深厚砂层场地基坑锚索失效的处理措施研究

周建雄，周洪涛

（深圳市勘察研究院有限公司 深圳518026）

关键字：深厚砂层；深基坑；锚索失效；底板换撑；信息化施工

0 引言

桩锚支护体系是一种常用的基坑支护方式，广泛应用于各类市政、水利、房建等项目基坑中。由于砂层自稳性差、透水性强，锚索在砂层中施工时易发生塌孔、涌水涌砂、注浆不密实等现象，出现成锚困难甚至锚固失效等问题，需要采取针对性的措施，以确保基坑安全［1-4］。

通过对深圳市某深厚砂层地区基坑锚索失效实例的原因分析及事故处理措施比选，采用了预留土台、分步分区开挖、底板换撑及信息化施工的措施，有效地解决了锚索失效导致的险情，避免工期延误，节约了工程造价，为类似工程事故提供处理措施参考。

1 工程概况

深圳市坪山区某房建项目总用地面积约49 822 m2，周长约1 053 m，设置2 层地下室，基坑开挖深度9.7～10.6 m。基坑周边主要有市政道路，市政道路下有雨水、污水、通讯和燃气等管线。

场地原始地貌单元为冲积阶地，原为厂房，现已拆除。基坑开挖主要揭露①人工填土层、②砾砂层、③含角砾粘性土层，其中砾砂层呈稍密-中密状态，局部相变为粉砂、中砂或圆砾，局部夹少量粘性土层，厚可达10.3 m。该层在中下部分布较多直径约2～5 cm的小卵石，场地下伏含砂泥岩及大理岩，大理岩内溶洞发育，上部含角砾粘性土层中局部探明有土洞，地下水位埋深约2.2 m。

为创造开阔的地下室施工空间，避免采用内支撑影响主体结构的施工，该基坑主要采用桩锚支护，竖向设置2 道预应力锚索，局部采用双排桩或坡率法支护，基坑止水采用桩间φ650@450 型三轴搅拌桩全封闭截水帷幕（见图1）。考虑到深厚砂层中锚索的施工风险及难度，项目要求锚索在砂层中采用专业套管跟进成孔工艺，并在水泥浆液中掺加复合膨胀剂和高效减水剂，锚索采用二次注浆成锚［5］。本工艺方法在本项目大部分区域得到有效实施，但在基坑东侧局部支护段出现锚索失效。

图1 基坑周边环境及支护方式Fig.1 Surrounding Environment and Support Form of Foundation Pit

2 锚索失效情况

基坑开挖至第2道锚索标高位置，正在进行第2道锚索成孔施工，第三方监测单位在进行锚索内力监测时，发现基坑东侧第1道锚索有异响，经复测，该处基坑第1 道锚索内力由279.41 kN 突然下降至47.90 kN，认为该道锚索已经失效，对应支护段长度约40 m。

失效锚索位于基坑东侧，该侧有市政路，市政路下有污水及雨水管线，该处采用桩锚支护，围护桩为φ1.0m@1.6 m旋挖灌注桩，桩长17.6 m，嵌固长度7.0 m，竖向设置2道预应力锚索，第1道锚索长25 m，锚固段长18 m，第2道锚索长22 m，锚固段长15 m，锚索入射角度25°，锚索采用3 根7φ5 型钢绞线，锚固体直径150 mm，锚索成孔施工采用专业套管全长跟进，2 次注浆成锚，第1 次采用常压注浆，第2 次采用高压注浆，注浆压力2.0～3.0 MPa（见图2）。

图2 锚索失效位置剖面Fig.2 Profile in the Position of Anchor Failure

由于锚索失效，冠梁顶水平位移、地表水平位移、地面沉降及管线沉降监测数值均发生一定程度的突变，位移突变发生在7 月11 日锚索失效当天，随后即趋于稳定（见图3）。

3 锚索失效原因分析

基坑东侧局部支护段锚索失效的原因，应结合该位置周边环境、地层情况及当前施工进度等因素进行综合分析［6］。

图3 锚索失效期间位移监测数据Fig.3 Monitor Data in the Meantime of Anchor Failure

锚索失效位置的地层中有9.5 m 厚的砾砂层，第1道锚索有12.0 m 长锚固段位于砾砂层中，场地地下水埋深2.2 m。第2道锚索成孔位置位于地面以下6.4 m，锚索开孔处水头高度4.2 m，施工过程中有少量砂土从孔口流出。在富水砂层中施工第2道锚索导致的水土流失，是引起第1 道锚索失效的主要原因。该支护段砾砂层上部有雨水、污水管线，管径较大且为易漏水的承插式接头，经多年运行后，管节周围砂土变得松散，使砂土更易受锚索成孔扰动而流失。由于采用了全长套管跟进成孔工艺，水土流失现象被控制在一定范围内，锚索松动后重新被砂层握裹，仍能持有少量荷载。

另外勘察发现场地含角砾粘性土层中局部存在土洞，第2 道锚索打入该土层中，存在击穿土洞、造成土洞失稳的可能，土洞失稳，上部砂土下沉补充，可引起锚索失效。但经现场施工反映钻孔未钻入空洞区，周边未发现明显沉降或塌陷，排除了该种失效原因。

4 处理技术措施

从监测数据可知，锚索失效后虽各项指标发生突变，但并未达到监测预警值，距基坑变形控制值40 mm还有一定余量［7］，且突变后变形即趋于稳定，基坑在此时仍处于安全状态。但由于还有4.2 m 高土方需要开挖才能到达基坑底标高，需采取技术措施处理，以满足后续基坑开挖的变形控制要求。

