桩锚支护在某工程中的设计应用

1、桩-锚复合支护技术在建筑基坑边坡工程中的应用摘要：本文结合工程实例和工程地质状况与周边环境，针对某建设小区一建筑基坑边坡支护方案进行了分析比较与论证。在此基础上，对本工程采用的桩- 锚复合支护方案验算与施工技术以及施工监测信息化管理等进行了详细阐述。因此，经过论证与验算及实践检验，桩- 锚复合支护技术对处理较复杂的建筑基坑边坡支护比较有利。关键词：支护方案；相关验算；施工技术；监测与测试1 引言为了确保建筑基坑边坡稳定和周边现有建筑安全，在深入掌握现有场地条件基础上进行多方案分析研究，运用土力学原理和钢筋混凝土结构力学理论进行结构验算是工程安全保障的关键。本文针对最佳方案采用可靠施工工艺与施工

2、方法，引入信息化管理机制进行施工监测和动态管理，同时采用科学而合理的测试方法作为有力的保障手段，以期达到有效控制建筑基坑边坡变形的目的。以下就处理较复杂的建筑基坑边坡作一些理论与初实践探讨。2 工程概况湖南长沙紫金苑项目工程场地东南角西侧一建筑基坑边坡，其长度约50m，坡顶高10.30m，其中上部5.1m 高范围是现有重力式毛石挡土墙，下部基坑开挖深度为5.20m，现有重力式毛石挡土墙坡顶紧邻车道，且5.6m 处现有五层砖混结构住宅楼(条形基础，基础埋深23m)，平面布置见图1。根据地质勘探报告得知，场地地基土覆土层由人工填土，中粗砂砾、粉质粘土、强风化岩组成，场地下伏基岩强风化岩，埋置较深,

3、各土层参数见表1。表1 各土层参数3 基坑边坡支护方案3.1 基坑支护方案的选择由于边坡较高，且临近车道与五层砖混结构住宅，还紧连现有重力式毛石挡土墙，根据本工程特点，可以选用的基坑边坡支护型式有：钻孔支护桩加设混凝土内支撑、复合型锚喷墙支护、复合土钉墙支护及挖孔灌注桩- 锚复合支护方案。钻孔支护桩加设混凝土内支撑方案能确保基坑结构安全，位移小，对周边环境影响小，但内支撑装拆工序多，增加工期和造价，且内支撑影响地下室施工和土方开挖；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，该方案造价比其他方案低，但本工程周边为重要建筑物与道路、现有重力式毛石挡土墙，对支护结

4、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，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- 锚复合支护方案能利用现有重力式毛石挡土墙（不需拆除），还能利用部分工程桩，有效降低工程造价，工期较短，结构较安全稳定，且不影响周边环境，适合本工程施工。因此，该工程确定下部采用人工挖孔灌注桩（利用部分工程桩）加锚杆，上部现有重力式毛石挡土墙采用锚杆肋梁两种复合支护方案。3.2 基坑支护方案的技术要求本工程上部现有重力式毛石挡土墙要求采用锚杆加肋梁作永久性边坡支护，设置2 排锚杆，锚杆水平间距2m，垂直间距2.5m；现有重力式毛石挡土墙坡脚以下部分高5.2m

5、，车道部分垂直开挖，其余放坡开挖，放坡坡角75 度，均采用桩- 锚联合支护，单排人工挖孔桩，桩径1000mm，桩长810m，桩芯砼强度等级为C25，桩间距为2.24.2m。人工挖孔桩施工各技术参数允许偏差为：桩径偏差：5mm，垂直度：0.5%，主筋间距：10mm。桩顶设置一道压顶圈梁，使整排护坡桩合为一体，尺寸为1000800 mm（hb），砼标号为C25，桩主筋入圈梁40d。在迎土侧设置一至四排锚杆，水平间距1.50m，垂直间距0.81.4m，见图2、3。锚杆采用2532 钢筋作为锚杆，长度为619m，倾角10，压力灌浆，注浆孔附近的混凝土应具有抵抗注浆引起的压力扩散作用；钢筋焊接长度：单面

