旋喷扩大头锚杆—双排桩门架式新型组合支护体系在软土地区深基坑工程中的应用

杨昌亚

摘要：旋喷扩大头锚杆—双排桩门架式新型组合支护体系综合了传统支护方案的优点，在工程应用上取得了较为明显的效果。基于笔者的研究和实践经验，本文首先介绍了广东佛山市顺德利保商贸中心项目基坑支护的工程概况，然后提出了该支护方案的思路选择以及设计，接着讨论了基坑开挖后的效果，最后针对两种不同的支护形式做了对比分析，进一步验证了本案支护的先进性。本文研究首次提出了扩大头锚杆与双排桩门架式联合支护方案，对今后软基支护相关研究具有一定的贡献。

关键词：软土地区深基坑支护；扩大头锚杆；双排桩支护结构

1.引言

旋喷扩大头锚杆—双排桩门架式新型组合支护体系是在本文中首次提出的一套适用于软土深基坑工程的新型支护方案，该方案是对传统的扩大头锚杆和双排桩门架式支护方案的有机整合，实现了对传统支护方案的改良优化。该支护方案在广东佛山市顺德利保商贸中心项目基坑支护工程中进行实验性应用，并得到了较为理想的支护效果。该工程的成功实施为今后在珠三角地区类似深基坑工程设计施工提供了有价值的参考经验。

2.工程概况

利保商贸中心项目位于佛山市顺德区龙江镇广湛公路的东侧，龙洲路南侧。建设单位为佛山市利保置业投资有限公司。该工程拟建场地总用地面积23479.90m2，总建筑面积176655 m2；拟建物为会展中心，设计12F，控高约72.8m～73.8m。场地设3层地下室，基坑开挖深度约为15.1m～16.7m，基坑支护安全等级为一级，根据不同的外部环境条件及不同地质条件的特点，基坑支护共划分为10个剖面进行支护，基坑周长约568.9m。

本基坑地处珠江三角洲冲积平原，属河口三角洲冲堆积地貌类型区。场地南侧、东侧为15m～20m水泥路，隔路为家具材料商城；北侧为龙洲路；西侧为广湛公路。根据钻探揭露，场区第四系（Q）堆积物发育，按成因类型可划分为表土层（Qml+Pd）、冲积层（Qal）、残积层（Qel）；基岩为白垩系（K）泥质砂岩、砾岩、砂岩：其风化程度分为全风化、强风化、中风化3个层带。基坑支护开挖范围土层为素填土层、淤泥质土夹粉砂层、中砂层、淤泥质土层、粉砂层、砾砂层、粉质粘土层、风化泥质砂岩层、强风化砾岩层，地下水位埋深较浅。基坑采用双排桩加多排扩大头锚杆新型组合体系进行支护。

3.工程典型支护剖面

本典型剖面基坑深度16.7m，采用双排桩支护，前排桩Ф1.2m@1.8m，嵌固深度16.0m，后排桩Ф1.2m@1.8m，嵌固深度16.0m，前后排桩中心距3.5m，桩身砼强度C30；采用Ф850@600三轴搅拌桩截水帷幕，前排桩间采用Ф1000@1800大直径搅拌桩加固挡土、设5排扩大头预应力锚索。典型支护剖面图如图1所示。

4.旋喷扩大头锚杆—双排桩门架式组合支护体系

4.1旋喷扩大头锚杆在深基坑支护中的特点及优势

旋喷扩大头锚杆，是采用高压喷射原理在锚孔底部一段长度范圍内对孔壁土体进行切割扩孔并置换充填水泥浆而形成一个圆柱状的扩大头，其学术名称为高压喷射扩大头锚杆，其具体结构如图2所示。

传统的锚固技术借助锚杆、锚索对岩土体的摩擦作用产生抗拔力对围岩体进行锚固，然而扩大头锚杆对末端锚固进行了优化改良，整个锚杆可产生三种锚固力，即：在非扩大头部分产生与传统锚杆相同的摩擦力；在扩大头的侧壁产生接触面积更大的摩擦力；在扩大头端部产生对岩体的压力。扩大头锚杆产生的摩擦和端头压力可以在一定程度上增强支护效果。扩大头锚杆的优势主要表现在以下几个方面：一是可靠性高、离散性小、质量稳定。大量的工程实践发现在相同地层中扩大头锚杆的抗拔力和位移较为稳定，与普通锚杆相比，表现出较小的离散性。二是抗拔力高。由于扩大头的作用，在顶端产生了较为稳定的压力，进而整体上产生较大的粘合力，进一步增大了其抗拔力。三是安全性好，地层条件合适完全可以替代内支撑。四是节省工期。与普通锚杆相比，锚杆工程量（总延米，根数）节省50%以上。五是适用性广。扩大头锚杆是普通锚杆的改良，一般而言，普通锚杆的适用工程同样也能适用扩大头锚杆，针对软基，普通锚杆不能达到理想的支护效果，但可以施工扩大头锚杆。

