大角度锚杆在某深基坑工程中的应用

江 宁，夏长华，唐 君，郭志强，郭强波，李 帅，舒 伟，任禄星

(1.建筑安全与环境国家重点实验室，北京 100013； 2.中国建筑科学研究院有限公司地基基础研究所，北京 100013；3.北京市地基基础与地下空间开发利用工程技术研究中心，北京 100013)

0 引言

随着城市经济的高速发展，城市建(构)筑群中进行项目建设近年来逐渐增多。基坑工程呈现出紧(场地紧凑)、近(毗邻建(构)筑物及地下设施)、深(基坑开挖深度大)、大(规模和基坑开挖尺寸大)等特点。基坑支护设计、施工过程中不仅要考虑其自身的特点与条件，满足地下主体结构施工安全，更要考虑基坑支护结构形式对周边环境的保护。当现场周边环境比较复杂，业主方提供的周边管线信息与实际情况不相符，要根据现场的实际情况对基坑支护设计方案进行调整，在保证基坑安全的前提下，满足业主方对工期、造价等因素的要求。某项目受到综合电力管廊的影响，通过计算调整基坑支护设计方案，采用入射角度为10°～55°的锚杆分别从综合管廊顶、底穿过。该工程中采用的35°～55°大角度锚杆和抗剪支座设计方案对类似工程具有参考价值。

1 工程概况

拟建场地位于北京市通州区，该项目包含020，032两个地块。020地块±0.000=26.300m，基坑深度3.80～9.45m；032地块±0.000=26.150m(开闭站为27.000m)，基坑深度3.60～8.87m。020，032地块东侧红线外约1.5m向外分布电力、电信、中水等各类管线主管以及垂直于主管的支管，地下管线埋深约在19.850～25.550m(路面标高)。现场踏勘时，020，032地块东侧正在施工市政管线，市政管线采用大开挖方式敷设，管沟开挖深度约5～6m，开挖宽度约5m，两侧边坡采用1∶0.3土钉墙支护方案，地块施工前东侧市政管沟已回填。

2 工程地质与水文地质条件

2.1 工程地质条件

根据岩土工程勘察报告，最大勘探深度50m范围内所分布的土层按沉积年代、成因类型可分为人工堆积层、新近沉积层和一般第四纪沉积层3大类，按地层岩性及工程特性进一步划分为10个大层，现分述如下：人工堆积层分布于地表，为人工堆积杂填土①层、黏质粉土素填土①1层。新近沉积层分布于人工堆积层之下，为新近沉积粉质黏土②层、黏质粉土～砂质粉土②1层。一般第四纪沉积分布于新近沉积层下，为一般第四纪沉积黏质粉土～砂质粉土③层、重粉质黏土～粉质黏土③1层、粉砂③2层，粉质黏土～重粉质黏土④层 、黏质粉土～砂质粉土④1层，细砂⑤层、粉质黏土⑤1层、黏质粉土⑤2层，粉质黏土～重粉质黏土⑥层、黏质粉土～砂质粉土⑥1层、粉砂⑥2层，粉质黏土⑦层、黏质粉土～砂质粉土⑦1层、细砂⑦2层，重粉质黏土～粉质黏土⑧层、黏质粉土～砂质粉土⑧1层、细砂⑧2层，粉质黏土～重粉质黏土⑨层、黏质粉土～砂质粉土⑨1层、细砂⑨2层，细砂⑩层、粉质黏土⑩1层。

2.2 水文地质条件

020地块第1层为潜水，稳定水位标高15.110～15.410m(埋深9.700～9.800m)，主要含水层为黏质粉土～砂质粉土④1层，细砂⑤层、黏质粉土⑤2层。

032地块第1层为潜水，稳定水位标高14.260～14.720m(埋深10.000～10.100m)，主要含水层为黏质粉土～砂质粉土④1层，细砂⑤层、黏质粉土⑤2层。

3 基坑支护结构设计方案

3.1 基坑支护方案

020，032地块东侧为桩锚支护形式，桩锚支护结构的锚杆入射角度为20°。但在锚杆施工过程中发现，在020，032地块东侧的市政道路有一条距离地块红线最近1.5m的综合电力管廊。此电力管廊为南北走向，全长1 008.8m，管廊埋深3～10m，底标高为16.200～18.800m，断面尺寸为2.5m×3m。此电力管廊情况与业主方提供信息不相符。

因此，原方案入射角度为20°的锚杆无法正常施工。该项目施工工期比较紧张，综合现场场地受限条件及施工造价因素考虑，相对于其他形式的支护结构来说，桩锚支护方案最优。根据市政道路管线综合平面图及现场实际情况，经方案对比计算与分析，020，032地块东侧桩锚支护结构锚杆进行变更。变更后的锚杆分别从电力管廊的顶、底部穿过，从电力管廊底穿过的大角度锚杆入射角度为35°～55°，如图1所示。

