双排桩锚杆联合支护在深基坑支护中的工程实践

曹俊秀，张健，马立群

（中铁四局集团有限公司设计研究院，安徽 合肥 230023）

0 前言

随着城市发展，超高层建筑和城市轨道建设带动了基坑工程的发展。但是，老城区由于城市规划红线的严格控制和建设场地周边环境的限制，使得传统的放坡、内支撑、连续墙等方案受到很大制约，而双排桩锚杆联合支护不需要占用较大的施工空间[1-2]。本文在借鉴以往类似工程经验的基础上，结合实例利用双排桩支护侧向刚度大和锚杆支护横向拉力大的优势，对其联合支护方式的可行性进行分析总结，研究成果可作为类似基坑设计的参考[3-4]。

1 工程概况

1.1 项目概况

中铁四局机关大院体育场地下车库项目位于合肥市太湖路和红领巾路交叉口，该项目有地下2层停车场，1层运动场，基坑开挖深度8.2～12m。基坑尺寸：东西长172m，南北宽97m。

1.2 场地周边环境

场地北侧和西侧紧邻太湖路和红领巾路，下埋电缆和污水管网；南侧距离职工家属楼外墙约15.5m，西侧距离职工家属楼外墙约12.8m。基坑支护设计和施工必须考虑到周边的复杂环境，不能影响道路交通和已有建筑物的安全。基坑工程不具备放坡条件，需垂直开挖，还需兼顾周边建筑物的沉降和变形。

1.3 工程水文地质条件

根据勘察报告，场地地处江淮丘陵地带，微地貌单元为岗地，地势较平坦。场地土层层序如下。

第①层：杂填土(Q4ml)，层厚 0.50～4.50m；杂色，松散，以回填黏土夹碎石为主，局部含砖块等建筑垃圾及植物根系；场地东侧局部见黑色淤泥及淤泥质粉质黏土，含腐殖质，软塑～可塑。

第②-1层：黏土(Q3al+pl),层厚0.50～2.80m。灰褐色，可塑；第②-2层：黏土(Q3al+pl),层厚10.80～16.50m。灰黄色，硬塑。

第③层：强风化泥质砂岩（K2z），层厚4.70～7.30m；紫红色，泥质结构，层状构造，原岩结构部分已破坏，岩体风化裂隙发育。

第④层：中等风化泥质砂岩（K2z），该层未揭穿，最大揭示厚度13.30m；紫红色，泥质结构，层状构；岩芯多呈短柱状，岩体较破碎；岩石饱和单轴抗压强度测标准值frk=1.19MPa。

其中第②层黏土属于膨胀土，自由膨胀率一般为38～65%，平均为56.13%。依据《膨胀土地区建筑技术规范》（GB50112-2013），判定该层土的膨胀潜势为弱～中膨胀潜势，胀缩等级为Ⅰ级，其抗剪指标按照70%折减采用。

场地下水类型主要为包气带水。勘探期间钻孔测得的稳定地下水位埋深0.80～3.36m，其分布不连续，富水性不等。

图1 场地周边环境平面图

土层地基承载力特征值和抗剪指标参数 表1

2 基坑设计的重点和难点

①场地东南角开挖深度最大，达12m；且该区域原为池塘回填，回填土厚度达4.5m，底部黑色淤泥及淤泥质粉质黏土强度低，易形成软弱滑动面。该部分边坡稳定性和地表控制变形设计要求较高。

②根据合肥市建委要求，基坑设计构筑物不能超过用地红线，即锚杆或锚杆不能伸出用地范围。本工程地下可利用的最大空间只有12m，且不能影响上部交通和居民生活。

③第②层黏土为膨胀土，具有弱～中膨胀潜势。其高岭土成分遇水易膨胀软化，网状裂隙结构易崩解。旱季边坡自立性较好，但雨季易坍塌。本工程开挖面积大，工期超过1年，应考虑雨季对边坡稳定性的影响。

④场地无放坡条件，需垂直开挖。边坡距离已有建筑物较近，边坡稳定性和沉降要求高。

3 基坑支护设计

本次设计充分考虑周边环境和重难点，采用双排桩锚杆联合支护结构。支护桩采用桩径d=900mm，桩长l=18m，桩间距4m，沿基坑周边双排布置。锚杆结构采用长度l=8m，间距2m，按照土层结构和弯矩大小从上往下布置3排，采用“工”字钢与支护桩连接，表层挂网喷射混凝土支护。

