桩锚支护结构在基坑支护中的应用

桩锚支护结构在基坑支护中的应用

刘鑫，李建国，黄雯

中国建筑第八工程局华北公司 天津市 300450

摘要：桩锚支护体系是近年来随着基坑工程的发展而发展起来的一种新型支护结构，因其工程适用性强而被广泛地运用于岩土工程施工中。本文结合实例介绍了深基坑支护方案设计、基坑支护结构施工，为桩锚组合式基坑支护形式在深厚砂层中的应用获取了经验。
　　关键词：基坑、桩锚支护、降水井
　　前言:随着城市建设的逐步发展，城市用地越来越紧张，因地基承载力、抗震稳定性、建筑结构和功能的需要，很多建筑基础的埋置深度大多超过了10 m，有的甚至超过了20 m，而这些建筑大多位于市区的繁华地段，场地狭窄，四周的城市道路及地下管线距离场地较近，且场地四周又有不同层高的建筑物或构筑物，这些自然因素就决定了基坑开挖时不能放坡。桩锚支护结构是排桩与预应力锚索联合支护结构的简称，该支护形式刚度大而变形相对较小，常用于地质条件和周边环境复杂、基坑深度大（一般超过12 m）的基坑支护中，能够成功地解决这一问题。
1、桩锚支护体系的工作原理
　　研究人员认为，桩锚支护体系中锚杆的自由端受力时，通过锚杆传递给锚固段，由于锚固段与土层锚固在一起，所以可以利用锚固体之间的摩擦力将所受的外力传递到周围土层中，以达到应力释放的目的。
2、支护设计概况

拟建物概况：本次围护项目的主体包括指挥中心(地下部分为数据机房)、办公楼地下部分为车库)，主体采用框架结构，筏板基础（设下柱墩)。本项目基坑面积约1.3万平米，基坑周长约575米。建筑正负零相当于绝对标高为67.450,开挖前现状地坪应平整至绝对标高66.580，相当于相对标高为-0.870，严格按支护设计图纸进行施工。

支护选型

3.1、浅坑区域基坑支护采用二级放坡+土钉的支护方式，放坡坡度为1:0.5，留置1.0m宽土平台，土钉的道数、长度根据不同的基坑深度和坑外环境进行计算确定。

3.2、深坑区域基坑支护采用放坡+土钉+桩锚的支护方式，放坡+土钉的卸土深度为6.0m，坡度为1:0.5，桩径、桩长、锚杆道数以及锚杆长度根据不同的基坑深度和坑外环境进行计算确定。

4、基坑支护方案设计
4.1、支护结构选型
　　樁锚式支护结构工期较短，工程造价较低，不影响地下室结构施工，适合本工程施工。锚索在砂层中难以施工、会造成地下水与砂土流失而造成地面沉陷的施工难点，可通过采用预应力锚杆的“压水钻进成孔法”施工工艺以及跟套管钻进工艺加以解决。综合以上所述，该工程确定采用钻孔桩+预应力锚索支护方案。
4.2、支护结构
　　支护结构排桩采用φ1000@1100钻孔灌注桩。排桩间设置？550@1100单管旋喷止水帷幕。钻孔灌注桩桩长约21m，施工中以进入强风化岩或残积土层1m为准。在排桩桩顶整圈设置1000mm×800mm的钢筋混凝土压顶梁。
4.3、预应力锚索设计
　　根据计算结构，本工程采用一桩一锚的形式，上下共设两排。
　　第一排锚索（YM1），位于地面下3.2m位置，轴向拉力设计值为40t，预应力锁定值为20t，设计采用φ150锚孔，锚杆长度35m，自由段5m，锚固段30m，采用3×7φ5钢绞线。
　　第二排锚索（YM2），位于地面下6.0m位置，轴向拉力设计值为55t，预应力锁定值为40t，设计采用φ150锚孔，锚杆长度35m，自由段5m，锚固段30m，采用5×7φ5钢绞线。
4.4、基坑地下水控制设计
　　（1）止水帷幕设计
　　旋喷桩采用单管旋喷，设计桩径为550mm，设计桩长暂定为21.0m，实际施工按进入不透水层1.0m控制，流量10L/min，注浆压力为25～28MPa，水泥用量为180kg/m，钻孔钻速为20～25r/min，提速为0.2～0.3m/min。
　　（2）降水设计
　　地下室采用井点降水。共设降水井18个，降水井深度为14m，降水井直径均为800mm。其中剪力墙承台位置为16m。周边设置4个地下水位观测井。
5、基坑桩-锚复合支护结构施工技术
5.1、施工工艺流程
　　施工放线→钻孔灌注支护桩施工，单管旋喷桩止水帷幕施工→桩检测→压顶梁施工→场地土方开挖至-2.5m→第一道预应力锚索施工→第一道预应力锚索张拉→场地土方开挖至-7.5m→第二道预应力锚索施工→第二道预应力锚索施工→土方分层开挖至设计深度。
5.2、钻孔灌注支护桩施工
5.2.1、钻孔桩成孔
　　钻孔桩的机具选择、护筒埋设、泥浆护壁、施工要领及清孔等要求按现行规范和规程处理。桩成型后必须清除孔底沉渣，清孔后沉渣厚度不得大于100㎜，并应立即灌注水下砼。
5.2.2、钻孔桩钢筋笼制作及安装
　　纵向受力钢筋采用HRB400钢筋，纵向受力钢筋的连接采用焊接，单面焊接10d，双面焊接6d。焊接接头必须按规范要求错开。保护层厚50㎜。螺旋箍筋和横向加劲筋均采用HRB335钢筋，纵横钢筋交接处焊接牢固。钢筋笼外侧需设混凝土垫块或采用其他有效措施，以保障钢筋保护层厚度的准确性。

