深基坑支护施工技术在高层建筑项目中的应用

2024-01-31曹力

建材与装饰 2024年4期

曹力

（山西三建集团有限公司，山西长治 046000）

0 引言

以锚杆实施基坑挖掘支护方具备以下作用：能够使土体更稳定，减少或防止土体的滑动；能够使松软土体的强度增加，在实施基坑强求中利用。但就现阶段的预应力锚杆使用情况来说，锚杆支护的理论研究跟不上实际应用，尚未对预应力锚杆的使用原理以及设计方式进行深入的研究，该方面的理论还不成熟。论文在预应力锚杆支护的机制和设计方法上作以分析和探究，以期在理论研究和实际操作的基础上，让锚杆支护具有强有力的理论依据。

1 工程简介

本文以某广场4 号地下车库等4 个项目为研究对象，该项目占地23612m2，由3 幢办公楼、一个车库构成。整体为弧形，基础埋深20m 左右。工程等级：Ⅰ级，场地复杂等级：Ⅰ级，地基复杂指数：Ⅱ级，基坑安全性：Ⅰ级。

2 支护结构方案设计

该项目基坑支护类型为锚桩联合支护，基坑的安全性能是一级，其内壁安全系数γ0是1.10，桩直径800mm，桩长17m，相邻桩之间的距离1.40m，混凝土采用的是C25 混凝土，地面超载以设计为20kPa，设定地面标高为±0.00，护坡桩设计深度为5.00m，桩顶标高是-4.50m，那么基底标高就设计为-16.5m，桩底标高为-21.50m，设计标高比锚杆标高低0.50m，内部水容量规定深度设计为19.50m，外部设计为11.13m，同时内部降水深度要和挖掘深度相匹配[1]。

设计基坑支护有3 个必要条件：①安全性。②经济性。③适用性。其中最基本的是安全性，确保基坑支护结构自身与其所在区域的建筑管线等的安全是最关键的，更进一步，要满足基坑施工不会对其所在区域的其他建筑和设施造成不良影响，最后，要确保基坑项目的经济性，要最大程度的节省工程成本，在此基础上，要确保基坑项目的适用性。在此基础上，该工程项目采取放坡土钉墙与结合桩锚支护结构的支护方法，基坑项目由7 个部分组成，土钉墙喷坡和放坡支护设计在上层4.5m 的区域，与地面相隔4.5m 区域以下设计为桩锚支护，锚杆共设计有三层，马道口部分设计两层锚杆，锚杆之间的距离分别为两桩一锚、三桩两锚和一桩一锚，锚杆于各个范围的总长设计为22m、24m、25m。

3 深基坑支护施工工艺

在基坑深度方位总共安设三道锚杆，本次工程所使用的锚杆都为低松弛钢绞线（fptk=1860MPa），特定位置设计两道锚杆，直径是150mm，锚杆和所在平面夹角设计为15°。因为基坑所在区域情况和各个位置对锚杆的称重能力要求不一样，所以，锚杆自身承重能力于各个区域都有相应的价值，该项目选取北坡1-1截面为案例，解释对锚杆的计算。表1 为锚杆情况明细。

表1 锚杆情况明细

锚体直径长150mm，锚杆作用的位置设计在-4.50m、-8.50m、-12.50m，图1 为锚杆立面，由图1 可知本次使用的锚杆总长以及锚固体长，首道锚杆设计成两桩一锚，锚杆水平距离相隔2.8m；其次设计为三桩两锚，锚杆水平距离相隔为2.1m；第三道锚杆设计成一桩一锚，锚杆水平间距为1.4m。

图1 锚杆立面

锚杆钻机到达指定位置→杆体成形→机械钻孔→杆体安装→灌注→养护（标准为M15 同时要满足规定值的70%）→架设腰梁→安装锚头→锚杆验收测试→张拉锁定。

3.1 钻机就位

该项目使用的是3 台英格索兰钻机或螺旋锚杆钻机。锚杆项目进行前要先实施定位放线，按照图纸上的标高精确放线，在适当的间隔处设计控制位，确保锚杆在相同的标高位置[2]。

