贵阳亨特国际广场二期基坑工程设计与施工

何俭华

（中铁五局建筑公司，贵州，贵阳，550002）

贵阳亨特国际广场二期基坑工程设计与施工

何俭华

（中铁五局建筑公司，贵州，贵阳，550002）

施工场地靠近市政干道及民房，基坑深约12m，根据现场情况，采用复合土钉墙（土钉墙+预应力锚索）进行支护。根据规范对复合土钉墙内部稳定性、土钉局部抗拉、复合土钉墙外部稳定性、以及预应力锚索进行了验算。施工中土方开挖与土钉、锚索相互配合，分层分段施工。只要做好监测工作、严格限制基坑上部荷载、及时进行排水，可确保基坑支护的安全可靠。

深基坑；基坑支护；复合土钉墙；土钉；预应力锚索；监测

一、工程概况

亨特国际广场位于贵阳市万东大桥中段与文昌南路交汇处东北角。二期工程包括3#、4#、5#、6#商住楼（33层）及小学教学楼（5层）。

拟建物设计±0.00标高为1077.50m，建筑群下设三层地下室，设计地下室底板开挖标高为1053.66，地下室深10.90～18.60左右。

由于基坑边坡高度高，相邻建（构）筑物较多，边坡顶周边管网线密集，故基坑安全等级为一级，临时支护工程。

二、工程地质条件

二期工程基坑边坡范围岩土构成从上到下为杂填土、硬塑红粘土、可塑红粘土、软塑红粘土及强风化和中风化白云岩组成。

杂填土土层松软，自稳性差；红粘土开挖暴露后易失水开裂，遇水后粘聚力降低，维持边坡自稳能力较差；岩质边坡岩体中隐节理较发育，受放炮震动等外力作用后，局部易发生崩塌现象，因此边坡需采取支护措施以确保基坑施工及相邻建筑物安全。

场区地下水稳定水位为 1051.65m，地下室底板深度位于地下水潜水水位以上。

三、基坑周边环境

基坑西侧f～a段边坡紧邻文昌南路人行道；西边中部a～b段及西北侧b～c段边坡紧邻东门浴室（砖混结构，8层），且b～c段与拟建道路左边线约0.70m处分布有3.50*8.00的化粪池；北侧c～e段边坡紧邻建筑物一栋10层建筑物及一栋8层建筑物；基坑其它方向为一期工程已建建筑物。

道路、建筑物的周边分布有排水沟（管）、煤气管及自来水管等管网线，埋深约1.00-3.00m。基坑平面及周边环境见下图。

四、基坑支护方案

本工程地下室底板标高1053.66，地下室基坑开挖形成的边坡最大高度为18.60m。地下室基坑边坡属临时性边坡。以下以 f～a段边坡为典型断面介绍复合土钉墙的设计与施工。

基坑平面及周边环境示意图

1、支护方案设计

f～a段边坡顶紧邻文昌南路人行道，边坡无放坡条件。边坡主要为土质边坡，采用预应力锚索、格构梁及土钉挂一层钢筋网，喷射 80mm厚C20混凝土支护；

基坑支护剖面图

基坑支护立面图

2、相关参数

1）土层信息及相关参数

序号 土类型(m) 土层厚(kN/m3) 容重(kN/m3) 饱和容重(kPa) 粘聚力(度) 内摩擦角(kPa) 钉土摩阻力(kPa) 锚杆土摩阻力(kPa)1 杂填土 0.300 18.0 20.0 8.0 8.0 16.0 16.0 2 红粘土 2.100 17.6 18.0 37.6 6.0 45.0 45.0 3 红粘土 3.950 17.8 18.0 27.8 4.0 35.0 35.0 4 红粘土 1.860 16.0 18.0 25.0 3.0 20.0 20.0 5 中风化岩 9.628 27.2 18.0 700.0 39.0 550.0 550.0

2）土钉及锚索参数

序号 水平间距 垂直间距 入射角度 钻及直径 长度 配筋1 1.6 1.6 20 130 4 1D25 2 1.6 1.6 20 130 8 1D32 3 1.6 1.6 20 130 11 1D32 4 1.6 1.6 20 130 11 1D32 5 1.6 1.6 20 130 4 1D32