图2 双排桩锚杆联支护结构设计

本工程对位移变形控制要求较高，故采用增量法进行基坑计算边坡稳定性。双排桩计算模型如图3。

抗倾覆验算：

Mp——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆，支点力为锚杆或锚杆的锚固力和抗拉力的较小值；

图3 双排桩计算模型

MG——双排桩自重对桩底的抗倾覆弯矩；

Ma——主动土压力对桩底的倾覆弯矩；

Ks=6.235＞=1.200,满足规范要求（式中负弯矩按0考虑）

抗隆起验算：

4 基坑施工监测

基坑周边地表每隔15.0～40.0m布设12个断面，每个断面布设3地表沉降变形观测点，累计布设36个地表沉降变形观测点（DB-1-1～DB-12-3）,由于基坑东南角部位发生监测报警加密了4个地表沉降监测点（DB01～04)。监测随着基坑开挖的不断加深和主体结构施工的进行，基坑周边地表沉降的大小及变化发展情况。

4.1 基坑周边地表点沉降变形监测

基坑周边地表点沉降观测自基坑开挖前夕开始进行，地表沉降采用水准观测。从地表沉降累计变化量-时间曲线图可以看出：地表沉降均未超过累计报警值。累计沉降值较大的监测点分别为DB1-1、DB2-1、DB3-1、DB01。其中 DB1-1 以及 DB2-1 由于出口马道位置边坡塌方影响，造成的监测值突变；DB3-1、DB01（见图4）是因为处于基坑阳角位置且基坑开挖较深，由于第一层锚索钢绞线断裂造成锚索不生效并长期堆放大量荷载，上部地表裂缝未及时修补造成桩后土体长期受水浸泡，因此才发生沉降监测累计值过大。总的来说，地表沉降在基坑开挖初期位移量增长较慢，随着基坑开挖进程加快，地表沉降量随之激增，直到基坑开挖至设计标高，并随着支撑安装完成以及底板的及时浇筑以后，变形逐渐减小并趋于稳定，说明基坑的支护结构有效控制了周边土体的变形，基坑开挖对周边环境没有产生太大的不利影响。

图4 地表沉降累计变形最大点变化量-时间曲线图

4.2 桩体测斜监测

从各测斜累计变化量时间曲线图可以看出，桩体测斜监测点ZQT01（4.5m处）累计变形43.6mm，接近报警值（累计变形最大点累计变化量-时间曲线图见图5），主要原因是由于上层锚索失效以及基坑暴露时间过长导致。根据观测结果表明，围护桩深层位移在基坑开挖初期位移量增长较慢，桩体测斜曲线呈“垂直线形”，直至基坑开挖到设计标高以后，桩顶位移变化激增，伴随基坑的开挖部分监测点逐渐变成“弓形”，表明上层锚索约束了桩体的上部变形，使得桩体中部向坑内位移形成“弓形”，也有部分监测点如ZQT01、ZQT04等是从上部开始向坑内倾斜，主要由于上层锚索失效引起，但随着底板的及时浇筑，位移速率减缓明显，并逐步趋于稳定状态，说明基坑的支护结构已安全稳定，且有效控制了周边土体的变形。

从监测各项统计数据可知，基坑开挖至设计标高以后，各项监测项目变形较大。随着底板的及时浇筑及主体结构的不断完工至基坑封顶以后，基坑支护结构和基坑周边环境没有发生任何过大位移和沉降。总体来看，基坑变形在基坑施工期间是正常稳定的，本基坑的支护设计和施工是安全合理的。目前该项目已经竣工一年多，未出现质量问题。

图5 测斜累计变形点累计变化量-时间曲线图

5 结论

①本文介绍了在老城区有限空间下，双排桩锚杆联合支护结构施工简单，但有效地限制基坑边坡位移变形，是一种较为合理的支护体系。

②双排桩锚杆联合支护发挥了双排桩侧向刚度大和锚杆横向拉力大的特点，调整了支护结构的内力和弯矩分布，减小了地表位移变形和沉降，支护效果明显。

③双排桩锚杆联合支护结构在无放坡条件下，桩间土易掉块、脱落，使得部分锚杆失效，影响整体结构稳定性。在双排桩锚杆联合支护结构中布置一定数量的预应力锚索效果更佳。