深基坑工程中桩锚支护结构优化设计研究

深基坑工程中桩锚支护结构优化设计研究

姜鹏

西安长安大学工程设计研究院有限公司，陕西 西安 710054

摘要：随着我国城镇化的开展，城市不断扩张，老城升级改造，建筑新老更替，旧小区附近的基坑工程越来越多，开挖深度不断加深。基坑工程不仅要面对复杂的工程地质和水文地质条件，还将面对日益复杂的边界条件，对基坑支护设计水平及施工技术的要求越来越高。本文主要阐述某旧小区翻新中的基坑设计、施工时对桩锚支护体系的优化细化，希望对桩锚支护结构的应用提供一点借鉴。

关键词：深基坑工程；桩锚支护；旧小区改造

引言

深基坑中的桩锚支护结构，是利用桩体承受基坑土体压力，并通过受拉杆件加固桩体减少水平形变，从而实现桩锚共同作用的支挡体系。它是基于岩石锚杆理论的研究成熟而发展起来的一种挡土结构；安全经济，能有效缩短施工工期，尤其适用于复杂施工场地及对工期要求严格的基坑工程。依靠其特有的特点，桩锚支护广泛应用于边坡和深基坑支护工程中。

1 工程实例简析

1.1 工程概况

该工程位于某大学校本部住宅区内，包括3栋住宅楼及2个地下车库，规划总建筑面积64279m²，基坑的整体形状为两个角相交的矩形，开挖深度约为-12.0m，安全级别为一级。

1.2 基坑周边环境

由于位于老旧的住宅院内，周边旧楼较多，都是砖混结构，基础埋深-2.0m～-3.0m，距基坑边界最近距离3.5m～4.2m，基坑开挖将对老旧楼体结构构成威胁；另有1栋30层高层住宅，桩基础距离基坑最近距离仅13.5m，影响锚索设计。

1.3 工程地质和水文地质条件

根据地勘报告，场地地貌单元属黄土洼地，基本平整，地面标高介于409.78m～410.92m之间，最大地面高差为1.14m。场地地层自上而下依次为：①杂填土，杂色、主要由混凝土路面、砖块、灰渣、建筑垃圾、废弃基础等混合黏性土组成，成分杂乱，密实度不一，厚约1.5m；②素填土，主要由黏性土组成，褐黄色，含少量砖块、灰渣等，状态差异较大；厚约1.6m；③水上黄土，褐黄色，可塑，具针状孔，少量大孔和虫孔，含零星钙膜，偶见蜗牛壳残片，土质均匀，位于地下水位以上，具湿陷性，压缩性中等，厚约3.1m；④水下黄土，褐黄色，可塑，具针状孔，含零星钙膜，偶见蜗牛壳残片，土质均匀，位于地下水位以下，压缩性中等，厚约5.2m；⑤古土壤，红褐色，可塑，团粒结构，大孔隙发育，压缩性中等，见白色钙质网膜及结核，层底钙质结核富集，厚约3.6m；⑥粉质黏土，褐黄色，可塑，零星钙质结核，压缩性中等，夹有薄层中粗砂透镜体，厚约5.4m；⑦中粗砂：浅黄色，饱和，密实，级配不良，呈透镜体状分布于粉质黏土中，厚约0.9m；其下为粉质黏土，揭露厚度15m，未揭穿。

场地地下水稳定水位埋深为5.40m～6.00m，相应标高介于404.18m～405.13m，属潜水类型。

2 基坑支护设计

2.1 设计理念

根据场地边界条件，为最大程度减小基坑开挖对老旧楼体的影响，经过比选，优先选用了桩锚支护结构。设计时为了最优化支护参数，针对基坑各边的边界条件和水文、地质条件，采用理正7.0软件对桩体和锚索进行了反复计算取舍。最后，采取了同一基坑的不同地段，选用相同结构但不同参数的设计，解决了安全和经济的平衡问题。

