“吊脚桩”桩锚支护在土岩组合地层深基坑工程中的应用研究

黄 薛，曾纯品，雷炳霄

(1.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东 济南 250014；2.山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014)

0 引言

桩锚支护技术广泛应用于基坑工程中，能较好地保证基坑安全。在济南地区，针对土岩组合地层采用“吊脚桩”桩锚支护方式较少。由于对岩层的稳定性把握不准，设计桩端往往要求进入基底以下锚固深度，造成桩长较长，施工难度较大，同时也大大增加了工程造价，延长了工期。本文以济南黄金国际广场项目深基坑工程为例，针对土岩组合地层的特点，采用“吊脚桩”桩锚支护及两桩一锚布设方式的设计方案[1-3]，为类似工程设计和施工提供借鉴。

1 工程概况

1.1 基坑概况

黄金国际广场工程位于济南市历下区历下广场，场区北侧为经十路，西侧为转山西路。拟建的工程建筑平面近似倒L形，平面尺寸为190 m×90 m，建筑±0标高103.5 m。包括超高层主塔楼、裙房及地下车库等建筑，基坑开挖深度12.8～18.5 m。

基坑周边环境较复杂，构筑物、地下管线密集，详见表1。

表1 基坑周边建(构)筑物及地下管线分布情况Table 1 Buildings and underground pipelinessurrounding the foundation pit

1.2 工程地质条件

根据勘察报告，地貌单元属山前倾斜平原地貌单元。场地地势相对较平缓，南高北低，高程99.87～105.55 m，地表相对高差5.68 m。基坑支护涉及的地层主要为：①杂填土，②黄土，③粉质粘土，③1漂石，④1粉质粘土，⑤中风化石灰岩，⑤1溶蚀破碎石灰岩，其中灰岩岩层产状为6°∠12°。基坑开挖深度范围内无地下水。典型工程地质剖面见图1，基坑支护设计参数见表2。

表2 基坑支护设计参数Table 2 Design parameters of foundation pit supporting

2 基坑支护设计

2.1 基坑设计选型

基坑类型为土岩组合基坑，根据基坑开挖深度、工程地质条件，以及需要保护的周边建筑物、地下管线和甲方对基坑周边场地的使用要求，根据赤平投影理论对岩层稳定性进行了计算，岩层处于稳定状态，考虑安全性、经济性及施工的难度，采用“吊脚桩”+预应力锚索支护设计方案，采用两桩一锚布设方式，分为7个支护单元，按一级基坑设计。

图1典型工程地质剖面
Fig.1Typical engineering geological cross section

基坑周边设计超载20 kPa，建筑物地上5层，无地下室，按90 kPa取值，施工重型车辆按60 t取值，折算为30 kPa，超载作用范围为基坑坡顶2 m以外；基坑设计使用年限18个月。

2.2 支护设计方案

(1)排桩：桩径600 mm，桩长9.3～16.25 m，确保桩端进入岩层≮2.0 m的设计要求，桩间距1.4 m，采用通长配筋，钢筋材质为HRB400，强度标准值fyk=400 MPa。

(2)锚索：长度为6.0～20.0 m，间距2.8 m，矩形布置，锚孔直径150 mm，杆材为钢绞线，采用预应力锚索，锚索与水平面夹角为15°～20°，锚索应按要求进行锁定。第三排为锁脚锚索，确保桩端的稳定性[4-8]。

(3)注浆材料均采用水泥浆，水泥型号P.O 42.5，水灰比为0.5，均采用压力注浆，第一次注浆压力采用0.4～0.5 MPa，第二次注浆压力≮1.5 MPa，水泥浆强度≮M20。

(4)腰梁为2根20a槽钢，承压板为200 mm×200 mm厚20 mm钢板。

(5)面层：面层钢筋网按Ø6.5@300×300布置，喷C20混凝土，坡面混凝土厚度≮50 mm。腰梁与混凝土面层应紧密接触，减少缝隙，确保腰梁受力均匀，腰梁范围内的混凝土面层应平整，厚度≮80 mm。

典型支护结构剖面见图2。

图2典型支护结构剖面
Fig.2Typical supporting structure cross section

3 锚索现场试验

现场试验按《建筑基坑支护规程》(JGJ 120-2012)要求进行。为了验证锚索施工质量能否达到设计要求，现场随机抽取20根锚索进行验收试验，判定锚索在抗拔承载力检测值下是否合格。

验收试验采用单循环加荷法，最大试验荷载下锚索杆体应力不应超过预应力钢胶线抗拉强度标准值的0.85倍。根据锚索试验结果，锚索抗拔力设计值为280 kN，验收试验最大加载量370 kN时，锚头最大位移29.80～36.68 mm，最大回弹量大于杆体自由端长度理论弹性伸长量80%，加载至检测值时锚索位移稳定，锚索拉力值符合设计要求[9]，见图3。

图3 锚索典型验收试验Q-s曲线Fig.3 Typical Q-scurve of acceptance test of anchor cables

4 基坑监测

在本基坑施工过程中，基坑监测项目包括支护结构坡顶水平位移和竖向位移监测；深层水平位移；锚索轴力；周边管线变形监测等[10]。实时掌握基坑变形、周边建(构)筑物地基变形，科学指导施工。从2017年8月18日开始开挖到2018年7月1日基坑回填，监测时间历时317 d，开挖过程进行了3次锚索施工。基坑变形情况以基坑东侧为例进行说明，其冠梁水平位移见图4，基坑东侧支护结构随深度变化见图5。

图4 基坑东侧冠梁水平位移历时曲线Fig.4 Horizontal displacement-time curve of the top beam on the east of the foundation pit

图5 基坑东侧支护结构水平位移随深度变化曲线Fig.5 Horizontal displacement-depth curve of the retaining structure on the east of the foundation pit

从图4看，在基坑监测周期内，冠梁水平位移总体呈增加趋势。在基坑开挖过程中，受3次锚索张拉索定、地表渗水、施工车辆的影响，冠梁水平位移呈现小幅变化，开挖至基底时达到最大值13.4 mm；支护结构完成后至基坑回填，冠梁水平位移趋于稳定。

从图5看，在基坑监测周期内，桩身水平位移随深度变化呈减小趋势，至桩底时趋于6.26～6.96 mm。最大位移位于桩顶附近，约14.0 mm，在锚索附近，位移有所减小，说明锚索受力良好。

根据对周边环境的沉降数据统计，建筑物沉降0.6～3.7 mm。根据上述分析，基坑支护结构变形、周边建筑物、道路、地下管线均处于安全状态，远小于报警值，说明“吊脚桩”桩锚支护及两桩一锚布设方式在深基坑支护中应用效果非常好[11-16]。

5 结语

本工程将“吊脚桩”桩锚支护在土岩组合地层深基坑工程中成功应用，利用岩层稳定的特点，缩短桩长，减小支护桩施工难度；并通过两桩一锚布置方式，大大减少了锚索数量。现场进行了锚索验收试验，试验结果符合设计要求。在基坑监测周期内，监测结果表明，基坑支护结构变形、周边建(构)筑物沉降等均处于安全状态，远小于报警值，说明“吊脚桩”桩锚支护及两桩一锚布设方式在土岩组合地层深基坑工程中应用效果非常好，同时大大节省了造价，短缩了工期。研究成果已在其他类似基坑工程的设计和施工中得到推广应用。本文的相关设计方法、试验、监测成果可为类似工程提供借鉴。