3）锚索参数

序号 水平间距 垂直间距 入射角度 钻及直径 长度 配筋1 3 3 25 150 19 12ΦS15.2 2 3 3 25 150 12 12ΦS15.2

3、内部整体稳定性验算

针对不同的工作工况，采用瑞典条分法搜索，安全系数最小的滑动面即为最危险滑动面。验算考虑了土钉、锚索在滑移面的抗力作用。内部稳定性计算按下式进行计算（土条宽度按0.5m计算）：

内部稳定性计算简图如下：

经计算，内部稳定性安全系数均大于1.3，符合要求，计算结果如下表。

工况号 挖土深度 安全系数 圆心坐标X 圆心坐标Y 半径1 挖至第一道土钉以下500，挖深2.1m 2.389 -3.936 16.359 8.130 2 挖至第二道土钉以下500，挖身3.7m 2.576 -5.084 16.454 9.135 3 挖至第三道土钉以下500，挖深5.1m 1.812 -6.844 12.420 9.435 4 挖至第四道土钉以下500，挖深6.7m 1.648 -20.073 18.011 24.293 5 挖至第五道土钉以下500，挖深8.3m 1.355 -16.556 16.985 21.491 6 挖至基底标高，挖深11.892m 5.274 -17.196 24.610 30.023

4、局部抗拉验算

土钉抗拉承载力计算简图如下：

预应力锚索在土钉墙支护中不做抗拉承载力计算，只考虑对整体稳定验算的作用，偏于安全。第i个土钉基坑水平荷载合力取相邻土钉竖向间距的一半范围内土压力之和；

单根土钉抗拉承载力设计值应符合下式要求

局部抗拉按不同工况进行计算，安全系数均符合要求，验算结果如下表：

工况 开挖深度 破裂角 土钉号 土钉长度 受拉荷载标准值 抗拔承载力设计值 抗拉承载力设计值 抗拔 抗拉满足系数1 2.1 45.6 -- -- -- -- -- --2 3.7 45.2 1 4 9.6 30.3 147.3 2.310 11.214 3 5.3 45 2 8 17.1 71.5 241.3 3.047 10.279 1 4 0 15 147.3 999 999 1 4 0 2.3 147.3 999 999 4 6.9 44.9 2 8 17.1 58.9 241.3 2.507 10.273 3 11 76.6 245.4 241.3 2.329 2.290 1 4 0 0 147.3 999 999 5 8.5 45.3 2 8 17.1 46.8 241.3 1.998 10.293 3 11 76.5 233.3 241.3 2.217 2.293 4 11 147.5 1010.2 241.3 4.980 1.189 1 4 0 0 147.3 999 999 2 8 16.7 29.5 241.3 1.284 10.490 6 11.89 50.1 3 11 75.1 214.3 241.3 2.076 2.338 4 11 144.7 998.4 241.3 5.017 1.212 5 4 125.5 280.0 241.3 1.623 1.398

5、外部稳定性验算

将土钉墙视为挡土墙，验算其抗滑安全系数及抗倾覆安全系数，计算简图如下：

土钉墙外部稳定计算宽度按12m计（略大于最长土钉长度11m ），墙背倾角按90度计，土与墙背摩擦角按10度计，土与墙底摩擦系数按0.5计，墙底地基承载力按700kpa计。验算结果安全系数很高，符合要求。

6、锚索验算

（1）锚索设计拉力计算

单根钢绞线设计拉力为169KN，预应力折减系数临时性边坡取0.65。锚索采用12ΦS15.2钢绞线，设计拉力P=12*169*0.65=1318KN

（2）锚索锚固体与地层的锚固长度计算实际锚固段长度为8.0m，满足要求。

7、格构梁与面层混凝土

格构梁以锚索位置为支点，承受格构间的被动土压力。格构梁按简支梁计算弯矩、剪力，验算过程此处从略。

据相关研究，由于土拱作用，面层所受土压力不大，面层混凝土按构造设置即可（80mm厚C20混凝土，Φ12@200）。但面层不管压力大小，均需与土钉可靠连接在一起。

五、施工要点及工艺流程

1、土钉墙施工

（1）土钉墙施工流程

开挖工作面→修整坡面→喷射第一层混凝土→土钉定位→钻孔→清孔→制作、安装土钉→浆液制备、注浆→加工钢筋、绑扎钢筋网→安装泄水管→喷射第二层混凝土→养护→开挖下一层工作面，重复以上工作直到完成。