6、10d，双面5d；确保对中，不能错位；坡面采用挂钢筋网喷射混凝土，钢筋网采用6200200，骨架钢筋采用216，按设计要求沿锚杆位置布置。喷射混凝土总厚度100mm，强度等级为C20，见图4、5；喷锚强度均大于设计强度的70%，方可进行下一层的土方开挖；在上层锚杆注浆完成一定时间后，再进行下一层的土方开挖。3.3 基坑支护方案的结构相关验算3.3.1 锚杆验算：（2- 2 剖面）土压力系数计算：Ka=tan2(45-22/2)=0.456Kp=tan2(45+30/2)=3.00计算锚杆水平力T：主动土压力引起：Ea=1/2H2Ka=813.40kN/m上部匀布荷q 引起：Eq=qhKa=90

7、.97KN/m被动土压力引起：Ep=1/2H2Kp=317.29kN/m则根据力学平衡方程：T=Ea+Eq-Ep=586.58kN/m考虑到锚杆水平间距1.5m，则剖面锚杆水平力：T 总=586.551.5=879.87kN锚杆倾角=10，故锚杆轴力：N=879.87/cos10=893.44kN设计为竖向6 排锚杆：325+228+132，其抗拉强度设计值：（3252+2282+1322）3.14/4300/1000=1052KN 锚杆轴力N=893.44kN。因此锚杆强度验算满足要求。3.3.2 桩的验算：（2- 2 剖面）1000 人工挖孔桩, 桩间距4m，混凝土强度等级为C25，桩身配

8、筋1822；锚杆传给桩身水平推力T=586.58 kN/m桩间距4m，则桩身受到水平推力R 总=586.584=2346.3kN桩身配筋1822，配筋率8.71%6.5%按建筑桩基技术规范单桩水平承载力设计值为：Rh=（3EI）/x 0a=(mb0)/(EI)1/5=0.924EI=2.8104(3.1414)/64103=1.37106kNx 查表得2.4410a 桩顶允许水平位移取5.8mm经计算后得：Rh=3010.77kN 桩身受到水平推力R 总=2346.3kN故桩单桩水平承载力验算符合要求。3.3.3 锚头钢板(3030cm)处混凝土局部受压强度验算锚头钢板处混凝土局部受压：使用C

9、25 混凝土：fc=11.9N/mm2=1.2N/A=1.22346.3/61000/（300300）=5.21N/mm2fc，混凝土局部受压满足规范要求。3.3.4 各剖面支护结构验算汇总(见表2）表2 各剖面支护结构验算汇总经上述支护结构的刚度和强度及变形验算，均满足设计与规范要求。4 基坑边坡桩- 锚复合支护施工技术4.1 人工挖孔灌注桩施工人工挖孔桩施工流程为：场地整平放线定桩位及高程开挖第一节桩孔土方支护壁模板浇筑第一节护壁混凝土检查桩位(中心)轴线架设垂直运输架安装木辘轳安装吊桶、照明、活动盖板、水泵、通风机等先拆第一节模板校对桩孔垂直度和直径开挖吊运第二节桩孔土方(修边)支第二节

10、护壁模板浇筑第二节护壁混凝土检查桩位(中心)轴线逐层往下循环作业开挖扩底部分清除虚土排除积水检查验收吊放钢筋笼就位放混凝土溜筒(导管)浇筑桩身混凝土(随浇随振)桩顶位置。挖孔灌注桩施工先进行试成孔施工，然后进行成孔施工。试成孔的数量不少于两个，以便核对地质资料，检验所选的设备、施工工艺以及技术要求是否适宜，同时检验并修正技术参数。通过试成孔施工，本段未出现坍孔或流沙，地下水量少，采用既定的人工成孔，结合护壁施工，挖掘及支撑护壁两道工序应连续作业，护壁每1m 一节。挖孔达到设计深度后，进行孔底清理，终孔验收合格后吊入钢筋笼，钢筋笼制作必须具有足够的刚度，在同一断面接头钢面积不超过钢筋总面积的50

11、%，长度及几何尺寸应符合设计与验收规范要求。桩身混凝土应连续浇筑，桩身混凝土使用粒径不大于50mm 的石子，坍落度90mm，机械搅拌。混凝土的落差大于2m，用溜槽加串桶向桩孔内浇筑混凝土，分层振捣密实。第一步浇筑到扩底部位的顶面，然后浇筑上部混凝土，分层高度不大于1.5m。混凝土浇筑到桩顶时，超过桩顶设计标高200mm，以保证在剔除浮浆后，桩顶标高符合设计要求。为保证开挖施工期间的安全，施工跳桩开挖。每日开工前检测井下有无危害气体和不安全因素，桩顶孔口上设置悬挂软梯，并严加管理。4.2 锚杆支护施工锚杆支护施工工艺流程：人工修坡喷射混凝土锚杆定位锚杆钻机就位钻进成孔安放锚杆及止浆塞压力注浆养护