4.1 方案比选分析

⑴方案1：新增锚索，以替换失效锚索。由于目前基坑已开挖至第2 道锚索标高位置，在目前标高位置新增锚索难以满足基坑嵌固稳定性的要求，新增锚索会与第2 道锚索产生群锚效应，锚固力无法充分发挥，若在第1道锚索标高附近位置增设锚索，则需拉土回填或搭设脚手架以形成锚索施工平台，在新增锚索达到龄期并张拉锁定后，方可进行后续土方开挖，工期长、费用高。另外，鉴于目前已经在该位置发生锚索失效的情况，不宜继续在砂层中进行锚索施工。

⑵方案2：局部逆作［8］，锚索失效处地下室区域最后一跨暂缓土方开挖，待其它区域地下室结构完工后，逆作地下室最后一跨，用地下室楼板支撑替换失效锚索。由于项目工期紧，无法承受逆作法造成的工期滞后影响，该处无土方出口，后期土方运输不顺畅，不利于施工场地的有效周转使用。

⑶方案3：预留土台，分步分区开挖，采用底板换撑，信息化施工［9］。结合地下室底板后浇带的设置，对受锚索失效影响的支护段进行区段划分，控制每次开挖的长度范围，先挖区域施工底板时，将底板延伸浇筑至支护桩边，形成底板支撑后，再开挖其他区域。实施阶段加密变形监测，做好应急预案，确保基坑在安全稳定的前提下进行土方开挖。

4.2 现场实施

⑴失效锚索重新张拉：为充分利用锚索的剩余强度，同时避免锚头松弛影响，对失效锚索进行重新张拉锁定，锚索重新张拉时，若锚头位移不收敛，应停止加载。现场将锚索重新张拉至320 kN锁定，后续监测到锚索拉力逐步衰减，后稳定于180 kN。

⑵土方开挖：因当前监测数据距预警值仍有部分余量，且锚索重新张拉后有一定剩余强度，为减少分区预留土台的占地空间，便于现场施工布置，基坑整体开挖1.2 m高土方，剩余3.0 m高待开挖土方。

⑶根据塔楼底板的布置，将锚索失效支护段分为A、B、C共3段（见图4），其中A段为先挖段，长约15 m，其范围与塔楼底板边界相对应，便于将塔楼底板延伸至支护桩边进行支撑，B段和C段为后挖段，每段长约13 m，支护桩前方先保留土台，待底板换撑完成后挖除，具体施工顺序如下：

①开挖A 支护段，并施工桩侧挂网喷面，B 和C段预留土台，土台顶宽3.0 m，底宽6.0 m，土台边坡坡率1∶1，坡面挂网喷面，坡面设泄水孔；

②施工B 栋塔楼，塔楼底板与A 段底板（图4 阴影部分）一同浇筑，A 段底板浇筑至支护桩边以形成对支护桩的支撑，将底板后浇带设置在A 段与B、C 段的交界处；

③待A 段底板混凝土强度达80%后，挖除B、C段土台，施工其他区域底板，为加强底板支撑效果，B、C段底板也浇筑至支护桩边。

图4 施工分区平面Fig.4 The Plan of Construction Division

4.3 变形监测

基坑采用信息化施工，锚索失效段作业时，应加密对复杂支护段冠梁顶水平位移、地表水平位移及地表沉降的监测［10，11］，期间监测变形情况如图5 所示，图5 中各时间点对应工况如下：①07-20 对第1 道锚索重新张拉，位移监测无明显变化；②08-05对达龄期的第2 道锚索进行张拉，位移监测无明显变化；③08-15～08-25期间，对整个基坑开挖1.2 m厚土方，位移监测有2.12 mm 的变化量；④08-30～09-25，由坑内向侧壁开挖A 段土方，该时间段位移监测发生明显变化，其中桩顶水平位移变化最为明显，变化量达6.43 mm，总量达30.38 mm，但各项监测指标均未达到设计预警值；⑤09-25～11-25，施工桩基及地下室底板，期间位移监测缓慢变化后基本趋于稳定，于11-10 左右桩顶水平位移超过预警值，由于此时位移变化量较小，且距离监测控制值40 mm 仍有一定余量，现场综合分析后，确定加快支护桩附近区域的底板施工，尽快将底板支撑于支护桩上；⑥11-25～11-30，A 段底板浇筑至支护桩边，位移监测无明显变化；⑦12-15～12-20，开挖B、C 段土方，期间位移监测仅有少量变形，其中桩顶变形量为0.88 mm。

图5 位移监测数据Fig.5 Monitor Data of Deformation

上述监测结果表明，采用预留土台、分区开挖、底板换撑的施工方案，地下室底板有效地补偿了锚索失效导致的支点反力损失，采取措施后，整个施工过程中基坑新增变形量较小，基坑安全稳定。信息化施工为项目施工提供了有力的数据支撑。

5 结语

以深圳某深厚砂层区域桩锚支护基坑为案例，详细介绍了锚索失效的过程和原因，综合考虑现场施工条件、项目工期要求、主体结构布置情况及基坑监测数据，采取了预留土台、分步分区开挖、底板换撑、信息化施工的处理措施，有效地解决了锚索失效带来的风险，节约了项目工期及造价，取得较好的社会和经济效益。