桩锚式深基坑支护技术在房屋建筑施工中的应用

万皇玲

（广东省水利水电第三工程局有限公司 广东东莞 523710）

1 工程概况

某项目位于东莞市塘厦镇，西邻规划道路，东、北邻已建道路，南邻空地，地势较为平坦。项目总建筑面积为72 375.7 m²。项目含：1#厂房，共11 层，建筑总高度55.8 m；2#厂房，共11层，建筑总高度55.8 m；3#宿舍楼，地下1 层（面积462 m2、开挖深度4.15 m），地上16层，建筑总高度为61.5 m。

深基坑支护工程形式采用“桩锚”式。基坑开挖深度为3.80～4.00 m，基坑安全等级定为二级，支护结构安全使用年限为一年。桩身混凝土采用C30 混凝土（水下混凝土），冠梁混凝土采用C30 混凝土。为满足地下室底板、承台及排水沟等的要求，本设计自地下室外墙边线后退1.5 m 作为基坑开挖坡底线，周长总长99.8 m。

2 方案设计

2.1 方案思路

本项目在编制施工组织设计方案中，曾提出过基坑支护采用钢槽钢板桩支撑体系施工［1］，钢槽钢板桩适用于较浅的基坑或沟槽［2］，成本低，重复利用率高。但该围护体系抗弯能力弱，支护刚度小，开挖后变形大，需要重新考虑其他的支撑体系方案。

本项目在考虑深基坑支护施工方案过程中，同时提出钻孔灌注桩围护体系混凝土支撑施工方案［3］，选用灌注桩桩径0.8 m边坡支护，混凝土支撑施工满足基坑支护要求。钻孔灌注桩围护体系混凝土支撑的主要优点为支撑结构稳定性好，刚度大，变形小。但该方案多适用于坑深7～15 m的基坑工程，造价高，经济效益不理想。

因此，结合其他房屋建筑基坑工程施工经验［4］，提出采用“桩锚”式支撑体系施工方案。具体采用旋挖钻孔灌注桩边坡支护，混凝土冠梁连接，高强钢绞线预应力锚索锚固，挂网喷射混凝土，如图1所示。

图1 “桩锚”式支撑体系剖面Fig.1 Section of“Pile-anchor”Bracing System （mm）

2.2 方案说明

⑴支护排桩旋挖钻孔灌注桩桩径0.8 m，桩间距1.2 m，桩长9.0 m，桩顶超灌0.5 m，共计86根桩。施工前将场地平整至设计高程作为打桩平台，隔桩跳打。

⑵预应力锚索采用3×7φ5，材料为1 860 MPa 高强钢绞线，延伸率≥3.5%。锚索采用专用锚杆机成孔，钻孔施工孔径150 mm，插入角度为30°，预应力锚索成孔孔径不小于150 mm。冠梁采用0.8 m×0.6 m 的C30混凝土。

⑶基坑土方开挖时采用分层、分段挖土、对称开挖，每层挖土厚度不超过2.0 m，最后预留0.3 m 通过人工挖土至设计标高。每层开挖完成后，进行挂网喷射C20混凝土。

3 基坑支护验算

3.1 基本信息

基坑支护基本信息如表1所示。

表1 基本信息Tab.1 The Basic Information

3.2 土层参数

基坑土层参数信息如表2所示。

表2 土层参数Tab.2 Soil Parameters

3.3 安全稳定性验算

基坑支护安全稳定性验算如表3所示。

表3 安全稳定性验算Tab.3 Safety and Stability Checklist

4 “桩锚”式支撑体系施工

4.1 施工顺序

基坑开挖与支护施工总体施工顺序为：前期准备→测量放线→旋挖桩施工→冠梁施工→锚索施工→基坑分层开挖到设计标高→挂网喷射混凝土→排水沟、垫层施工。如图2所示。

图2 “桩锚”式支撑体系施工流程Fig.2 Construction Flow Chart of“Pile-anchor”Type Bracing System

4.2 旋挖灌注桩施工

4.2.1 埋设钢护筒

由于项目填土厚度比较深，为防止塌孔或缩径，在钻孔前埋设钢护筒。钢护筒壁厚10 mm，护筒定位时，先以桩位中心为圆心，根据护筒半径在土上定出护筒位置，护筒就位后，施加压力将护筒埋入约50 cm，护筒顶端高出地面0.4～0.6 m，筒位距孔心偏差不得大于50 mm。钢护筒埋设如图3所示。

