桩锚工程基坑支护设计

2022-10-12袁珍梅

甘肃科技 2022年17期

袁珍梅

（甘肃有色工程勘察设计研究有限公司，甘肃兰州 730000）

1 工程概况

1.1 工程简介

拟建建筑场地位于黄河南岸Ⅱ级阶地，拟建建筑为11层，场地地面高程介于1 530.63～1 532.09 m之间，基础顶标高为-14.7 m，柱下承台按1 800 mm考虑，基底标高为-16.5 m（1 515.30 m）。基坑最大开挖深度约为15.8 m。筏板外边缘挑出地下室外墙1 000 mm，筏板外边线距基坑下口线留800 mm工作面。

1.2 场地岩土工程水文地质条件

拟建建筑场地区域地层自上而下依次分布如下:

（1）杂填土层（Q4ml）:厚度2.5～3.5 m,土质不均匀，杂色，以粉土颗粒为主，含少量的煤渣、砖块等，稍湿，稍密。表层0.2 m为砼地面。

（2）黄土状粉土层（Q4al+pl）:厚度7.7～9.3 m，土质较均匀，褐黄色，孔隙及虫孔较发育，局部含少量的粉细砂及粉质黏土，无光泽，韧性低，干强度低，摇振反应中等，稍湿～湿，稍密。其中9.0 m以下为很湿～饱和，稍密～中密状。

（3）粉质黏土层（Q4al+pl）：厚度1.3～2.4 m，土质不均匀，褐灰色～青灰色，稍有臭味，孔隙、虫孔较发育，局部夹少量粉细砂薄层，干强度高，稍有光泽，韧性中等，无摇振反应，软塑～可塑状。

（4）粉细砂（Q4al+pl）：埋深12.1～13.7 m，青灰色，主要矿物成分为石英、云母等，砂质较纯，稍湿，中密。该层呈透镜状，居于卵石层顶面。

（5）卵石层（Q4al+pl）：勘察厚度为5.3～8.0 m（该层未穿透），杂色、青灰色为主，成分以石英石、花岗岩、变质砂岩等为主，以砂类土充填，磨圆度较好，呈圆形～亚圆形，级配不良，粒径以2～8 cm为主，偶见漂石，卵石颗粒含量约占全重的55%～60%，1.5 m以上稍密，其下中密～密实状。

工程勘察期间，在勘探深度范围内未见地下水出露。场地由于受上部给排水管道、地沟渗漏等影响，地表水入渗至黄土状粉土层及粉质黏土层，形成局部的上层滞水，使地基土处于饱和状。饱和层面埋深约9.0 m。

2 治理工程设计

2.1 基坑支护方案设计原则

确保主体工程得以实施、结合周围环境等影响因素；保障基坑自身边坡，周边的构筑物、建筑物，以及道路、地下管线等的安全稳定；最大限度节约施工现场的可用空间；确保安全前提下，优化支护方案的结构形式，以减少项目施工造价，节约工程资金；达成该项目对工程安全、质量、工期及资金的控制目标。

2.2 基坑周边环境条件

基坑西北角下口线距住宅楼（井桩基础）最近距离约为4.64 m；基坑北侧紧邻院内道路，该道路北侧为既有办公楼（1F,浅基础），基坑下口线与其最近距离约为7.52 m；基坑东侧下口线与街道的最近距离约为10.94 m；基坑南侧紧邻院内道路，其南侧为院内围墙，基坑下口线距围墙的最近距离约为7.6 m；基坑西侧与项目一期、二期工程相接。

2.3 基坑支护设计计算参数

综合本工程的重要性等级、场地复杂程度、场地工程地质条件、基坑开挖深度及周边环境等作用因素，拟定本工程基坑侧壁支护安全等级为一级。

依据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012）[1]，基坑支护后有效安全期考虑为12个月，基坑重要性系数取γ0=1.10；排桩圆弧滑动稳定安全系数考虑为Kr=2.2；基坑抗隆起安全系数采用Kb≥1.8；锚杆抗拔安全系数采用Kt=1.8。

根据本项目岩土工程勘察报告，结合该地区的设计、施工经验参数，基坑支护设计计算中所采用的岩土特征参数见表1。

表1 岩土特征参数表

2.4 支护方案的选择

为保障基坑边坡、邻近建构筑物、管线及道路的安全，结合基坑开挖、地下工程作业环境等，必须对基坑边壁进行有效支挡。支护形式根据基坑周边各段空间条件、土层地质条件、边坡坡高坡率、边坡变形要求等约束条件，将工程的安全性、经济性作为关键因素，选用适宜的支挡形式。

因基坑开挖深度约为15.8 m，且周边临近的建、构筑物及道路、管线等繁杂且距离受限，施工可利用空间十分狭小，因此场地不具备能够自然放坡的条件。为切实保证基坑坑体及四周建、构筑物的安全不影响正常使用，该基坑工程拟采用桩锚工程进行支护。