图1 大角度锚杆剖面

3.2 大角度锚杆设计参数

按设计要求，020，032地块桩锚支护结构部分的基坑安全等级为二级，大角度锚杆施工的设计参数如表1所示。

表1 大角度锚杆设计参数

3.3 大角度锚杆构造

大角度锚杆方案相对于常规角度锚杆方案，由于其竖向分力较大，钢腰梁抗剪支座的设计至关重要。钢腰梁支座的设计包括：①钢牛腿与支护桩之间的剪力传递结构的设计；②钢牛腿的设计。钢牛腿与支护桩间剪力传递结构设计及做法如下。

1)剪力传递由支护桩植筋及埋件组成，植筋为10φ22钢筋，埋件为290mm×900mm×20mm钢板。

每根钢筋计算剪力V=24.6kN，每根螺栓抗剪承载力验算：

(1)

2)抗剪支座承压钢板上面对称焊接两片等腰直角形传力钢板，采用直角焊焊接，焊缝强度验算如下：

(2)

抗剪支座钢牛腿与支护桩间剪力传递结构设计详图如图2所示。

图2 大角度锚杆端部大样

4 施工与检测

4.1 施工

大角度锚杆因入射角度较大，相比常规入射角度锚杆施工难度大大增加，尤其锚杆入射角度的控制和抗剪支座的制作、安装，成为该施工过程中控制的关键。

1)锚杆入射角度的控制

受综合管廊的影响，锚杆入射角为10°～55°，分别从综合管廊的顶、底部穿过。施工过程中严格按照设计方案分部位进行锚杆位置的放样，并标明该部位锚杆入射角度及其参数；锚杆钻进前通过锚杆钻机上角度盘进行入射角度的设置，钻进过程中时刻关注角度盘上数据的变化，如若变化过大，需拔出钻杆并重新复钻。

2)抗剪支座的制作、安装

抗剪支座施工时，根据钢牛腿尺寸及位置，支护桩表面进行凿毛。受支护桩施工位置及垂直度偏差影响，需将不同支护桩上的钢牛腿调整到同一竖向平面上，以保证锚杆钢腰梁能够顺直安装。抗剪支座钢牛腿安装完成后，在支护桩与钢牛腿之间，采用大于支护桩混凝土强度等级的豆石混凝土进行灌注。待混凝土强度达到要求后安装钢腰梁，进行锚杆张拉。

施工过程中在基坑四周设置坡顶、桩顶沉降、水平位移、深层水平位移和锚杆轴力监测点，加强对支护结构及周边环境监测。

4.2 检测

锚杆施工完成以后，由第三方检测单位根据JGJ120—2012《建筑基坑支护技术规程》中的有关规定对已施工锚杆进行轴向抗拔承载力检测。根据不同剖面、不同参数的锚杆进行随机抽样试验的结果显示，锚杆轴向抗拔承载力满足设计要求，大角度锚杆的检测结果如表2所示。

表2 大角度锚杆检测结果

5 基坑监测

基坑开挖过程中，对支护桩桩顶水平位移、桩身深层水平位移和锚杆轴力进行监测，监测时间延续到2019年4月基坑回填。

020地块大角度施工部位支护桩桩顶水平位移监测点布设5个，其中G8点水平位移变化量较大，变化量为12mm；桩身深层水平位移监测点布设3个，其中3号点深层水平位移变化量较大，为0.4mm；锚杆轴力计安装3个，其中MS01点位锚杆轴力变化量较大，为6.57kN。

032地块大角度施工部位支护桩桩顶水平位移监测点布设5个，其中G6点水平位移变化量较大，为10mm；桩身深层水平位移监测点布设1个，1号点深层水平位移变化量为0.3mm；锚杆轴力计安装2个，MS02点位锚杆轴力变化量为4.02kN。

监测结果显示，支护桩桩顶水平位移、深层水平位移及锚杆轴力的变化量均未超过预警值，表明该项目大角度锚杆支护的设计方案是非常成功的。

6 结语

1)基坑支护设计、施工不仅要考虑其自身的特点与条件，满足地下主体结构施工安全，更要考虑基坑支护结构形式对周边环境的保护。受综合电力管廊影响，该项目通过对锚杆方案的变更，采用入射角为35°～55°锚杆分别从综合管廊顶、底部穿过的方案是可行的。在满足对周边管线保护要求的同时，也能够满足业主方对工期、造价等要求，对于处理相似工程具有一定的指导意义。

2)本工程大角度锚杆施工过程中入射角度的控制为难点，抗剪支座的设计、制作与安装为亮点。施工过程中质量过程控制尤为重要。