基坑工程中强锚弱桩支护方式应用研究

张姗姗

武汉职业技术学院，湖北 武汉 430074

随着工程建设的飞速发展，深基坑工程中，支护方案经济与安全的合理选择成了工程中的一大难题，特别是“排桩+锚”的组合形式中，在不同地质情况或不同周边环境下，“强锚弱桩”和“强桩弱锚”对支护效果与经济性会产生不同的影响。本文以某市区深基坑工程A-B-C 区段为研究对象，对比论述了“强锚弱桩”有较好的支护效果及经济性。

1 项目概况

本项目位于某市繁华商业区，地下设置三层地下室，设计开挖深度在-12.70m（相对±0.00m）左右。由于基坑周边有重要建（构）筑物及城市主干道重要地下管线，且离基坑距离均小于基坑开挖深度，基坑工程地质条件、水文地质条件较复杂，按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）规定，拟建地下室的基坑重要性等级为一级。

2 项目工程地质与水文地质情况

基坑开挖后，坑壁主要土层依次为（1）杂填土、（2）粉质粘土夹粉砂、（3）粉质粘土、（4）粉砂夹粉土、（5）粉细砂。坑底土层主要为（5）粉细砂及（6）含砾中砂；坑壁土层分布情况详见图1 支护方案剖面图。上述各土层工程性能差，抗剪强度低，基坑支护土层参数如表1。基坑侧向土层夹薄层粉土或粉砂，开挖时易形成流土、流砂，支护控制变形与工程止水难度非常大。

表1 基坑支护土层参数

3 护方案对比

基坑支护设计方案A-B（强锚弱桩）采用钻孔灌注桩+锚索+竖向止水帷幕组合支护形式，如图1。

支护方案剖面图A-B 段所示，桩顶放坡1.0m，坡比1：1，留1.0m 平台，钻孔灌注桩桩长17.5m，桩径800mm，桩间距1.5m，设置3 排锚索，锚固段直径150mm，施工预应力100kN，水平间距1.5m，水平倾角15°，当考虑坡顶施工荷载15kPa 时，设计桩身最大变形为11mm；设计桩身最大弯距为371kN·m，锚索平均提供水平拉力206kN。

图1 支护方案剖面图

基坑支护设计方案B-C（强桩弱锚）采用钻孔灌注桩+锚索+竖向止水帷幕组合支护形式。桩顶放坡1.0m，坡比1：1，留1.0m 平台，钻孔灌注桩桩长19.0m，桩径1000mm，桩间距1.3m，设置2 排锚索（由于地下管线标高影响，采用降低第1 排锚索施工深度避开管道，如图1 支护方案剖面图B-C 段所示），锚固段直径150mm，施工预应力50kN，水平间距1.5m，水平倾角15°，当考虑坡顶施工荷载15kPa 时，设计桩身最大变形为12mm；设计桩身最大弯距为539kN·m，锚索平均提供水平拉力139kN。

两支护段相邻，岩土体参数基本一致，最终控制的变形预期控制在20mm 以内，以满足周边建筑及管线变形的限值要求，达到设计目的。

4 监测数据分析

根据项目施工时埋设的坡顶水平位移监测、土体深层位移监测、钢筋应力监测、土压力计监测的数据，整理分析出沿基坑深度方向上的变化规律。具体如图2 所示。

两个不同的区段，相近的地层和开挖深度，采取“强锚弱桩”的方案，开挖后监测实际变形为16mm，其桩身最大弯矩270kN·m；“强桩弱锚”的方案，开挖后监测实际变形20mm，其桩身最大弯矩589kN·m；两种方案都能很好的控制变形，保证周边建筑及管线的安全。

5 结论

（1）在本项目A-B-C 区段支护中，“强桩弱锚”或“强锚弱桩”都能有效的控制开挖后土体的变形，保证施工安全。两种方案的结合使用，可以更好的调整锚索结构的空间位置，有效避开锚索施工对周边管线的不利影响。

（2）本文研究区段A-B-C 中，其岩土体参数基本一致，最终变形都控制在20 毫米以内，但A—B（强锚弱桩）段，使用桩径800mm，桩长17.0m，桩间距1.5m；而B—C（强桩弱锚）使用桩径1000mm，桩长19.0m，桩间距1.3m。仅从灌注桩每延米混凝土的用量来看，A—B（强锚弱桩）段用混凝土5.7m3，而B—C（强桩弱桩）则需要11.5 m3。对比可以得出，“强锚弱桩”的支护形式，可以大幅度减小桩身的成本，从而最终提升支护工程的经济性。

（3）从桩身的弯矩图可以看出，“强锚弱桩”支护方案中桩身受力的均匀性更好，可以有效的减小桩身的弯矩，从而减小钢筋的内力，达到节省钢材的目的。

图2 深度-位移-弯矩图

（4）在“排桩+锚”的支护形式中，地质情况和周边环境允许的情况下，优先采用“强锚弱桩”支护方式，可以达到与“强桩弱锚”相近的支护效果。与“强桩弱锚”支护方式相比，“强锚弱桩”减小桩身直径，缩短桩长，降低桩身弯矩和变形，提升受力均匀性，达到良好的经济性。