福州某高校家属楼基础开挖锚杆支护技术

黄冠强

（增城市水利水电建设管理中心，广东 增城 511300）

0 引言

目前， 深基坑支护已经有多种较为成熟的技术[1]，喷锚支护是其中一种比较新颖的技术。 自引进喷锚(土钉)支护技术以来，基坑的施工速度提升了，质量保证了，工期缩短了,施工设备轻便了，材料用量少，工程造价节约30%～40%。 因此， 在地下深度小于6m的基坑施工中，几乎全部采用喷锚支护技术，并逐渐应用到深度大于6 m 的二层地下室基坑施工中。 但在其应用的过程中，也存在地面开裂、坑壁塌方、坑地土隆失稳、周边邻近地下管线破裂、破坏及沉陷不均等事故，其原因主要是忽视喷锚技术的局限性，不顾条件地使用喷锚支护。20 世纪90 年代以来，我国有不少工程专家和学者对该项技术进行了深入的研究和应用，证实它是一种技术可行、安全可靠、经济效益可观的技术， 并已将其成功地应用于非软土场地基坑支护，基坑深度已突破20 m。

1 锚杆支护的计算内容及方法

1.1 计算内容

喷锚支护的计算目前还处于半理论、半经验状态。 设计计算时，要采用多种计算方法，进行对比分析，还要参考相似条件下的成功经验。计算内容主要为：（1）基坑的稳定性。采用圆弧滑动法，按土的固结快剪强度指标， 计算非支护条件下的边坡整体稳定系数，并进行支护条件下边坡稳定性的校核。 （2）地面变形的控制。按环境因索、环境等级确定。通常应遵守当地有关深基坑支护技术规范。 （3）地下水控制。 地下水控制是保证基坑安全可靠运行的重要因素。 考虑地下水作用，土体稳定安全系数K 取1.1～1.2，不考虑地下水作用时，K 取1.3～1.5[2]。

1.2 计算方法

计算方法采用条分法中常用的计算方法——简化Bishop 法。 它是一种适合于圆弧形破坏滑动面的边坡稳定性分析方法。 但它不要求滑动面为严格的圆弧，是近似圆弧即可[3]。 Bishop 法的力学模型如图1 所示：

在应用Bishop 法力学模型时，其基本假设为:（1）滑动面为圆弧形或近似圆弧形；（2）假定条块侧面的垂直剪应力。基于上图分析，由库仑破坏准则得

式中: F 为稳定系数；ui为作用在分块滑面上的孔隙水压力(应力)；li为分块滑面长度,(li=bi/cosαi)；bi为岩土条分块宽度；αi为分块滑面相对于水平面的夹角；ci为滑体分块滑动面上的黏结力；φi为滑面岩土的内摩擦角；R 为圆弧形滑面的半径；i 为分析条块序数(i＝1、2，…，n)，n 为分块数。

2 工程实例分析

2.1 工程概况

该工程位于福建省福州市乌龙江大道东，为某高校教师住房。 建筑物为3 座18 层高层塔式住宅楼，楼高58.7 m，为钢筋混凝土框架剪力墙结构。地下室设在楼下部，总建筑面积约11 676 m2。基坑开挖深度为7.7 m。

2.2 工程地质条件

经钻探，拟建场地揭露深度范围内的岩土层从上往下可分为6 层，分别为：（1）杂填土（Q4ml）。 灰褐色，以黏性土为主，含少量碎石、块石，硬杂质含量为10%～30%，局部为素填沙组成，层厚为1.00～1.60 m。（2）粉质黏土（Q4al+pl）。 褐黄色，可塑状态，干强度中等，无摇震反应。 层厚1.20～5.70 m。 （3）淤泥(Q4m)。深灰色，饱和，流塑～软塑，以黏性土为主，含有机质及腐烂的植物，局部夹薄层粉细沙，无摇振反应，干强度中等。 本层在场地内均有分布，层厚10.10～24.10 m。 （4）卵石（Q4al+pl）。 浅灰色，密实状态，母岩多为中风化正长岩、凝灰岩及中风化花岗岩等。该层分选性一般，均匀性差，在拟建场地均匀分布，层厚2.50～5.90m。 （5）全风化花岗岩（r53）。 褐黄色，中粗粒结构，矿物成分主要为长石及石英。 长石大部分已风化为黏土矿物，为极软岩。 岩体破碎程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级，层厚2.40～2.70 m。（6）中风化花岗岩（r53）。 灰黑，中粗粒结构，主要矿物成分为长石、石英。 岩体较完整，RQD 约为35～52，岩体基本质量等级为Ⅲ级，最大揭露厚度为6.27 m。各土层参数如表1 所示。