3.2 成孔

成孔施工选择锚杆钻机进行成孔，设备半径150mm，将锚杆施工的倾斜角设置为15°，钻机必须和点位精确对标，在施工前，必须进行实验，保证成孔品质。

3.3 锚杆体制造与放置

锚杆杆体要在钻孔施工前于施工现场完成，杆体的材质必须根据设计选择普通低松弛钢绞线，同时要先完成钢绞线的去锈除油工作，使用钢绞线时偏差必须控制为小于50mm，其上在相距1.5～2m 处安装一个隔离设备，隔离设备的作用是对中以及导向，杆体防护设施必须大于20mm，特定位置采取塑料套管进行防护，采用铅丝将管套和锚固部分链接处实施密封，待查验达到标准后方可投入使用[3]。

3.4 注浆

实施锚杆注浆时应选择高压专用注浆泵。对于浆液规格为0.50 的素水泥浆，应该在使用时临场搅拌同时进行灌浆作业，若是出现过早凝固的现象，则需要使用一定流量的添加剂。在成孔后，进行灌浆，灌浆设备和孔底部到达规定高度后实施灌浆，实施灌浆时要及时将孔内的水分进行清理，到浆液溢出为准，各个孔的浆液使用量约为0.7m3，为提高锚杆的强度，必要时可实施二次劈裂灌注[4]。

3.5 腰梁安放

腰梁的安放作业要在完成锚杆后操作，并且要确保其和锚杆成合适的夹角。腰梁选择的是工字钢组合的方式，进行安放的过程中，必须使其形心高度和锚杆高度相匹配，工字钢有两种形式，一种是25b，另一种是28b，钢腰梁必须和护坡桩之间不能有空隙，必须紧挨其上，达到不到要求的地方，要使用净距加工角度垫板，同时完成焊接，以保证达到规定的要求。

3.6 锚杆验收试验

完成锚杆灌注后要对浆体实施养护，如果浆液规格满足M15，养护通常需要7d 的时间，依据规定要对5%的锚杆完成锚杆实施检测合格才能进行验收，《建筑基坑支护技术规程》对锚杆检测做法做了规定，检测的部门是中国建筑科学研究院，实验顺利完成，最终合格。

3.7 锚杆张拉锁定

锚杆灌注后养护规格达到M15 时实施张拉操作，试验达到标准后，实施所有锚杆的张拉锁定，安放锚头的地方架设台座，要求承压面必须平整同时要和锚杆轴线垂直，实施张拉时使用标准测力设备，使用的是与之相匹配的电动机油泵和千斤顶，实施张拉前由专业部门中国计量科学研究院完成校订，按照相关要求实施张拉操作。张拉形式选择的是分级张拉，特殊情况下要实施补张拉。

3.8 锚杆施工质量控制

（1）因为该项目第二、三道锚杆施工部位地质的特殊性（含水量高且为砂层），锚杆方式选择水锚杆工艺，锚杆成孔选择套管跟进的技术，同时确保水泥浆的达到相应标准，为了防止塌孔现象，在成孔后必须马上实施灌浆。