基坑支挡设计计算，使用深基坑设计软件进行。结合该区域基坑支护、支挡的工程设计经验，认真详细总结该工程前期已完工工程的成功设计、施工作业等经验，对设计参数适当微调，并经设计软件验算复核，最终确定了该支挡设计方案。

3 工程措施

（1）支护排桩设计桩径为0.9 m，桩心距采用2.0 m，桩全长为24.0 m。支护桩与其顶部的冠梁砼强度等级均为C30，施工工艺采用旋挖钻挖孔。钢筋笼采用沿桩身通体通长均匀布筋,砼保护层厚度5 cm，主筋及加强筋均为HRB400钢筋，箍筋选用HPB300钢筋为螺旋箍。支护桩主筋植入冠梁的长度不得小于0.55 m，冠梁尺寸为1.2 m宽、0.6 m高。

（2）支护桩的桩间共布设3排预应力锚索及4排土钉。锚索水平间距为2.0 m，竖向间距采用2.5 m，位于相邻两根桩的中间。三排锚索长度不同，分别采用18.0 m、16.0 m、16.0 m，自由段长度各自为6.0 m、5.5 m、5.0 m。锚索材料选用3束直径为15.2 mm的钢绞线绑扎，锚孔内采用M 20水泥砂浆进行注浆。预应力锚索的成孔孔径采用150 mm，第2及3排锚索底部5 m范围内，采用20 MPa高压注浆进行扩孔，扩孔后终孔径为400 mm。

（3）冠梁下1.5 m处打入第1排土钉，选用1根直径为18 mm的HRB400钢筋，或直接打入DN40的锚管，长度为12 m；第2～4排位于3排锚索下部2 m处，直接打入DN40锚管，长度分别为6.0 m、3.0 m、3.0 m。土钉的水平及竖向间距均选用2.0 m，孔内注入的水泥砂浆强度等级为M10。

（4）如遇锚管打入卵石层进入困难，则需结合现场实际情况尽可能地打入，必要时也可采用加密土钉；如在杂填土层土钉难以成孔甚至不能成孔，则可直接打入DN40的锚管。第1排土钉打入时，需结合现场情况，必须避开地下管线等，土钉的具体位置、长度等，可以结合现场情况酌情调整。

（5）待支护排桩施工结束，边坡开挖成型后，需在排桩桩间挂设土钉网，并且喷射素砼。在支护桩的桩身上，固定土钉钢筋网片。喷射素砼的面层厚度采用0.1 m，强度等级为C25，骨料最大粒径小于等于16 mm，水灰比宜为1∶0.45。混凝土护面钢筋网，采用单层双向网片。网片设计直径为6.5 mm的钢筋，间距设计为250 mm×250 mm，接头可用搭接绑扎，搭接的长度不大于等于200 mm。钢筋网的翻弯长度需要大于1.5 m。砼面层在其顶部位于基坑边时，须向上翻浇。宽度设计为2 000 mm（钢筋网片的翻弯长度、基坑顶部混凝土面层的宽度等，若施工时不能达到设计要求尺寸，可以结合场地实际条件酌情进行调整）。

（6）基坑顶外翻边钢筋网的边缘位置处，须设置地锚。地锚选用竖向植入30～50 cm的HRB400钢筋，或打入DN40钢管而成。钢筋网片需挂设在地锚外侧的横向钢筋上，沿基坑周边的布设间距以2.0 m为宜。

（7）沿基坑四周，需要铺砌高度为0.3 m的砖砌挡水墙。因场地地形条件受限不能设置挡水墙的地段，必须保障地面排水顺畅，严防坑顶积水。

4 基坑监测

鉴于基坑开挖成型后放置时间较长，故应在施做过程中及放置期间加强对周边建构筑物、管线、地面及基坑顶的沉降及位移情况进行监测，随时监控沉降位移发生量及其变化趋势等，遇见异常情况立即停止施工作业，并立刻上报相关负责人，尽快查清问题原因后及时处置。

依据《建筑基坑工程监测技术标准》（GB 50497—2019）[2]，本项目基坑工程监测的主要内容有：因为基坑开挖从而引起的基坑底部及顶部的水平位移变形，基坑顶部四周地面的沉降竖向位移变形；支护排桩桩顶的水平位移变形；因为基坑开挖而引起的临近建筑物、地面、管线、道路等的沉降竖向位移，以及基坑周边产生的地表、道路管线的变形裂缝等。本工程基坑周边及坡顶共布置17个水平位移监测点，基坑周边的建筑及道路共布设竖向沉降监测点18个。

基坑监测时应当在开挖前测得初始值，并且不得少于2次，初期开挖时每天监测宜不少于2次。随着开挖加深，监测的周期可适当加大，但当变形超过相关标准时，尚需加密日观测次数。基坑支护完成后或边坡变形趋于稳定时，监测的周期可以增大至1次/周。遇雨季时，必须增加观测的密度，暴雨过后须及时进行变形观测。变形观测须一直持续至基坑回填完成后方可停止。

5 基坑工程应急预案

深基坑支护工程，属于危险性较大的分部分项工程。施工过程中可能遭遇各种意外工况，施做中要切实加强观测，采用信息法施工，对应急处理措施进行专项论证，以防患于未然，有备无患。