另外，测得场地地下水稳定水位为0.79～2.85 m，标高为5.36～6.78 m。 据调查，地下水位变幅在1.00～2.00 m 左右，根据业主提供的水文资料，历史最高洪水位可淹没现地表，最高洪水位标高约为8.40 m，设计时应予以重视。

表1 土层参数Table 1 Soil parameters

2.3 基坑土体滑动面确定

由于拟建场地开阔空旷，所以决定进行二级放坡卸土。 根据开挖范围内的土层，以及该场地周围设施情况[4]，确定一级坡面按1:1 放坡，开挖深度3.1 m；二级坡面按1:0.4 放坡，开挖深度2.32 m。 基坑剖面简况如图2 所示。

图2 基坑剖面示意图Fig.2 Foundation pit profile

根据slide 软件的计算结果，边坡的整体安全系数为1.88，整体滑塌的可能性较小。 其中一级坡面基坑放坡3.1m 后，坡面Kmin=3.062＞1.2，坡面土体整体稳定性比较良好，但二级坡面稳定性不满足建筑要求，需要使用喷锚支护。 根据算出的滑动半径r=5.024 m、滑狐长度L=1.267 m，计算出最危险滑动面离坡面最大距离为1.454 m，潜在滑动面离坡面最大距离大约为6.729 m。 二级边坡最危险滑动面如图3所示。 考虑到锚杆是倾斜打入到土层中的（倾斜角一般为15°～35°）[5]，所以锚杆设计长度可以选择6 m、8 m、10 m。

图3 二级边坡最危险滑动面Fig.3 The most dangerous sliding surface of the secondary slope

2.4 锚杆长度优化分析

锚杆长度的设计直接关系到基坑边坡的安全稳定，同时它还是影响工程造价的重要因素。 slide 计算结果显示， 潜在破裂面离二级坡面最大距离为6.729 m，所以锚杆长度选择6 m 锚杆并不合适，最好大于6.729 m。 锚杆选择10 m 时，根据计算（计算过程略），两排锚杆抗拔力分别T1=19.24 kN，T2=

21.22 kN。 使用slide 进行稳定性计算，安全系数达到4.247，此次工程基坑安全等级为二级，并不需要这么高的支护安全系数。选用8 m 锚杆加固后，土坡最危险滑动面安全系数（FS）为1.814，加固土坡面安全系数(FS)达到2.369，均满足要求。图4 为8 m 锚杆加固后的坡面整体稳定情况。

3 结论及建议

福州地区某高校家属房基坑安全等级为二级，基坑开挖范围内主要为粉质黏土和淤泥组成的土质，需要基坑支护才能满足建筑物的要求。基坑支护采用二级放坡，一级坡面稳定性良好，不需要使用锚杆支护， 只需喷射混凝土面； 二级坡面使用喷锚支护。通过优化计算分析，认为两排8 m 的锚杆支护效果最好。

图4 坡面加固后整体稳定性示意图Fig.4 Global stability after reinforcing the slope surface

[1] 余志成,施文华. 深基坑支护设计与施工[M]. 北京：中国建筑工业出版社,1997：2-5.

[2] 赵志缙,应惠清. 简明深基坑工程设计施工手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2000：88-89.

[3] 卢延浩. 土力学[M]. 南京：河海大学出版社,2005：86-87。

[4] JGJ120-99，建筑基坑支护技术规程[S].

[5] CECS22:90，土层锚杆设计与施工规范[S].