锚拉排桩结构在深基坑支护中的应用

王颖

摘要: 随着经济的快速发展，城市对地下空间的需求和开发规模日益增大，由此产生了大量的深基坑工程，锚拉排桩支护体系是近年来随着基坑工程发展起来的一种新型抗滑支护结构，也是我国目前应用最广泛的支护形式之一。本文结合项目实例，介绍锚拉排桩支护结构在超深基坑中的应用。本项目的成功实施为类似工程项目提供设计、施工参考作用。

关键词: 基坑支护  锚拉排桩结构  施工效果

1工程简介

本工程位于广东省中山市，拟建建筑物为一座金融大厦及其裙房，金融大厦地上高度为272.0m，裙房地上高度为49m。地下室为三层，基坑挖深14.10m～15.20m，基坑支护长度约300m，地质条件较差，基坑开挖深度范围内有淤泥质土层、且有富水砂层，基坑周边环境复杂，支护采用锚拉钻孔灌注桩形式，止水视地层情况采用双排D600单轴水泥土搅拌桩止水帷幕。

2基坑支护设计概况

2.1基坑周边环境影响

基坑北侧临近市政主干道，道路边线距离基坑边约15m，路边分布有供水、污水、电力等管线，另外，在坡顶布设有管理人员办公区与生活区活动板房；东侧临公园公共人防工程（地下室），南侧、西侧临本项目前期已开发建筑。综合以上情况，基坑周边环境比较复杂，对坡顶位移沉降要求较严格。考虑基坑周边环境条件及基坑深度，坡顶基坑影响范围内有道路和管线，环境等级定为一级，基坑工程的支护设计安全等级定为一级。

2.2地质条件影响

基坑开挖深度范围内土层主要为杂填土、淤泥质砂、粉质黏土、淤泥质黏土、粗砂、砂质粘性土（残积土层），下伏基岩为花岗岩。

表1 场地地层物理力学性质指标取值

土层编号	土层名称	重力密度γ (kN/m3)	内摩擦角q φ(°)	凝聚力q C(kPa)	渗透系数K (m/d)
①	杂填土	18.5	10.0	5.0	5.0
②1	淤泥质中砂	18.0	10.0	/	12.0
②2	粉质粘土	19.0	15.0	20.0	0.1
②3	淤泥质粘土	18.0	1.0	12.0	0.1
③	粗砂	20.0	28.0	/	25.0
④	砾质粘性土	18.5	22.0	18.0	1.0
⑤1	全风化花岗岩	19.0	25.0	30.0	0.5

场地地质条件较差，分析主要不利因素如下：

（1）杂填土层含大量建筑垃圾和碎石，均匀性较差，属强透水层，受降水和生活用水影响，水量较为丰富，需对其进行止水设计，避免水位下降引起地面沉降。

（2）淤泥质中砂为相对软弱土层，且属强透水层，水量丰富，需对其进行止水设计。

（3）淤泥质黏土层为软弱土层，对基坑支护结构不利。

（4）粗砂为强透水性地层，水量丰富，也需对其进行止水设计。

（5）残积土层、全风化花岗岩层遇水易软化，对基坑支护结构不利。

2.3支护方案设计

本基坑深度大，地质条件较差，用地空间非常有限，周边环境条件较复杂，对变形较敏感，综合考虑基坑开挖深度，兼顾安全、经济、施工工期控制、土方开挖便利等原则，优选“φ1000钻孔灌注桩+3道预应力锚索”进行支护设计（见图1）。桩顶设置通长锁口冠梁，增强排桩的整体性，基坑开挖深度范围设置3道钢绞线预应力锚索。

通过试算，综合考虑桩身弯矩、坡顶地面变形、经济性等因素，调整桩直径、桩间距、嵌固深度、桩截面配筋来保障支护桩抗弯能力及支护结构整体稳定性、抗滑移、抗倾覆稳定性，最终确定采用直径1000mm钻孔灌注桩，桩间距1.4m，桩长21～23m不等，嵌固坡脚以下深度7~8m，桩端进入强风化岩约3~5m，桩身最大弯矩设计值1133.24 ~1560.47kN·m，桩身配筋22E22~24E25不等。

