排桩锚索与土钉组合式支护在深基坑施工中的应用

杨立寒

（广东河海工程咨询有限公司深圳市分公司，广东深圳 518003）

0 引言

新洲河水环境综合整治工程，将两岸直接排放的污水通过工程措施截流输送到水质净化厂处理后，再以补水方式排放到河道中，同时在河口设置控制闸门隔离河道水体与深圳湾水体。闸门采用基坑干施工方式，河口地质情况复杂，基坑开挖深度大，且周边紧邻已建的污水管线，因此对水闸基坑支护方案和结构安全问题进行探讨是很有必要的，本文介绍排桩锚索与土钉组合式支护型式在新洲河水环境综合整治工程水闸基坑中的应用。

1 工程概况

新洲河水环境综合整治工程水闸位于新洲河口，水闸共5孔，总净宽30.0m，设计过闸流量288.0m3/s，防洪标准为100 年一遇。基坑长72.5m，基坑最大深度8.6m，安全等级为2 级。

基坑左岸因场地条件限制，需采用支护开挖；基坑右岸具备开挖放坡条件，故可按坡率法设计，不做支护。水闸上下游采用编织袋围堰挡水，导流明渠位于河道右岸，基坑平面布置图见图1。

图1 基坑平面布置

1.1 工程水文地质

根据岩土工程勘察报告，拟建场地岩性自上而下分别为：

（1）人工填土层：厚度约5.0m，呈褐黄、灰黄等色，成分以含砾黏性土和粉土为主，局部地段夹少量碎石和其他杂物，土质不均匀，松散-稍密状。

（2）第四系海陆交互相沉积层（Qmc+m）：主要为淤泥质中粗砂，位于人工填土层下部，厚度约3.0m，湿～饱和，松散～稍密。

（4）下古生界石英云母片岩（Pz1）和燕山第四期花岗岩岩芯以浅肉红、褐黄色和灰绿色为主，分为强风化和弱风化层。

地下水主要以赋存于海陆交互相沉积层砂性土中的孔隙水为主，主要接受大气降水和地表水的补给，平均埋深5.0m 左右。场地人工填土、粉质黏土、均为弱透水性，中粗砂层为中等透水性，强风化为弱透水。

1.2 工程环境条件

左岸紧邻基坑边缘约1.0m 处有材质为玻璃钢夹砂、DN800的污水管，埋深约2.0m；距基坑6.0m 处有材质为钢筋混凝土、DN600 的雨水管，埋深约2.5m。玻璃钢夹砂管抗外压能力较弱，钢筋混凝土管采用承插式接头，对周边土层沉降变形较为敏感。

2 基坑支护方案

2.1 支护选型

基坑支护方案需根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件进行技术经济比较后确定。该工程基坑最大开挖深度达到8.6m，支护结构破坏将直接现场施工人员的安全和工程的完建都将产生严重影响，根据相关规程规范，确定基坑安全等级为2 级。

工程位于新洲河边，存在较强透水层，根据工程其他建设条件，初步选定下部采用排桩式锚索挡墙、上部采用土钉墙加井点降水的方式作为基坑支护型式。

排桩采用拉森Ⅳ型钢板桩，桩长12.0m，桩顶距基坑底以上4.0m，桩底至基坑底面以下8m。为提高支护结构的承载，减小排桩的水平变形，在排桩顶以下1.0m 处设置1 道预应力锚索，并设置腰梁与排桩共同作用。锚索倾角为10°，水平间距2.4m，锚索自由段长5.0m，锚固段长15.0m。排桩锚索挡墙以上部分采用土钉支护方式，土钉水平间距1.0m，垂直间距1.2m，共3 排，采用DN48mm 的钢花管，孔径110mm。为避开现有管线，第一排水平打设，其余土钉倾角为10°。基坑典型支护剖面见图2。

图2 典型支护剖面

2.2 基坑降排水及坡面防护

基坑地下水埋深较浅，为保证基坑干施工条件，减小对基坑支护的影响，提高基坑稳定性，采取井点降水的方式对基坑周边的地下水位进行控制。

根据场地条件，在基坑外侧设8 个管井，井点水平间距为10.0m，井径为400mm，管井底部在基坑底以下2.0m，要求降水至基坑底面以上1.0～1.5m。

基坑底排水采用明排，在基坑四周设集水井，采用潜水泵抽排集水井内汇集的渗水；在基坑坡顶设截水沟，将地面降水截流，经沉沙处理后，排入新洲河。

对于采用坡率法开挖的基坑侧，坡面防护采用挂网φ6.5@200mm×200mm，并100mm 厚喷射混凝土进行防护。

2.3 基坑稳定分析

工程基坑稳定分析包括排桩结构内力分析、排桩整体稳定性、嵌入深度及桩顶变形分析、土钉锚固长度计算等。根据现场实际情况，对支护结构计算简图进行简化，并采用理正岩土软件进行计算，模拟开挖过程、基坑支护等。经验算，整体稳定、抗倾覆稳定等安全系数均满足规范要求。

第一排和第二排土钉设计抗拔力为60kN；第三排土钉设计抗拔力为140kN；预应力锚索设计抗拔力为300kN，锁定力为270kN，经现场抗拔试验均满足设计要求。

经计算，排桩最大弯矩278.4kN.m，最大剪力213.0kN，最大支座反力283.4kN，排桩结构均满足上述内力承载要求。对于基坑变形，分别采用三种不同计算方法，得出的最大变形为59.0mm，满足设计要求，计算结果见图3。

图3 基坑外侧地表变形

2.4 基坑监测

根据基坑支护技术规程的规定，结合工程实际情况，对基坑进行了监测。包括基坑顶水平及沉降位移、周围建筑物及道路沉降量、地下水位、土钉和锚索拉力等。

在基坑周边设置了5 个位移监测点、3 个沉降监测点，随机选择了2 根锚索和3 根土钉进行应力监测。监测频率为：基坑开挖深度不大于 5.0m，1 次/2d；开挖深度大于 5.0m，1 次/d；监测期从基坑开始开挖到基坑回填完成。设计对基坑顶地面水平位移、沉降变形提出了变形允许值、预警值和控制值。其中，基坑地面水平变形允许值为0.006h，预警值取允许值的80%；连续2d 变形速率超过4.0mm，按预警处理。桩身应力、土钉及锚索应力预警值取设计值的65%。

在实施过程中由独立的第三方按设计明确的监测频率进行变形及内力监测，并定期对监测成果进行分析，掌握基坑动态发展，必要时调整支护结构设计，做到支护设计的信息化反馈。

工程施工期，实测基坑最大水平位移为31.6mm，最大地面沉降为18.8mm，各项监测数据均未超过允许值，说明支护结构处于良好工作状态，进一步验证支护方案的合理性和可行性。

3 结论

新洲河水环境综合整治工程水闸基坑支护方案综合考虑工程情况合理确定，在设计过程中的几点经验值得注意：

（1）基坑位于新洲河边并存在较强透水层，土钉支护需结合考虑止水或降水方案，以确保土钉的支护效果。

（2）基坑深度达到8.6m，需按照先支护后开挖的原则，并严格控制每层开挖厚度。

（3）在施工过程中，需结合基坑地面位移及沉降监测数据进行反馈分析，按信息化设计原则动态调整支护设计，是确保岩土工程结构安全的重要措施。