（2）土钉成孔

本工程采用干法成孔，钻孔深度比设计深度加深0.50m，钻孔完成后使用压缩空气清孔，边清孔边拔管。

（3）浆液制备及注浆

浆液采用M25水泥砂浆，应采用细砂，最大粒径不大于2.0mm，灰砂重量比为1：1-1：0.5，水灰比宜为0.4-0.6。

注浆采用重力式注浆，将注浆管插入孔内，管口离孔底200-500mm，启动注浆泵开始注浆，孔口快溢浆时开始拔管，边拔边送浆。为防止水泥浆硬化后干缩，当浆液回缩时从孔口补浆，保证浆液饱满，浆液内应加入早强剂。

（4）安装钢筋网

钢筋网为单层，采用Ф12钢筋，网片筋与土钉采用焊接方式联接（采用L筋连接方式，如下图），网片筋之间用Ф0.5铁丝绑扎。

土钉大样图

（5）喷射混凝土

喷射混凝土分两次完成，先喷射底层混凝土，再施打土钉，之后安装钢筋网，最后喷射表层混凝土。喷射混凝土中应加入早强剂，每次喷射厚度控制在50mm内。

喷射砼采用砼喷射机和 10m3 / min 空压机。喷射用砼配合比1 :2 :2 :1.45（水泥:砂：石子：水），外加1. 05 %三乙醇氨早强剂。在喷射作业时，喷射顺序应自下而上，表面要平整，厚度按设计要求，砼喷射结束1～2h 后应进行喷水养护1～2天。

2、预应力锚索与格构梁施工

（1）钻孔

锚索孔的钻凿是锚固工程质量控制的关键工序。预应力锚索钻孔深度应比设计深度加深 0.5m。钻孔前先搭设钻机作业平台，平台要满足承载要求，同时能保证在钻机工作时有较好的稳定性。根据测量点位固定并调整钻机位置，倾角允许误差在±20以内。钻孔采用干钻方式匀速钻进，在钻进过程中，根据高压风吹出来的岩粉记录不同深度的地层状况。钻孔完成后，清除孔内石屑，随即安置预应力锚索。

（2）锚索的制作与安装

锚索在钻孔的同时于现场进行编制，锚索采用预应力钢绞线制作。钢绞线截取长度为锚固段+自由段+外露张拉段（1.5 m）。截好的钢绞线平顺地放在作业台架上，量出内锚固段和自由段长度，分别作出标记；在内锚固段的范围内安装扩张环，间距1 m，两扩张环之间绑扎铁丝一道；自由段涂强力防腐涂料，用波纹管穿套，内涂黄油；最后，在波纹管两端缠绕工程胶布封闭。

在向锚索孔装索前，核对锚索编号是否与孔号一致，确认无误后，再以高压风清孔一次，人工缓缓将锚索放入孔内，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度，误差控制在5cm范围以内，确保锚固长度。

（3）注浆

锚索安装时应先将注浆管出口用胶布封住，以免阻塞。注浆采用孔底返浆法，浆液制作时应加入微膨胀剂。注浆压力保持在0.5 MPa左右，注浆结束前稳定 5min-10min。实际注浆量一般要大于理论注浆量，以锚具排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。如一次注不满或注浆后产生沉降，要补充注浆，直至注满为止。

（4）施工格栅梁

采用跳槽方式开挖同一高度的 栅梁基础，清除浮土之后绑扎钢筋，在插入钢筋骨架的锚索自由段插入=110mm的孔口PVC管，如遇格栅梁钢筋干扰，适当调整钢筋间距，预埋锚垫板，安装模板，浇筑 C30混凝土。在浇筑过程中，锚孔处横纵1m范围内的锚梁混凝土要振捣均匀。格栅梁施工完成后进行养护。