图3 钢护筒埋设Fig.3 Buried of Steel Pipe Protector

4.2.2 钻孔成孔

钻孔前，先布置牢固稳定的钻孔灌注桩工作平台。钻孔采用型号为SR235-C10旋挖钻机钻孔，采用塑性指数大于15的优质红粘土、膨润土与外加剂组成的泥浆护壁。成孔过程中严格控制孔壁的稳定性及其钻孔的垂直度，桩位偏差控制在3 cm 内，桩身垂直度偏差控制在0.3%内。护筒内的泥浆顶面应始终高出筒外水位或地下水位1.0 m。

4.2.3 下钢筋骨架及导管

钢筋笼加工过程中，桩头破除高度范围内（0.5 m）对每根主筋上套入隔离套管［6］，并用扎带固定稳固，用来确保桩头钢筋与灌注的混凝土之间没有粘结，且有一定空间。钢筋笼吊装采用15 t 汽车起重机吊装，安放时保持骨架的垂直度和定位准确、固定牢固，防止骨架移位脱落及灌注水下混凝土时上浮。

灌注水下混凝土采用内径为250 mm 的钢导管，螺旋式连接。在灌注混凝土前要核算导管总长，要满足桩孔底至导管底端的距离为40 cm。导管吊装应按照编号用吊车进行。灌注混凝土之前，利用导管正循环进行二次清孔，直到泥浆比重符合《公路桥涵施工技术规范：JTG/T 3650—2020》要求（1.03～1.10），符合要求后方可灌注水下混凝土。

4.2.4 灌注水下混凝土

灌注第一批混凝土时，首先计算料斗储量及灌注混凝土的数量，保证首批混凝土灌注后导管的埋深不小于1 m。灌注中导管在混凝土中埋深控制在2～6 m之间，随时测量并记录导管的埋置深度和混凝土表面高度，及灌注混凝土的数量。每根桩的混凝土灌筑完成后，桩顶混凝土高度要高出设计桩顶0.5 m。

4.2.5 破除桩头

桩头采用环切法破桩头［7］。基坑开挖至桩头破除高度，对桩头混凝土进行环切，然后沿环切位置，对称水平插打钢楔块，使桩头与桩身分离。采用吊机对桩头整体起吊［8］，移除桩头。

4.3 锚索施工

4.3.1 钻孔

钻孔前，采用全站仪定出孔位并作出标记及编号。采用MDL-150D 锚杆钻机钻孔倾角30°成孔，孔深超过设计长度0.5 m，倾斜度允许偏差控制在3%内。

4.3.2 安放锚索

预应力锚索采用先插锚索后注浆的施工方法，先清整编束场地，搭设编束平台。在锚束上每隔1.5 m安装定位托架，以保证钢绞线与注浆混凝土的握掴力。下束过程采用人力推送方式入孔。

4.3.3 注浆

注浆前用水湿润管路。注浆分两次注浆，第一次为常压注浆，采用注浆泵将水灰比为0.50～0.60的水泥浆液注入孔内，注浆过程中保持流量平稳，一次连续注完；第二次为高压注浆，注浆压力控制不小于2 MPa。

4.3.4 冠梁施工

冠梁混凝土施工前，先挖除周边土方，破除排桩桩头，随后绑扎、固定钢筋网和植筋。孔口管和钢垫板事先连接在一起，两者中心重合且端面互相垂直。孔口管放入锚孔的深度大于20 cm。模板和底模支架安装时要保证足够的强度、刚度和稳定性。混凝土采用商品混凝土，U 槽入仓，小直径震动棒捣实。混凝土强度达到75%后拆除底膜，洒水养护。

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4.3.5 锚索张拉

锚索张拉采用整体张拉法张拉，冠梁混凝土强度达到设计强度的80%后，先用小千斤顶逐根钢绞线进行预张拉，预拉荷载为张拉荷载的10%。束体经预张拉后，均按设计拉力的1.1倍进行张拉，然后卸荷至锁定荷载进行锁定。分级进行张拉，每一级持荷稳压不低于5 min。如图4 所示。