2.2 设计参数

共计采用了5种不同长度的桩和锚索。支护桩径均为700mm，间距1400mm，钢筋主筋为Ф22，根数分段优化；锚索布设2层，设在-4.0m和-8.0m。具体设计参数如下：

Ⅰ型支护：桩长18.0m，锚索长18.0m；主要针对坑边无楼段落；

Ⅱ型支护：桩长20.0m，锚索长19.0m；主要针对距基坑边4.1m的7层旧楼；

Ⅲ型支护：桩长19.0m，锚索长19.0m；主要针对距基坑边4.2m的5层旧楼；

Ⅳ型支护：桩长21.0m，锚索长19.0m；主要针对距基坑边3.5m的7层旧楼；

Ⅴ型支护：桩长18.0m，锚索长13.0m；主要针对距基坑边13.5m的30层楼。

3 基坑支护施工

3.1 施工工艺

该基坑工程施工中主要是护坡桩、锚索及混凝土面层施工，现场采取的施工工艺及技术要求如下:

（1）护坡桩成孔工艺采用旋挖钻机成孔，锚杆的注浆是采用低压注浆及高压注浆相结合的方法，锚杆的张拉则是使用液压油泵和张拉千斤顶共同张拉至预定预应力之后进行锁定。

（2）土方开挖应在护坡桩强度达到设计强度后进行，土方开挖至锚索标高以下0.5m处停止，进行锚索施工及预应力施加，锚索预应力施加应在锚固体强度达到15MPa以上时进行。

（3）护坡桩及锚索施工顺序为：护坡桩施工–冠梁槽开挖–冠梁施工–土方开挖–第一层锚索施工–第一层双向支座安装及预应力锁定-土方开挖-第二层锚索施工–第二层双向支座安装及预应力锁定-土方开挖–依次循环直至挖至坑底设计标高。

（4）钢筋笼制作安放及护坡桩成孔等均应按桩基施工技术规程要求组织施工验收，土方开挖应在护坡桩强度达到75%以上进行，土方开挖至锚索标高以下0.5m处停止，进行锚索施工及预应力施加。

（5）锚索制作时应采用切割机机械切割，严禁电焊烧断；锚索加工制作应严格按照设计图纸要求加工制作，锚索安放时主筋位置应位于钻孔中心，支架设置不得影响注浆浆液流动。

（6）锁定与张拉：预应力锚索需按设计要求进行张拉锁定，锚索极限抗拔承载力应在大面积施工前进行极限拉拔试验；待锚固段浆体强度达到设计强度的85%后方可进行张拉、锁定。

3.2 施工中的突发状况

（1）在施工基坑中部（小区入口）处时，该处存在密集的热力、通信、水电等地下管道，且地势偏低，使得降雨在此处形成严重积水，施工反馈后使用多增加一排预应力锚索的办法有效解决了水平位移偏大的问题。

（2）在进行第二排预应力锚索（基坑下部）注浆时，发现基坑顶部出现了局部形变，通过分析论证，主要是由于表层杂填土极为松散，二次注浆过程中注浆量过大，引起杂填土下沉，从而产生了地表沉降引起形变。现场改变工艺，采用隔孔施工并减少注浆量的办法，使其地表沉降得到了有效控制。

4 结语

作为建筑基础施工的起始步骤，深基坑工程的质量将直接影响施工人员的安全和建筑场地的稳定性，住建部的31号文和第37号令更是对基坑工程严格管控，其重要性已不言而喻。本文根据具体的施工建设案例对桩锚支护结构进行简要分析，着重对设计思路进行细致化阐述，并总结了施工中突发问题引起的工艺优化；希望通过此次总结研究对桩锚支护结构在深基坑工程的应用提供一点借鉴。

参考文献

[1]张志，朱正国，李振源.桩锚混合围护结构体系在深基坑应用中的受力演化分析[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2020年02期, 第33-38+45.

[2]刘国彬，王卫东，基坑工程手册[M]，中国建筑工业出版社，2009，第二版.

[3]JGJ 120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].