定和维护现场作业人员的安全。

1 基坑阳角处的锚杆支护技术

对于基坑阳角处的锚杆支护，支护形式与基坑深度（H）、阳角边长（L）等因素有关。根据两者关系的不同，具体可分为以下几种形式。（1）小型阳角。当L<0.2H时，属于小型阳角，這种情况下基坑阳角较小，需要在锚杆边坡做垂直处理，在达到支护稳定效果的前提下，i可在最大程度上降低土方开挖与回填量。（2）中型阳角。当0.2<L<H时，属于中型阳角。这种情况下如果对基坑阳角直接做垂直处理，会因为土方开挖量、回填量较大，而增加施工成本^[1]。因此，在设计时可以将基坑阳角做45°平滑过渡处理，同时要灵活变动斜边锚杆的角度，避免阳角长边与支护锚杆接触。（3）大型阳角。当L>H时，属于大型阳角。这种情况下在直角阳角局部做45°平滑过渡处理，得到一个由阳角斜边锚杆、阳角短边锚杆、阳角长边锚杆组成的三向锚杆交叉。通过调整三向锚杆位置，使其相互避让，达到最佳的支护效果。（4）组合阳角。除了上述几种形式外，在一些特殊基坑工程中，也经常会选择组合阳角的形式。对于此类情况，应结合现场情况以及支护需要，合理布置锚杆位置、灵活调整锚杆角度，最大程度上避免锚杆交叉产生的“群锚效应”^[2]。

2 锚杆在基坑阳角处的设计与施工

2.1工程概况

某高层建筑总高度54.4m，共20层。基坑深度9.66m，属于深基坑。设计使用桩顶位于地面的桩锚支护结构。地质勘察结果表明，工程区域岩土结构自上而下，分别是杂填土、黏土、粉质黏土、粉土、粉砂层。其中，基坑西南角有一栋3层办公楼，两栋建筑的地基边缘距离仅有5.8m，在基坑设计与施工时应重点考虑对既有建筑基础稳定性的影像。在完成锚杆支护后，立即实施多循环张拉试驗，根据试验数据判断锚杆支护效果。

2.2支护结构设计参数

在桩锚设计环节，应重点关注护坡桩的桩径、桩距等参数，除此之外像桩身配筋、桩顶连梁等，也需要在设计环节予以重点关注。具体设计参数如表1、表2所示。

在完成上述基本参数设计后，还应结合工程施工现场情况和前期地质勘察资料，进行基坑支护剖面图的绘制。在剖面图上详细标记出桩锚的支护位置，以及锚索倾斜角度、锚杆的间隔距离等参数，为现场支护施工提供参考。

2.3阳角处锚杆支护施工

结合设计方案，本工程中基坑大阳角的支护采用了“支护桩+锚索+锚杆”的复合桩锚体系^[3]。将注浆锚杆插入到基坑阳角处的土体中，起到加固效果。所用注浆锚杆为Φ50×3.2钢管。直接打入土体，锚杆尾端留出约20cm裸露在外面，锚杆扩大头直径80mm。锚索注浆时使用的泥浆按照水灰比0.5配制，设定注浆压力为0.4～0.6MPa，完成注浆后，能够显著提高岩土承载力，保证基坑稳定。考虑到基坑西南角与既有建筑基础的直线距离较近，因此在基坑西南阳角处，采用了“深层搅拌桩+钢管”的符合支护模式。首先使用锚索机成孔，得到直径为240mm的桩孔，将准备好的锚索插入到桩孔内，并浇筑混凝土填满，显著提高支护强度。

2.4锚杆多循环张拉及检测结果

完成基坑阳角的锚杆支护后，还应对支护效果进行检验。本次工程中采用多循环张拉试验的方法检验支护效果^[4]。试验方法如下：首先使用设备进行加载，维持在最大试验荷载下持续10min，观察位移增量。若10min内位移增量不超过2mm，则记录此时的最大试验荷载值。如果位移增量超过2mm，则延长荷载时间至30min，继续观察位移增量，直到超过2mm后终止试验。参考《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086-2015）中的相关要求，锚杆轴线拉力的标准值为270kN，锚杆标准荷载值300kN。通过计算，该工程中锚杆轴线拉力实际值为218kN。则标准值与实际值的倍数关系为1.24倍，符合《规范》中规定的不超过1.25倍的要求，故锚杆支护效果符合标准。按照同样的方法，测得锚杆最大试验荷载值为314kN，满足《规范》的要求。

