钢管桩结合预应力锚杆在超深基坑支护工程中的应用

姚传堃，艾华亮，王春红

（1.青岛华睿停车科技发展有限责任公司，山东 青岛 266000；2.青岛业高建设工程有限公司，山东 青岛 266000）

0 前言

对于变形控制要求较高的深基坑而言，一般采用大直径灌注桩加锚杆支护，该方案技术成熟，安全度高，造价适中。但由于城区地皮过于紧张，开发商通常要充分利用红线范围进行建设，周边均为已建建筑物、地下管线，这就造成基坑只能直立开挖，而且往往上部锚杆及大直径灌注桩的施工空间不足，无法实施。基坑支护的发展就是不断探索一些新的支护技术，青岛华润中心悦府二期8号楼深基坑中采用钢管桩+预应力锚杆的方法进行支护，取得成功，为该类基坑支护的设计和施工积累丰富的经验。

1 工程概况

工程场区位于青岛市市南区山东路10号，原海军潜艇学院院内，靠近北海宾馆位置。包括1栋高层建筑（44~50层），建筑设计室内坪标高±0.00=11.00m，地下4层，基底标高2.15m。基坑周长约136m。场区地面标高约24~28.75m，基坑开挖深度26.6m，该基坑安全等级为一级。

1.1 工程地质与水文地质条件

1.1.1 地形地貌

地形：勘察期间，场区地形经开挖，改造较大，整体为西高东低。

地貌：场区地貌单元为剥蚀斜坡地貌，后经人工改造。

1.1.2 工程地质条件

本项目地层结构层序较为清晰，结构较为简单，主要为人工填土以及第四系上更新统洪冲积层。岩面较高，为燕山晚期花岗岩、后期侵入的细粒花岗岩岩脉，场区碎裂状花岗岩及砂土状碎裂岩等构造岩发育。

1.1.3 地下水

本项目地下水主要由风化裂隙水和构造裂隙水组成，地下水绝对标高24~14m，风化裂隙水量较小，构造裂隙水量较为丰富，且具有一定承压性。

1.2 基坑周边环境条件

该工程基坑西侧为北海宾馆和地下200t消防水箱。其中北海宾馆主楼16层，1层地下室，裙楼2层，半地下室，墙下条形基础，主楼距离地下车库轮廓线最近距离约23m，裙楼距离地下车库轮廓线最近距离约10.9m；地下200t消防水箱，距离地下车库轮廓线最近距离约9.35m。基坑北侧为现状砖混4层现场办公楼，独立基础。基坑其余两侧与万象城基坑接通。

2 基坑支护设计

2.1 方案论证

该基坑是目前青岛市较深的深基坑，难点在于基坑的西南紧邻北海宾馆，无放坡空间，并且靠近北海宾馆较近，增加了此范围内垂直开挖和支护的难度。初步方案考虑上部土层部分采用双排灌注桩支护，下部预应力锚杆支护。因该方案需要占用红线以外场地，建设单位难以协调。后经设计、施工技术人员及有关专家反复论证，决定在北海宾馆一侧采用双排钢管桩配合预应力锚杆的支护形式进行施工。

2.2 基坑支护设计典型断面

根据基坑不同的周边环境及地质条件把四周分为5个单元，其中条件最为复杂的断面为C单元，这个断面介绍如下。

本单元位于施工基坑的西面，紧邻已有建筑物的裙房，开挖深度26.6m，基坑侧壁紧靠北海宾馆毛石挡墙。由于本单元开挖深度较深，如果选择从地表直接打孔至基底以下：①施工难度大，垂直度稍有偏斜，底部移位太大，肯定会造成土建工作空间不足的问题；②钢管桩要承受的水平方向的剪力和弯矩较大。后经反复论证，决定将本单元从深度中段留设错台，分为上下两段进行支护施工。上半段施工双排钢管桩，钢管桩顶部设冠梁；下半段由于岩层风化程度较差，坚硬且岩石较为完整，改为施工一排钢管桩，控制钢管桩施工及开挖的垂直度。为确保上半段双排钢管桩的嵌固效果满足要求，在中间台阶处整体现浇钢筋混凝土梁和预应力锚杆予以锚固加强，锚杆均设计为较大吨位的预应力锚索，旨在控制基坑变形。

