桩锚式深基坑支护技术在房屋建筑施工中的应用

2022-06-19刘磊

科技创新导报 2022年3期

刘磊

摘要：近年来，在国内外经济高速发展的推动作用之下，我国的城市建设规模愈来愈大，一座座高楼拔地而起，建筑基坑正在向更深、更大的方向不断发展，而另一方面，由于城市用地的日趋紧张，基坑周边多数存在既有建构筑物、市政道路等，周边环境条件对基坑变形要求较为严格，对深基坑项目的支护作业，提出了非常高的标准。怎样选取技术合理、经济、并且安全的支护方式，显得尤为重要，更会影响项目总体的作业成效。因此，本文结合项目实例，详细阐述桩锚支护技术在深基坑支护工程中的运用，以供同类工程参考。

关键词：深基坑项目预应力锚索支护

1 工程概况

北京市海淀区西三旗万象汇项目位于北京市海淀区西三旗，东至西三旗科技园六号路，施工内容包括土方、基坑支护、止水排水施工，基坑开挖深度19.7m。

1.1地质水文地质条件

依据相关的勘测资料与勘测的深度，将最大区域内（最深50.00m）的地层，按地层沉积年代划分为填土层与一般的第四纪冲洪积层部分。依据地层的岩性特点及沉积新老关系，从上而下划分为10个大层，包括如下几层。

①杂填土部分，①1粘质的粉土、素填土部分;②粘质的粉土，以及砂质的粉土部分;②1重粉质的粘土，以及粘土部分;②2粉质的黏土部分;③重粉质的粘土，以及粉质的粘土部分;③1粘质的粉土，以及砂质的粉土部分;③2黏土部分;④细砂部分;④1粉质的粘土部分;④2粘质的粉土，以及砂质的粉土部分;④3重粉质的粘土，以及粘土部分;⑤重粉质的粘土，以及黏土部分;⑤1粉质的粘土部分;⑤2粘质的粉土，以及砂质的粉土部分;⑥重粉质的粘土，以及粘土部分;⑥1粉质的粘土部分;⑥2粘质粉土，以及砂质的粉土部分;⑥3细砂部分;⑦细中砂部分;⑦1圆砾部分;⑦2粉质的粘土，以及重粉质的粘土部分;⑦3粘土层;⑦4粘质的粉土，以及砂质的粉土部分;⑧重粉质的粘土，以及黏土部分;⑧1粘质粉土，以及砂质的粉土部分;⑧2粉质的粘土部分;⑧3粉细砂部分;⑨重粉质的粘土，以及粘土部分;⑨1粘质粉土，以及砂质的粉土部分;⑨2粉质的粘土部分;⑩细砂部分;⑩1粘质粉土，以及粉质的粘土部分;⑩2重粉质的粘土，以及粘土部分。

本場地存在两层地下水。

潜水：初见水位埋深13.50～15.50m，标高27.22～29.56m，稳定的水位，其深度在12.80～14.90m，高度为27.82～30.25m，大部分在于④细砂部分。

承压水：最初的水位，其深度在于20.00～26.50m，高度为16.23～22.70m，稳定水位埋深18.50～23.70m，标高18.99～24.20m，大部分在于⑦细砂部分、⑦1圆砾部分及⑦4黏质的粉土，砂质粉土部分。依据本次勘察成果，作业区域以北的方向，是⑥2黏质粉土，以及砂质粉土部分，⑥3细砂部分有水分含量，且与该承压水存在一定的水力联系。

1.2 基坑支护设计

考虑到工程的位置，首先确保基坑围护结构安全，变形可控，不能影响周边设施的正常使用，经过比对多个作业方案的内容，确定基坑项目的支护方式使用：桩联合预应力锚索的方式，地下水控制采用管井降水[1]。设计理论依据主要采用JGJ120-2012的有关标准，设计计算参数详见表1。

2 支护结构施工

2.1 预应力锚索施工

2.1.1 施工前的准备工作

（1）开挖工作面。土方开挖至锚杆标高下500mm。护坡桩部位需放线，清理孔口，疏通套管。

（2）钻机就位调整角度。钻机位置选定后，调整其机身的偏差，采用量角器设备，核实钻杆的角度。因为锚杆在穿越土层时，会夹在砂层，所以需要使用水冲套管的方式，跟进钻孔作业。