5.2.3、钻孔桩水下混凝土浇灌
　　挡土桩混凝土强度等级C30。灌注前，应检查商品混凝土供应厂家提供的混凝土级配单，抽查测定到场混凝土的坍落度，禁止使用不符合坍落度要求的混凝土。导管口离孔底应控制在30-50㎝范围内，灌注混凝土开始后应连续作业，严格控制拆导管的时间，一般不超过15min，不得中途停工;当导管内未灌满混凝土时，后续混凝土应徐徐灌入，防止在导管内造成高压气囊，将导管节间的胶垫挤出，而使导管漏水。
　　在灌注过程中，应经常测量混凝土面的上升高度，导管埋深宜为2-6m，严禁把导管拔出混凝土面。随着导管的提升，逐渐拆卸导管。混凝土灌注过程中，必须严格按施工规程操作，控制好拔管高度，掌握混凝土面上升高度，以避免出现堵管、导管进水、混凝土离析夹泥、钢筋错位、断桩等事故发生。当灌注混凝土至设计桩顶标高时，必须测定实际浇注混凝土面标高，应在扣除桩顶浮浆层后，略超过设计高程（高出桩顶设计标高0.8m）。 　　

5.3、单管旋喷桩止水帷幕施工
　　单管旋喷桩按照设计要求进行施工，施工过程中，严格控制桩长、桩径、流量、注浆压力、水泥用量、钻孔钻速、提速等施工参数，确保单管旋喷桩止水帷幕起到止水的效果。
5.4、预应力锚索施工
　　锚索成孔施工工艺应采用跟管钻进法。水泥强度等级为42.5R。一次注浆材料选用0.45～0.50纯水泥浆，一次注浆压力为0.4～0.6MPa;二次注浆材料选用水灰比为0.45～0.50的纯水泥浆，注浆压力为2～3MPa。沿杆体轴线方向每隔1.5m应设置一个对中支架，注浆管、排气管应与锚索杆体绑扎连接。待注浆体和混凝土梁达到设计强度的80%后方可进行锚索张拉。锚索锁定前先分级张拉至设计抗拔力的1.1倍，保持15min，然后卸荷至零，再重新分级张拉至锁定荷载预应力进行锁定作业，锚索张拉荷载分级及观测时间应遵守规范进行。自由段的锚索外套保护管，锚固段水泥浆保护层厚度不应小于20㎜。
6、基坑施工监测
　　为确保周边建筑物、道路和地下管线的安全，保证基坑支护结构在挖土和整个地下结构施工过程中的稳定，必须委托有资质的第三方对其进行监测。
　　对主要监测项目设定的控制值为：支护结构最大水平位移控制值為35㎜，周围地面沉降变形的控制值为30㎜。水平位移控制值为30㎜，地面沉降控制值为25㎜。在整个土方开挖和地下结构施工过程中，从监测结果来看，各点的监测数据都在设计允许范围内，未出现异常的情况。
7、结束语
　　通过工程施工的实际效果可以看出，本工程保证了基坑附近建筑物、道路、管线的正常运行，是合理的基坑支护方案。施工过程中所采取的施工措施是得当的，达到了预期目标。
参考文献：
[1] 《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）
[2] 《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）
[3] 罗晓生，窦玉东等.超大规模深基坑钻孔咬合桩施工工艺研究[J].施工技术，2017.04：58-62.