4.2双排桩支护结构

双排桩支护结构是深基坑支护中常用的支护方案，它是一种由两组平行的混凝土桩加冠梁的形式组合而成，是一种典型的门式刚架结构。图3是双排桩支护结构的常见模型。

在该模型中，序号1为前排桩，序号2为后排桩，序号3、5为钢架梁，序号4为桩顶冠梁。双排桩支护结构与中间的岩土体形成一个整体结构后，能有效增强整体的抗倾覆能力，尤其是在软基支护中能够有效避免侧向变形情况的出现。鉴于双排桩支护没有进行锚索支撑，这就不会影响土方的开挖、地下结构的施工，可以实现多工程联合施工，这对节省工期具有一定的现实意义。

4.3双排桩加旋喷扩大头预应力锚索支护与内支撑支护的比较

佛山顺德利保商贸中心基坑支护工程原支护方案采用内支撑支护，我公司经计算提出第二种支护方案，采用双排桩加扩大头预应力锚索的支护思路，现将二种支护方案在价格、施工工期及工程桩施工三个方面进行对比。价格、施工工期对比结果如下表1、表2所示。

价格综合对比，在支护方案中，桩锚支护方案要比内支撑方案造价低1000万左右，在土方方面，无支撑方案中的土方价格比有支撑方案少330万元。

内支撑支护方案因存在内支撑，需要在地面开始做工程桩（人工挖孔桩除外），在工程桩施工费用中又增加了空桩的费用，并且工程桩孔位及质量存在隐患。桩锚支护方案中，工程桩在基坑底面施工，没有空桩的费用，大大地提高了工程桩施工质量。总之，该设计方案降低了对工程桩的不利影响。

5.開挖后效果

利保商贸中心基坑支护工程监测工作由建设单位委托广东省地质物探工程勘察院承担，于2014年2月18日进行首次观测，共进行基坑周边道路、房屋沉降监测，基坑坡顶、桩顶水平位移监测，基坑坡顶沉降监测、地下水位监测、桩体测斜监测、锚索拉力监测等共6项监测。根据《利保商贸中心基坑支护工程基坑变形监测简报》相关数据显示，基坑目前除了地下水位有部分下降已超过1.0m，基坑周边道路由于属于软基路面，下卧路基地层为高灵敏性的流塑状淤泥质土，局部沉降略超出控制值30mm，其它基坑坡顶沉降位移、水平位移、深层土体水平位移、支护桩钢筋应力、锚索应力监测均为正常状态，特别是开挖至基坑底后，期间经历了2015年10月4日的强台风“彩虹”，是1949年以来十月登陆广东最强的台风，基坑一小时内被水浸泡满，台风过后根据专家意见缓抽缓排，加强监测的原则，用了半个月时间将积水抽排完，基坑安然无恙，各项监测指标仍正常，令当地质监部门及专家们都感叹不已。笑称“坑坚强”。该基坑设计使用年限仅一年，由于业主规划原因，主体施工延迟，超期服役一年多（即开挖至坑底后两年有一半未回填），当地专家们在进行基坑延期评审时均建议基坑各项监测指标正常，感观良好，可以观察使用，暂不必做加固处理措施。用铁的事实说明了这种支护形式的安全可靠性。图4为开挖至基坑底的照片。

6.结语

在佛山市顺德利保商贸中心基坑支护工程中的应用结果证实旋喷扩大头锚杆与双排桩组合支护结构在坡顶位移、坡顶沉降、深层土体位移控制以及钢筋应力、锚索应力监测方面均取得了较为理想的支护效果。该支护方案不仅可以降低工程预算、缩短施工工期，还可以降低对工程桩的不利影响。总之，扩大头锚杆与双排桩组合支护结构在超深软土基坑支护中的具备一定优越性，值得推广。

参考文献：

[1]JGJ120-2012.建筑基坑支护技术规程[S].中国建筑工业出版社.

[2]GJ/T 282-2012.高压喷射扩大头锚杆技术规程[S].中国建筑工业出版社.

[3]龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].中国建筑工业出版社， 1999.

[4]应宏伟，初振环，李冰河，等.双排桩支护结构的计算方法研究及工程应用[J].岩土力学， 2007， 28（06）：1145-1150.