（2）为了避免出水造成的泥沙流失，成孔时必须密封锚杆孔。

3.9 锚杆监测

在对土层锚杆进行操作时，其受力和土体发生的移动并非静态，二者受基坑的挖掘影响，为了让锚杆在安全和适用方面都达到要求，必须对其实施动态监测。

锚杆在处于受力情形下，受制于各种外部条件，其预应力会遭到损坏，因此锚杆被使用时，随时检测能够最大程度的避免基坑事故。

3.9.1 监测项目与布点

在锚杆工作状态下，由于锚杆预应力的损失会导致土体向基坑内侧进行倾斜，所以锚杆的监测应与基坑位移的监测紧密联系起来，共同维护基坑的安全、适用。

永久性锚杆监测应包括以下监测项目：锚杆的拉力情况；锚杆的腐蚀情况；锚固体结构的变形情况。根据工程需要一般情况下需对锚杆进行锚杆承载力、锚杆应力变化进行监测。锚杆监测系统应设置在最能反映锚杆应力变化的位置，对不同土层的锚杆，同一高度不同位置的锚杆都要进行监测，从而得出反映基坑位移变化的锚杆应力，通过锚杆应力数值对锚杆做出正确判断，采取相应措施，保证土体稳定性和基坑的安全适用性，防止基坑事故发生。

3.9.2 监测要求

国家在锚杆监测数目上有明文规定：针对长期使用的预应力锚杆，其监测数目必须达到总量的5%～10%；临时性的，其监测数目要达到总量的3%，同时在数目不能满足上述规定时，其监测数目必须在3 根及以上。针对锚杆测力计，必须根据相应的监测规定，按照要求的时间完成监测，若是有降水时，以及锚杆区域范围内进行对土层有影响的操作时，必须增加监测次数。并且还要监测锚杆防腐情况和基坑的位置变化。

监测结果必须第一时间上报有关部门，同时，应对产生问题的地方及时进行相应的补救。

4 锚杆试验

实施基坑挖掘时，其上层的锚杆已处于工作状态，并且已经作用于土体，下方的土层在挖掘时极易对上层的锚杆产生作用，上层锚杆此时会产生增大。完成基坑挖掘后，其下部的锚杆承受的作用力是最大的，上部的相反。此时土体偏向移动幅度最大的是上部，该变化证明锚杆承受的作用力不会和土体移动成比例，造成该现象的原因是，在基坑挖掘的过程中，其位移并不会停止，并且方向是向外的，当基坑挖掘停止时，位移也会停止，但是对于土体，其作用力的方向是从上到下的，下方的土体发生移动时会连带这上方的土体[5]。

众多的工程案例以及锚杆实验证明：拉力类型的锚杆，处于自由段时，其预应力相对稳定；在其轴力增加的过程中，应力将往锚固部位输送，因为锚固部分和其所处部位的土体会产生摩擦，所以该部分预应力会慢慢变小，若是足够长，锚固部分的应力会接近0。这种现象出现的原因为锚固体头部力的来源是自由段拉应随着拉力变大而变大。锚杆应变沿锚杆长度变化曲线如图2 所示。

图2 锚杆应变沿锚杆长度变化曲线

由图2 能够得出，锚杆处于张拉锁定状态时，锚杆应力变动能够分成3 个时期：①减小时期。②稳定期。③增加期。因为实施张拉时会锚杆有回油的情况，所以在其锁定的初步阶段，拉力会有部分损失，同时逐渐变得稳定，土压随着基坑的挖掘增加，锚杆应力亦会变大，但最终无法恢复到刚被锁定状态下的，于是造成了其减损。锚杆处于极限抗拔状态时，若是发生下面情形时就可以被认定为为锚杆遭到破坏。

（1）其张拉位移不断增大，无法达到稳定状态。

（2）锚杆进行张拉时，后一级荷载张拉造成的位移增量是前一级的两倍。

（3）锚杆的杆体出现问题。完成锚杆建设后，必须完成检验，达到标准后方可投入使用。在孔内浆液规格为15MPa，或者锚杆完成注浆7d 后，实施张拉和检验。为保证项目质量，必须使以下操作达到规定的要求：①锚杆检验的数目必须大于总数的5%，同时根数必须大于3 根，进行检验时，必须在每种土质都进行一次，如此方可确保项目的安全性以及科学性。②最大负重必须小于预应力筋极限的0.8 倍。③实施张拉时，必须分级张拉，同时必须确保锚杆预应力筋有足够的变形时间，如此便能避免锚杆预应力过大造成的问题。④锚杆张拉的位移应符合相关位移条件。