桩-锚复合支护技术在建筑深基坑工程中的应用

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1 引言建筑基坑桩 - 锚支护结构是将受拉杆件的一端固定在开挖基坑的稳定地层中，另一端与围护桩相联的基坑支护体系，它是在岩石锚杆理论研究比较成熟的基础上发展起来的一种挡土结构，安全经济的特点使它广泛应用于边坡和基坑支护工程中。另外，在基坑内部施工时，开挖土方与桩锚支护体系互不干扰，能有效的缩短工期，在砂层和淤泥层中锚杆施工可采取压水钻进成孔法结合跟管钻进工艺，可有效防止孔口涌水和孔口流砂出现。在水压力较大时，在周边环境允许的情况下，可采取局部降水，将坑外地下水位移降至成孔孔口以下，以防止孔口涌水和孔口流砂,尤其适用于复杂施工场地及对工期要求严格的基坑工程，因此对桩 - 锚支护结构设计与施工技术进行分析探讨具有较强的现实意义。2 工程概况湖南湘潭某商住综合楼工程，建筑面积为 26380m2，框 - 剪结构,主楼 18 层，地下 2 层，基坑总体开挖深度为 9.20m，电梯井位置开挖深度达 11.5m，平面布置见图1。场地地基土上覆土层由人工填土，淤泥质土粉质粘土、粉质粘土、圆砾及残积粉质粘土层组成，场地下伏基岩为第三系泥质粉砂岩，埋深较深。地下水有赋存于人工填土中的上层滞水及下伏圆砾层中的潜水，含水量丰富，渗透性强，部分地段的地下水属于承压水。周边均为道路与建筑物，场地内地下水位较高，地下水丰富，开挖范围内土层为杂填土、淤泥质土以及粉细砂层，本工程砂层厚，埋深大，而且砂层较密实，基坑开挖与支护存在一定难度。3 基坑支护结构方案设计3.1 基坑支护方案的选择根据本工程特点，可以选用的基坑支护型式有：钻孔支护桩加设混凝土内支撑、桩锚式支护结构、逆作法、复合土钉墙支方案等。钻孔支护桩加设混凝土内支撑方案能确基坑结构安全，位移小，对周边环境影响小，但内支撑装拆工序多，增加工程工期和工程造价，且内支撑影响地下室施工和土方开挖，工期很长；而逆作法造价高工艺复杂，工期长；复合型锚喷墙支护方案，砂层中施工采用钢管作为锚杆，设置预应力锚杆控制基坑位移，止水帷幕可以考虑采用上部深层搅拌桩下部摆喷桩作为止水帷幕，该方案造价与其他方案比较较低，但本工程周边均为重要建筑物与道路、管线，对支护结构的变形要求严格，而复合式土钉墙的支护结构变形一般较大，且土钉施工过程中会造成大量地下水流失，对周边环境造成极不利影响。因此，基坑支护方案论证选型时否定了以上三种方案。由于桩 - 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灌注桩 + 预应力锚索支护方案，电梯井位置采用放坡施工，具体支护结构做法见图 2。3.2 支护结构方案设计本工程支护结构排桩采用 φ1000@1100 钻孔灌注桩，排桩间设置 φ550@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，支护桩布置和压顶梁做法见图 3、图 4。3.3 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，2-[32A 钢腰梁连接，做法见图 5。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，钢筋混凝土腰梁连接。3.4 基坑地下水控制⑴止水帷幕的控制。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。⑵降水施工控制。地下室采用井点降水，共设降井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 个地下水井观测井。4 基坑桩 - 锚复合支护结构施工技术4.1 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 -6.0m→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。4.2 钻孔灌注支护桩施工本工程的钻孔灌注支护桩采用正循环法进行施工，桩长约 21m，施工中以进入强风化岩或残积土层 1m 为准。在施工过程中，严格控制成桩质量，支护桩施工完毕后，进行了完整性检测，均满足设计和规范要求。4.3 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。4.4 钢筋混凝土压顶梁施工本工程的压顶梁截面尺寸为 1000mm-800mm，施工时，先把支护桩桩头破至设计标高，清理干净桩头的浮渣等残留物后，按要求支模和绑扎钢筋，灌注混凝土。4.5 预应力锚索施工为提高预应力锚索轴向拉力，先按照图 6、图 7 的做法制作好预应力锚索。预应力锚索制作完成后，针对锚索成孔可能导致施工过程中出现水土流失的情况，锚杆采用了压水钻进成孔法结合跟管钻进工艺成孔。钻孔过程中钻进、出渣、固壁、清孔等工序一次完成；可以防止塌孔，不留残土。采用人工推进的方式进行安放后，用高压注浆管进行注浆，待达到设计强度后，进行预应力锚索的张拉和锁定，张拉时，先按 15%设计轴向拉力值作为初张拉，锚杆预应力无明显衰减时，将张拉控制力卸荷至设计轴向拉力时锁定。在预应力锚索张拉、锁定完成后，进行了抽检，轴向拉力均能满足设计要求。4.6 土方开挖本工程的土方开挖必须分步分层进行，先挖至地面下 1.0m 位置，待完成钢筋混凝土压顶梁浇筑后，分层开挖至第一道预应力锚索位置，进行第一道预应力锚索的施工和张拉，然后开挖至第二预应力锚索位置，进行第二道预应力锚索的施工和张拉，最后，开挖至设计深度每次分层开挖深度不大于 2.0m，开挖过程中加强对基坑支护结构的监测。5 基坑施工监测为了确保周边建筑物、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，需实行监测管理，基坑工程监测项目见表 1；各监测项目、测点布置和精度要求等见表 2。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为 35mm，周围地面沉降变形的控制值为30mm。水平位移控制值为 30mm，地面沉降控制值为25mm。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。5 结束语由于设计方案合理，本基坑工程顺利完成施工，基本没有对周边环境造成不利影响，并保证了地下室干作业施工。通过本工程，可以看出，在周边环境复杂，建筑物、道路、管线与基坑距离较近，且工程砂层厚、埋深大、砂层较密实时，采用桩锚支护结构，支护钻孔桩间设置旋喷止水桩，可有效控制基坑支护位移，分离基坑内外地下水，降低基坑施工对周边环境的影响，是一种安全合理的支护结构形式，其施工实践可为同行借鉴参考。