图4 锚索张拉Fig.4 Anchor Cable Tensioning

4.4 基坑土方开挖与挂网喷射混凝土施工

4.4.1 基坑土方开挖

基坑土方开挖采用2 台PC200 反铲挖土机分层、分段挖土、对称开挖。开挖分2次完成，每层挖土厚度不超过2.0 m，最后预留0.3 m 通过小型挖掘机挖土至设计标高。土方开挖土料不在工程现场堆放，直接用4台15 t 自卸车运至弃渣场弃渣。

4.4.2 基坑降水与排水

为减小基坑开挖降水对周边环境的影响，项目采用面层喷混凝土相结合的止水措施，减小坑外水位下降。基坑开挖时，在基坑坡顶设置排水沟；基坑施工完毕后，在坑底设净空0.3 m×0.3 m 的排水明沟，在基坑拐角处，设置2.0 m×2.0 m×1.0 m（深度）锥形降水坑，在开挖的同时放入污水泵抽水。

在完成每层土方开挖后，马上开展挂网喷射混凝土施工［9］。喷射作业分段分片依次进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，初喷30 mm 后，挂φ6.5@200 mm×200 mm 钢筋网喷射第2 层，最终确保喷射总厚度为100 mm。喷射终凝2 h后，喷水养护7 d，如图5所示。

图5 “桩锚”式支撑体系完成Fig.5 Completion of“Pile-anchor”Type Bracing System

5 支护结构及周边环境监测方法

5.1 基坑坑顶水平及垂直位移监测方法

在灌注桩完成后，在放坡坡顶或支护桩顶每隔20～30 m设置1个监测点。当围护结构（边坡）顶部水平位移绝对控制累计值超过40 mm、相对基坑深度控制值超过0.4%或变化速率超过4 mm/d 时应报警；当围护结构（边坡）顶部竖向位移绝对控制累计值超过30 mm、相对基坑深度控制值超过0.5%或变化速率超过3 mm/d时应报警。

5.2 锚索内力监测方法

锚索内力监测在锚头埋设监测点，监测点数量为锚索总数的3%。当锚索内力绝对控制累计值超过80%f2时应报警。

5.3 支护桩深层水平位移监测方法

护桩深层水平位移监测埋设在支护桩内部，当支护桩深层水平位移绝对控制累计值超过60 mm、相对基坑深度控制值超过0.6%或变化速率超过4 mm/d 时应报警。

5.4 周边建筑物监测方法

周边建筑整体倾斜度累计达到2/1 000 或倾斜速度连续3 d 大于0.000 1H/d（H为建筑承重结构高度）时应报警。当刚性管道（压力）位移累计值超过20 mm或变化值超过2 mm/d时应报警；当刚性管道（非压力）位移累计值超过30 mm 或变化值超过2 mm/d 时应报警；当柔性管线位移累计值超过30 mm 或变化值超过4 mm/d时应报警。

5.5 监测频率［10］

当基坑土方开挖深度不大于1/3 设计深度时，监测频率为1 次/3 d；当基坑土方开挖深度不大于2/3 设计深度时，监测频率为1 次/2 d；当基坑土方开挖深度大于2/3设计深度时，监测频率为1次/d；底板浇筑后，7 d内监测频率为1次/2 d，7～14 d内监测频率为1次/3 d，14～28 d 内监测频率为1 次/7 d，大于28 d 监测频率为1次/10 d。

5.6 监测结果

基坑沉降观测累计最大值为3.65 mm，基坑水平位移观测累计最大值为12.80 mm，测斜观测累计位移最大值为1.12 mm，均未超过报警值，施工过程中基坑围护体系结构稳定性好、变形小。

6 结语

深基坑支护的方式有很多，通过钢槽钢板桩支撑体系、或者钻孔灌注桩围护体系等多种方式的比较，钻孔灌注桩围护体系锚索锚固在实践应用过程中取得了很好的效果，为本工程的深基坑开挖积累了经验，有利于工程的安全迅速推进。这种“桩锚”式支撑体系方式具有围护结结构稳定性好、变形小、施工就位迅速、费用低、安全等优点，对于类似房屋建筑、市政或水利工程深基坑支护提供为借鉴。