12、挂网、焊接加强筋及锚固喷射混凝土。4.2.1 锚杆施工钻孔。钻孔是锚固工程费用最高，控制工期的作业，特别是毛石挡土墙上钻孔工艺关键,因而也是影响锚固工程经济效益的主要因数。该段锚杆钻孔径为130mm，采用地质钻机打孔，所有钻孔机搭平台支架，确保精度，使后续的锚杆插入和注浆作业能顺利进行。锚孔深度超过设计长0.5m。安放锚杆。锚杆采用2532 钢筋，中间每隔2m 设一个对中支架。采用土钉机将锚杆按设计角度及位置对正，将锚杆击入土中达到设计长度，见图6。压力灌浆：采用注浆泵，高压注浆管安接在锚杆头上，入土端加工成桩尖状，滤水孔对向间距500mm，孔眼前端（造管尖侧）焊接钢筋或角钢块，构成孔前倒刺及

13、保护块，注浆管随锚杆下入孔底，并采用低压慢灌工艺，压入水泥浆，用32.5R 水泥，按水灰比0.500.55 配制水泥浆液，浆体中掺入早强剂，灌浆压力达到0.60.8MPa 压力，并稳压3 分钟5 分钟时间，即可停止注浆，并根据现场情况，实时调整压力和时间，见图4、图7。锚杆锁定：锚杆锁定在肋梁或柱上。4.3 边坡排水在边坡平台上设置排水沟，将平台以上的坡面流水挡截，通过截水沟排走。另外，在边坡后沿顶部设排水沟，以截断边坡上方坡面流水。基坑边坡设置泄水孔，纵向孔距3.00m， 横向孔距3.00m， 用长度500mm 的50PVC 管做排水引流管，基坑底修筑排水沟，尺寸300300mm，按3%坡度

14、流向集水井，集水井共设置2个，尺寸150015001500mm，并及时排除积水。5 基坑边坡施工监测与测试5.1 基坑边坡施工监测与信息化管理为了确保基坑边坡周边建筑物、现有重力式毛石挡土墙与道路的安全，保证基坑支护结构在挖土和整个施工过程中的稳定，实行监测管理，引入信息化动态管理机制。各监测项目、测点布置等见表3。表3 各监测项目与各测点布置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5.8mm，周围地面沉降变形的控制值为5mm,水平位移控制值为4mm。在整个土方开挖和基坑支护施工过程中，始终坚持科学的态度，加强信息化动态管理。根据监测信息反馈，随时调整设计与施工方案。从监测结

15、果来看，各点的监测数据都在设计允许和控制范围内，未出现异常的情况。5.2 锚杆抗拔测试本工程完工后,经有资质检测单位对上排和下排锚杆进行了抗拔性能检测, 满足设计要求，检测合格。按规范要求, 保证最大试验荷载不超过钢筋强度标准值(fptk)的0.8 倍,即Qmax0.8fptk.A。检测结果见表4、5。表4 上排24# 锚杆在荷载作用下锚头位移表5 下排41# 锚杆在荷载作用下锚头位移6 结束语基坑支护的方案有放坡、护壁桩、锚杆、喷锚等，各种方案有其优点和局限性，该工程在深入掌握和研究已有工程地质、水文地质资料和周边环境条件的基础上，进行方案的分析、论证与优化。因此，选择合理的方案是保证基坑支护工程质量和施工安全的关键。同时对基坑支护结构及周围建筑物的监测，引人信息化动态管理理念，不仅使施工具有科学性，也为优化设计与合理组织施工提供可靠依据，节省了工程造价，确保施工安全。综上所述，采用上述方案，通过论证选型，节省了投资，缩短了工期，运用科学技术手段，通过验算，确保了结构安全，采取科学可靠施工工艺和方法，消除了质量后患，掌握了毛石挡土墙上钻孔施工工艺。支护结构有效控制了基坑边的位移及周边建筑物的沉降，保证了基坑与周边安全。工程于2007 年11 月竣工验收后投入使用，一直处于