（1）基坑开挖前，应预见可能发生的事故，相应准备一定的应急材料、设备，筹备好抢险加固的工作。若基坑开挖施做引起涌土、流砂或坑底隆起失稳时，或围挡结构变形过大有失稳预兆的，应立刻停止施工作业，并采取有效的应急措施，确保施工安全、顺利地进行。

（2）基坑开挖时如遇位移速率过大，在位移沉降过大区域，应立即采用坡脚堆载土体以控制继续变形，待边坡稳定后再行支挡加固。

（3）坑体土方的开挖应分区、分层、分段进行，严禁出现一次性开挖到底及超挖。挖出的弃土不得堆放在支挡外侧基坑边，严禁施工设备触碰支挡结构。开挖至设计坑底标高后，立即做垫层、砌筑砖模、浇筑混凝土底板，严禁长时间暴露。

（4）对于位移、沉降过大区域，应结合成因，或加密锚索、或坡顶卸荷，或采用坡后小压力注浆等措施以加固坡体。

（5）坑壁局部坡面剥离坍塌的处理：轻微时，迅速采用喷锚挂网固定，喷射速凝砼（喷射料中依比例加入适量速凝剂）[3]；较严重的应在塌方位置向下打入竖向钢管，并于坑外一侧插入竹笆，然后向塌方处填埋草袋，使加强筋与竖向钢管焊接，并与支护桩桩体植筋相连，并绑扎钢筋网片，立刻喷射速凝砼。当遇暴雨或因其他特别情况，坡体存在坍塌的风险，致使无法及时实施加固时，应立即停止该险情处的土方开挖作业，同时疏散现场施工人员至安全区域。用挖掘机等机械迅速回填土方于险情处支护体系的底部，预防引发支护体系的整体滑移而带动更大面积的支挡体险情。

（6）因本基坑杂填土厚度变化较大，在较厚部位土方的开挖应分区域、分层、分段开挖作业，若杂填土垃圾较多导致稳定性较差时，分层厚度应调整为0.3～1.0 m，分度长度为5～10 m，开挖完成后应及时进行素喷，待素喷砼初凝后，再进行钢筋网片的捆扎、上层喷射砼的施工，待上层砼强度达到80%后，再实施下层开挖作业。

（7）在施工过程中，遇厚层粉细砂层、饱和粉土地层时，应采用分段、分层开挖作业，分段长度5～10 m，分层厚度0.5～1.0 m。开挖后迅速采用植入锚管挂网固定，喷射速凝砼；土层坍陷较严重时，向下植入竖向钢管，坑外一侧打入竹笆，然后向塌方处填入草袋，将加强筋同桩身植筋焊接，捆扎钢筋网片，立即喷射速凝砼。

（8）地下室结构施工，应于基坑安全使用期内完成，若未能完成地下室四周回填，应结合基坑监测、基坑周边建筑荷载等，对支挡结构安全有效性评价，同时确定是否需采取加固等处理措施。

（9）险情发生时，强化位移变形监测，如裂缝较小且趋于稳定，可对原支挡体系加固。如果变形较大，原有支挡体系已完全失效，则宜用机械辅助，人工分段分层重新加固险情处。

6 施工注意事项及安全文明施工要点

6.1 施工注意事项

（1）支护排桩、锚索及土钉等加固措施实施前，必须仔细查明场地周边的地下管线（网）、构筑物等的埋深及走向等情况，杜绝工程支护措施所占用的空间与地下已有的管网等构筑物交叉引起安全责任事故以及非必要的损失等。

（2）基坑开挖过程中应当连续施工，将暴露时间减少至最低。开挖时须遵守“自上而下，先撑后挖以及分层开挖”的原则。严格按设计的土钉位置进行分层开挖，严禁超挖后回填；严禁边坡坡壁超挖而引起的土体松动，机械开挖宜与人工清坡相紧密结合，确保边坡坡度、边坡平整度等达到设计要求，坡面不得有虚土。若坡面上有较大的坑穴或孔洞时，应先行挂设钢筋网后，再将坑体、洞穴用砖块、砂石或沙袋等密实材料填平夯实。

（3）如土钉墙坡面遇渗水则极易诱发边坡失稳，施工前须采取如防渗土工布等必要的措施以确保边坡不发生渗漏现象。

（4）土钉挂网喷射砼应当分段、分层地施工，不得超挖或是将多层并为一层实施。

（5）基坑周边严禁堆放开挖的土方及其他建筑材料等，弃土应及时清运出场。坑顶四周必须设置防护栏杆、安全防护网及标识牌等，进入施工现场的所有人员均须配戴好安全帽，杜绝从坑顶向下抛扔物体。

（6）勘探显示本项目在开挖的深度范围内未出露地下水，但场地的四周管沟、管道等繁多，且年代久远，故施工前必须做好防排水设施，以防止雨季降水由地势高处汇流至基坑内。密切关注预防基坑坑顶及侧壁土体内的各种水源渗流等所诱发的基坑安全问题。