（5）锚索张拉

水泥砂浆及格栅梁达到设计强度80%后（不少于10天）即可张拉，锚索张拉按两次四级办理，单根钢绞线每级张拉预应力按设计拉力 1/4（42.25KN）计算，每次张拉两级，每两级张拉时间间隔不少于15分钟，两次张拉时间间隔不少于三天，最后一级超张拉 10%，并回到设计值后锁定，即单根钢绞线最后一级张拉值为 185.9KN，锁定值 169KN。张拉前应标定张拉设备。

（6）锚索的防腐

预应力锚索自由段可采用除锈、刷沥青底漆、沥青玻纤布缠裹进行处理，处理后装入套管中；自由段套管两端 100-200mm长度范围内用专用防腐润滑酯填充，外绕扎工程胶布固定。锚固段应除锈、砂浆保护层厚度不小于25mm。锚头的锚具经除锈、涂防腐漆后采用钢筋网罩、现浇混凝土封闭。

3、其它施工注意事项

（1）支护工程开工前，应先查清坡顶的地下管线和排水系统，避免支护工程损坏管线，排水系统漏水渗入坡体，导致边坡跨塌。

（2）支护工程按从上到下分段跳槽开挖施工，分层高度以每排土钉的间距为宜，分段长度为7.0-15.0m，可根据开挖后的地质条件进行调整。土体开挖高度每级不大于1.60m，待上一级支护工程完工后，方可进行下一级开挖。

（3）基坑周边地表应修筑明沟排水，严防地表水向下渗流，可将喷射混凝土面层延伸到基坑周围地表2.00-3.00m宽处构成喷射混凝土护顶。基坑内设置排水沟和集水坑，随时抽排基坑内的集水，集水坑距边坡脚不应小于1.50m，预防基坑内的集水浸泡边坡脚。基坑内积水应及时排除。

（4）基坑边坡坡面设置泄水孔，孔径为Φ50，外斜坡度为5%，进入坡体内不小于1.0m，可用PVC管制作成花管安装，间距2.0m*2.0m呈梅花形布置，或根据需要设置。

（5）支护工程每15-20m设一道伸缩缝，缝宽50mm，伸缩缝位置钢筋应断开。

（6）土钉必须按规范做拉试验（不破坏试验）。所有混凝土、砂浆及钢材均应按规范进行试验。

六、监测方案

支护工程开工前，建立观测网，对边坡及坡顶建（构）筑物进行监测。施工监测按三等精度要求执行。根据国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》，本工程基坑监测项目内容如下：

序号 监测项目名称1 地表沉降2 管线沉降3 建筑物沉降及倾斜周围环境监测4 建筑物开裂测试仪器及组件精密水平仪、铟钢尺精密水平仪、铟钢尺精密水平仪、全站仪裂隙仪5水位监测电测水位仪6 边坡顶部水平位移7 边坡顶部竖向位移8 深层水平位移围护结构监测精密水平仪、全站仪精密水平仪、全站仪测斜仪9土钉（锚杆）内力应力计10 现象监测 周边道路、建筑物、管道变形；墙后土体变形；基坑底部、边坡、顶部变形；地表水、地下水排放；基坑周边堆载；支护结构施工质量。 每天肉眼巡视观察

监测工作从基坑施工开挖前开始，至地下工程完成为止。基坑开挖深度≤5m期间，监测频率为1次/2d；基坑开挖深度5-10m期间，监测频率为1次/1d；基坑开挖深度>10m期间，监测频率为2次/1d；底板浇筑≤7d期间，监测频率为2次/1d；底板浇筑7-28d期间，监测频率为1次/1d；底板浇筑>28d期间，监测频率为1次/3天。

七、结语

本工程基坑较深，基坑周边管网众多，周围的道路、建筑物、管线对变形控制有较高要求。因此，基坑支护采用土钉墙+预应力锚索的复合土钉墙进行支护。

施工中，基坑土方开挖配合土钉墙作业，采用分段跳槽开挖，预应力锚索张拉后再开挖下一层，同时做好监测工作，对周边建筑物及管线进行严密监测，做到信息化施工。

本工程从基坑开挖支护到地下室施工结束及土方回填完成，共用了5个多月，期间基坑稳定，工作状态良好，紧邻基坑的道路、建筑物、管网完好，达到了预期目标。

TU584

1674-3954（2011）03-0185-04