（3）套管准备。应先开启水泵设备，进行注水钻进作业，参考作业地质情况，管控钻进的速度，连接外套管部位，需要停止供水作业，将丝扣位置的泥沙处理好，涂抹黄油，确保套管的连接和原有的套管位置没有偏差[2]。

（4）钻孔施工。如图1所示，在钻进环节中，需要关注其作业速度、作业的压力，以及钻杆是否保持平稳，孔深钻入至大于设计标准的0.3～0.5m处。将管中的泥沙冲洗干净，溢出清水即可，之后拿出内钻杆装置。如果钻杆碰到障碍物，需要立即终止作业，调查原因之后再继续作业。

（5）放钢索。在锚索的设置布局期间，必须多次监测锚索的质量，布局完毕后，整个构件不能遭受撞击，也不可以将较重的材料吊挂在上面。锚索锚固段选取二次注浆手段，时间至少7d，自然固化期间不能遭受外界影响。在安装期间，必须保证锚杆表面与钢绞线角度呈垂直状态。

（6）注浆，拔外套管。将钻杆拔出之后，将注浆管放进外套管的底，实施水泥浆的灌注作业。同时拔出注浆管与外套的管，每拔好3～4根的外套管，进行一次补浆的作业，直到孔口已经注满，水泥浆溢出即可。直到浆体符合初凝之后，拿出最后的套管。在拔出外套管时，必须确保拔管器的油缸和外套管是同心的，假如出现其他状况，需要在液压缸的前方，使用方木垫平，让油缸卡进下一部分的套管，确保卡稳之后，逐渐开丝扣。全部的锚杆都要实施二次的压力注浆作业，每一根锚杆，都需要留好实施二次注浆的管子，放入锚杆的底部，大概5m处，注浆管的连接处，需要确保注浆的压力，实施二次注浆作业的压力，不能小于1.5MPa，二次注浆的水泥用量，每根不能低于200kg，二次注浆的管子，在实施一次注浆之后，需要相隔12h之后才可以实施，二次注浆的浆液比例，需要和一次注浆的比例相同，依据作业实施的情况，水灰比是0.6～0.7[3]。

（8）上腰梁。腰梁的作业实施过程是：去除腰梁的护壁部分→搭设支架→安装工字钢→工字钢焊接（安放300×300×30承压板，承压板外置锚具，承压装置、锚孔的轴线需要确保垂直程度）→锚杆的张拉作业（张拉完后立即安装钢板及螺帽，并锁定完毕）。腰梁与护壁之间须紧密相连，不得在腰梁和护壁之间留空隙，确保锚杆和桩体更好地共同作用。

（9）锚杆预应力张拉与锁定。如图2所示，当锚杆孔渗水时，应先用膨胀水泥封堵，以防渗漏水流入基坑，影响土方施工。在锚固体的强度符合设计标准的70%后，能够实施预应力的张拉作业。张拉作业实施前，需要先去除露在护坡桩，其帽梁位置的注浆管。张拉之前，取设计的轴向力0.1倍，针对锚杆实施预张拉作业，调整锚具的受力程度，然后再实施作业。钢绞线进行张拉作业时，需要分层3～4次地张拉，直到设计的荷载程度，回缩锁定为设计的80%，停滞10min，如果预应力不出现减小，再使用夹片进行锁紧。

2.2 护坡桩施工技术

（1）测量放线。根据护坡桩的设计标准及作业图纸，确定桩位和标高的位置。

（2）钻机安装就位。首先，地耐能力不能低于100kPa，履盘的防治区域必须平整，坡度不能超过30°，防止由于场地的不平，出现功率的损耗，或者倾斜移动。

（3）拴桩。核实好桩位之后，使用两根为互相垂直的线，相交在桩点位置，定好十字的位置，标识好。

（4）埋设护筒。使用钻机设备，实施开孔、钻进，钻到设计的标准之后，实施护筒的埋设作业，护筒的材料需要使用大于10mm的厚钢板，护筒的直径需要大于孔径大约200mm，护筒长度需要依据地层的状况而定，护筒的顶部位置，需要超出地面大概200mm，四周使用粘土材料，进行填埋，夯实作业。