3 施工过程中主要问题及解决办法

3.1 钢管桩施工

钢管桩设计孔径200mm，桩芯钢管外径146mm，采用高风压潜孔钻施工，由于钢管过长，吊装过程中不可避免地发生弯曲，下入孔内时大部分难以到位，外露较多，处理起来非常麻烦，经研究钻头改为220mm后，钢管下入均较顺利。

靠近北海宾馆处，钢管桩钻孔至10m深度左右时，遇岩石破碎带，有漏风、卡钻等情况，无法向下钻进，采取注浆固结破碎带后重新钻孔的方法进行了解决，具体方法：在钢管桩部位间隔4~5m布设压浆孔，压浆孔采用偏心锤带套管钻进，孔径φ108mm，穿过破碎层，成孔后埋设钢制注浆管，将注浆管口密闭后压力注浆，浆液上强度2d以后再行钢管桩钻孔。

4.2 面层及喷射腰梁施工

该基坑以风化花岗岩地层为主，节理裂隙发育，开挖需要爆破，采用常规爆破后，坡面凹凸不平，差别很大，面层设计厚度100mm，实际施工该厚度很大部分不能覆盖钢筋网，现场进行加厚，保证钢筋网的保护层厚度。

若采用支模浇筑商混凝土的方法进行腰梁施工，效率较低且工序复杂。在该过程中我们进行改进，绑扎完面层钢筋后不进行喷混凝土施工，而是继续绑扎腰梁钢筋，绑扎完成后，在钢筋底部及侧面绑扎保护层垫块，绑扎钢丝网作为模板，腰梁与面层同时进行喷混凝土施工，极大地加快了施工速度。

4.3 支护工序衔接的调整

本项目工期非常紧，预应力锚杆注浆体的强度上升较慢，张拉施工的技术间歇成为制约本项目工期的一个重要问题。对于基坑下部稳定岩层且设置有超前支护钢管桩的位置，分四个方面将施工工序进行调整：

（1）锚杆注浆液及喷射腰梁材料中添加早强剂，尽快提升注浆体及腰梁的强度。

（2）本层锚杆注浆、腰梁喷射完成后一天，安装锚具，通知土方开挖下一层施工工作面。

（3）利用下层工作面施工的时间作为上层锚杆张拉的技术间歇，下层工作面完成前，上层强度达到设计要求后进行张拉锁定预应力锚杆。

（4）本部为施工时，通知监测单位加强对此部位的变形监测，一旦有超出常规的变化预警，及时上报。

调整现场施工工序后，有效的利用了张拉技术间歇的时间，保证进度要求。现场基坑监测数据显示，施工期间的基坑稳定，位移在正常范围内。

而对于没有钢管桩的部位，仍应严格遵循上层张拉支护后，下层才能开挖的原则。由于工期紧迫，现场局部没设钢管桩的部位，在上层锚杆强度没有达到开挖条件即行开挖，出现坡顶位移过大造成险情，后及时回填加固才避免了事故的发生。

4 监测结果

4.1 监测内容及平面布置

监测内容主要包括支护结构水平位移监测、沉降观测、周边建筑物沉降监测、锚杆轴力监测。

4.2 监测成果

水平位移监测曲线（见图1）。

图1 坡顶水平位移监测曲线

垂直位移监测曲线（见图2）。

图2 坡顶垂直位移监测曲线

临近建筑物沉降监测（见图3）。

图3 临近建筑物沉降监测曲线

锚杆轴力监测（见图4）。

图4 锚杆轴力监测曲线

监测数据显示，本项目基坑水平位移、垂直位移、建筑物沉降位移值都在规范允许范围内，安全稳定。2015年7月施工完毕，位移趋于稳定。

基坑施工期间预应力锚杆轴力监测数据表明，预应力锚杆的轴力普遍有增加及减小的振荡现象，分析系开挖后土压力增大、爆破时侧壁瞬时压力加大等原因造成锚杆轴力加大，而临近或下层锚杆张拉造成锚杆预应力损失，监测轴力变小，后期锚杆轴力表现平稳，说明基坑侧壁趋于稳定。

5 结语

基于施工环境较为特殊，在本基坑中创造性地采用了微型桩超前支护、预应力锚杆分层支护的方法，取得成功，基坑位移在规范允许范围内，同时，在施工过程中创新采用多种即可监测手段，从而保证施工过程的安全性，为该类基坑的支护积累丰富的设计和施工经验。