2.5锚杆支护施工的注意事项

该工程施工范围内，表层以杂填土、淤泥质黏土为主，土体稳定性较差。加上基坑深度超过5m属于深基坑，因此在基坑施工时应遵循多段开挖、分层支护的原则。在基坑阳角处，应先开挖一侧，并监测土体有无沉降现象^[5]。锚杆支护完成并且等到土体变形趋于稳定以后，再继续开挖相邻土体，避免对相邻建筑的结构稳定造成负面影响^[6]。另外，在本次施工中还出现了部分锚索孔内土体随高压水流出的现象。为了避免此类问题，经过现场调查分析原因后，设计人员重新设计了锚索参数，增大锚索孔径，延长锚索长度，将锚索拉力值从原来的200kN增加至280kN。同时对锚索注浆所用浆液，也将原来的水灰比0.5修改至0.6，并在泥浆制备中掺加了减水剂、早强剂。经过重新设计和施工后，未出现锚索孔内土体流出的问题，避免了地面沉降，保障了建筑安全。

3 基坑阳角锚杆支护效果分析

3.1锚杆直径对基坑阳角位移的影响

锚杆直径是影响基坑阳角支护效果的重要因素之一。一般来说，锚杆直径越大，支护效果越理想，经过支护加固后基坑阳角处的位移量、沉降量越小。为了进一步验证两者之间的关系，选择一处基坑阳角，每隔6m支护一根锚杆，锚杆直径依次为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm和30mm。监测时间为24h，绘制不同锚杆直径下基坑阳角处的水平位移量曲线，如图1所示。

结合图1可知，增加锚杆的直径，基坑阳角的水平位移量减小。同时，锚杆直径越大，继续提升锚杆直径来降低基坑阳角位移量的效果越弱，因此实际施工中不能一味选择大直径的锚杆。通常认为锚杆直径在15～25mm之间属于合理范围。

3.2锚杆间距对基坑阳角位移的影响

同样地，锚杆之间的距离也会对基坑阳角的最大水平位移产生影响。为验证两者关系，选用直径为20mm的锚杆，在某基坑阳角处，分别以间距0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、3.0m和6.0m进行布置，可以得到阳角处水平位移随锚杆间距增加的变化曲线，如图2所示。

结合图2可知，锚杆间距越大，意味着相同范围内支护锚杆的数量越少，因此对基坑阳角的支护效果越差，相应的水平位移量也会增加。但是受到“群锚效应”的影响，实际施工中也不可能一味增加锚杆数量，通常认为锚杆间距控制在1.5～3.0m是比较合理的。

4 结语

锚杆支护是提高基坑阳角处稳定性的一种常用措施。在工程中应用锚杆支护时，应结合现场情况和地质条件，科学进行锚杆支护的相关设计，包括锚杆的直径、锚杆的间距等。在此基础上加强支护施工的质量控制，才能取得理想的支护效果，提高基坑稳定性，为上部建筑施工创造有利条件。

参考文献

[1]王立学.预应力锚索咬合桩深基坑支护设计与施工三维数值模拟分析[J].城市道桥与防洪，2017（12）：5-7.

[2]王建庆.北京中元国际改扩建工程复杂场地深基坑设计与施工[J].探矿工程：岩土钻掘工程，2018（4）：105-106.

[3]胡文红，方闻.锚杆基本试验在基坑支护工程的应用[J].福建建设科技，2020（6）：48-51.

[4]张凯.基坑工程桩锚支护阳角部位空间效应分析[D].开封：河南大学，2019.

[5]杨鹏程.复合锚杆杆筋压花锚设计、杆筋与注浆体粘结特性试验研究[D].北京：中国建筑科学研究院有限公司，2021.

[6]张剑，刘栋，李洪宾，闫永林.沿空留巷巷内锚杆支护优化[J].煤炭工程，2021，53（11）：97-101.