（5）泥浆制作。使用现场的泥浆搅拌设备，需要先加入水，测算好体积之后，一边拌制，一边填入膨润土材料，纯碱需要以溶液的形式，慢慢在拌制的环节加入，拌制的时间需要长于3min，同时，还需要加入增粘降失的水剂、重晶的石粉，用来增加泥浆的重[4]。

（7）旋挖钻机成孔。钻头首先着地，进行旋转，逐渐钻入。借钻具设备的钻头自重，以及加压的油缸重量，当成钻进的压力，每次钻进的量，需要参考深度仪表设备，根据相关说明的钻入速度、钻压扭矩，当做参考。钻斗的内部装满了砂土之后，需要提升起来，并且关注地下水位的状况，实施泥浆的灌注。为保证孔壁的安全，需要观察表土的松散程度，孔口下部，需要放入合适的护筒装置，稳定泥浆的损耗及孔深的量，需要随时向孔中补泥浆物料，保持孔内的压力。

（8）清孔。由于旋挖钻用的泥浆不会循环，在确保泥浆标准之后，需要把孔底的沉渣处理干净，通常使用双层的底捞砂钻斗装置，不进尺的状况下，回转钻斗装置，让沉渣最大限度地进入斗中，再反转，封闭好斗门。

（9）钢筋笼制作与吊放。实施主筋的配筋环节，需要符合各断面的接头数量，不大于主筋整体的50%，进行错开式的焊制、断面的间距需要大于1m;鋼筋笼使用吊车进行装置，确保其整体平稳，被吊离地面之后，需要在起吊的钢丝绳，其吊车钩上，实施滑运，并控制好这个过程，满足平直的起吊，逐渐变为垂直的起吊方式。

（10）水下砼灌注。参考桩径的数据、桩长的数据及混凝土灌注数据，选取合适的导灰管装置与运输机械，混凝土制备好，导管需要装置密实，保障其密封性。使用20t的汽车，吊起导管，放入孔中，需要保持位置在中间，导管下的口，距离孔底大概0.5m，把隔水阀使用8#的铁丝，悬挂于导管内的水面上方。

第一次混凝土实施灌注之前，需要在导管与漏斗里，放好隔水塞装置，之后放进第一批混凝土。确认数量足够之后，才能够剪断其铁丝，利用混凝土的重量，排出导管中的水，让隔水塞停滞于孔底位置。第一次混凝土实施灌入之后，需要不间断的灌入，不可以中途停顿。灌注的阶段需要使用测锤设备，探测混凝土的深度，不能低于2.0m。探测的次数通常不能低于使用的导管数量，同时需要在提升导管之前，控测好管内的高[5]。

实施灌注的阶段，导管中的混凝土如果出现不满，并且有空气，之后的混凝土需要慢慢灌入至导管，不能把将全部的混凝土一同自上面，倒入管中，防止出现导管内的高压气囊。

在混凝土的上层，会有与混凝土接触的浮浆，需要及时清理，所以混凝土的高度需要大于300～500mm，并于在混凝土硬化之后检测强度数值。

混凝土灌注结束时，因为导管中的砼桩，其高度会降低，压力也会减小，而导管外的泥浆及含渣土的稠度和重量会递增，发生混凝土难以上升的时候，应该在孔中加进水，进行稀释，还可以把沉淀物清除，旨在后续的灌注作业能够顺利实施。

3 基坑监测

3.1监测目的

（1）把监测的参数和预估的数据进行比对，能够判断前期作业实施工序及作业的数据是否有误，并监控下一环节的作业数据，实现信息化的作业。

（2）作业实施区域的监测成果，是作业的实际反馈，能够确保作业环节的安全，利于随时进行改善的措施。

3.2 监测点布置

在基坑的四周，设置好一些位置移动的监测点，基坑作业实施环节需要按期对支护的部分，其位移的状况实施观测工作，实施反馈相关的数据。

警报的取值：水平位置移动为30mm，或者0.3%·H，并且变化的速度不大于3mm/d;纵向的位置移动为20mm，或者之0.2%·H，并且变化的速度不大于2mm/d。

3.3 监测结果

（1）支护的部分，其变形数据大多是出现在基坑的开挖作业环节，大概占总形变数据的95%。总体在实施开挖到基坑底部之后，其位移逐渐稳定。