桩身共设置3道预应力锚索，通过调整预应力锚索的钢绞线束数、竖向间距、水平间距、杆体长度、锚索倾角来平衡和传递作用在支护桩上的主动土压力。因较稳定土层位于地面下约10m以下，锚索既要尽可能锚入稳定土层，又要尽量增大水平分力，减小竖向分力，通过试算确定锚索倾角设为30°。本基坑深度较大，试算后确定采用一桩一锚模式，即锚索水平间距为1.4m，因锚索水平间距小于1.5m，需考虑群锚效应，对锚索锚固段抗拔承载力进行折减，折减系数按内插法计算结果为ξ=0.96。通过设定锚索预加力来进一步控制坡顶位移沉降，保障相邻道路、管线与建筑物的安全。根据锚索拉力计算结果（轴向拉力设计值618kN~768kN），锚索采用4~5束φs15.2钢绞线，材料抗拉强度标准值1860MPa，锚索头部设置腰梁，腰梁截面400*500，将单元计算所得的锚索拉力值反作用于腰梁上，通过弯矩计算结果对腰梁进行配筋。腰梁与灌注桩之间植筋连接，每根灌注桩上植筋6E25，嵌入灌注桩和腰梁各350mm，保障腰梁与灌注桩间不发生剪切破坏。

基坑开挖过程中地下水的控制包括基坑内、外的地下水控制。支护桩外侧设置闭合双排直径600mm单轴水泥土搅拌桩对基坑外侧地下水进行堵截，桩底需穿过透水层大于1.5m且进入坡脚以下，同时可利用搅拌桩本身的抗剪性能作为灌注桩桩间40cm空隙的挡土结构，来承担部分土压力，最终传递给灌注桩，灌注桩临基坑侧表面进行挂网喷混凝土，防止桩间土体松落。基坑内的地下水控制，为了便于土方开挖，在止水搅拌桩施工养护完成后即可进行坑内预降排水工作，基坑开挖时，每层土方开挖前先利用挖机在坑内挖数个约3m深的临时深坑，放入潜水泵抽水，对于基坑内的少量渗水及雨天降水，则通过坑底排水沟汇至集水井，再抽至坡顶排水沟，经三级沉淀池沉淀后排入市政排水系统。基坑开挖到残积土层后，遇到降雨停工天气时，对坡脚土体预先采用彩条布等进行覆盖遮雨，并及时抽水，防止雨水泡软坡脚残积土。

基坑监测要求：按规范要求对桩顶位移沉降，周边道路、管线、建筑物沉降变形，支护桩深层位移，锚索内力等进行监测，通过以上监测措施，全面了解、掌握基坑周边环境与支护结构本身的变形情况，按照信息化施工的要求，及时将所得数据信息反馈给各相关单位，及时作出反应，确保基坑及邻近环境的安全。

基坑周边土方开挖遵循分层分段跳挖原则，以便减少基坑边壁变形。分段长度20m，允许跳挖，每次开挖多段，各段之间间隔5m以上，垂直开挖分层结合锚索竖向间距，每层开挖深度在锚头以下30cm处，绝不允许超挖。基坑出土口设置在东北角，出土坡道两侧放坡坡率为i=1:2，并施工D48δ3.25钢管土钉，土钉长度6~12m，间距1200*1200，对两侧坡体进行加固，两侧坡面挂钢筋网喷射混凝土厚80mm。

3施工效果

基坑开挖到底后实况图见图2。由于基坑周边环境复杂，对变形较敏感，因此对基坑周边变形控制不可忽视，从各项基坑监测数据结果的情况来看，支护桩顶水平位移累计最大变化值为8.98mm，桩顶沉降累计最大变化值为5.20mm，周边道路沉降累计最大变化值为10.96mm，所有位移沉降变形均在控制值以内，变形大小约占开挖深度的0.06%～0.08%，满足了对周边环境的控制要求，支护桩桩身测斜、锚索应力等均在设计可控范围之内，这些数据均直观的反应了基坑的安全，也很好地保护了坡顶管理人员生活区，周边道路和管线的安全，结果证明，该设计很好地控制了基坑开挖过程中的变形，对周边环境影响小。

4结束语

设计采用技术成熟、施工可靠的钻孔灌注桩+预应力锚索进行围护结构施工，一方面降低了施工难度，使得施工各个环节均是有效可控的，从土方开挖、施工便利性、工期等各方面均有优势，同时，在此深度的基坑中，锚拉灌注桩拥有相对更好的经济效益，从各个方面最大限度的节省了支护造价，该基坑工程造价约820万元，综合对比角撑支护结构节省工程造价约100万元，节省工程造价约12%。本项目的成功实施可为同类深基坑锚拉灌注桩的设计、施工提供借鉴和参考。

图2：基坑开挖到底后实况图

参考文献：

【1】建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）；

【2】建筑基坑工程技术规程（DBJ/T 15-20-2016）

【3】建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）；

【4】建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）；

【5】龚晓南，等。深基坑工程设计施工手册（第二版），中国建筑工业出版社出版，2018；

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