桩锚支护在深厚软土地区基坑中的应用

马玉飞，李禄，唐建政，付垚，于峰

(济南市勘察测绘研究院，山东 济南 250101)

1 引 言

近年来随着城市化进程的持续推进，对地下空间的开发利用程度不断提高，广大软土地区的基坑工程也逐渐向着更大更深的方向发展[1，2]。软土一般具有高含水率、高压缩性、低透水性、承载力与抗剪强度低等特点，为解决软土地区基坑支护结构变形过大、坑外地面沉降过大、坑内土体隆起等问题，灌注桩+内支撑支护体系在软土地区基坑工程中的应用日益增多[3～6]。但由于内支撑体系存在施工复杂、影响土方开挖、增加施工工期与造价等问题，因此在保证基坑安全的前提下，桩锚支护体系既方便施工缩短工期，又能大幅降低施工造价，仍为软土地区基坑支护的主要支护形式之一[7]。

烟台某商业综合体基坑工程位于沿海深厚软土地区，通过采用灌注桩联合预应力旋喷锚索支护体系，并结合坑内被动区土体加固措施，将支护结构位移控制在允许范围内，保证了基坑边坡的安全稳定，同时大大缩短了工期，降低了施工造价，取得较好的经济社会效益。

2 工程概况

2.1 项目概况

本工程位于烟台市福山区，距离海岸线仅 2.8 km，拟建项目总建筑面积约32.14万平方米，包括8栋高层住宅楼(26～33F)及1栋大商业综合体项目，设整体地下一层车库，局部地下二层，采用框架结构，桩筏基础。基坑平面形状近似菱形，东西方向长度约 264 m，南北方向长度约 276 m，场地地面整平标高约 5.5 m，地下一层基底标高约 -1.00 m，地下二层基底标高约 -4.00 m，基坑开挖深度约 6.5 m～9.5 m。

2.2 基坑周边环境

本工程所处地块四周均为市政道路，交通流量较大，车库外墙线距离四周市政道路红线最近约 7.0 m～13.2 m；基坑西北侧为已建成幼儿园，车库外墙线距离幼儿园外墙最近约 28.9 m；此外在拟建场区周边存在电力、电信、给排水、燃气等多种市政管线，埋深介于 0.37 m～2.82 m，距离车库外墙线最近约 22.1 m。基坑周边环境及支护平面简图如图1所示。

图1 基坑周边环境及支护平面简图

3 水文地质与工程地质条件

拟建场区地貌单元属于滨海平原，距离海岸线仅 2.8 km，场地总体较平坦，现状地面标高 4.46 m～6.20 m，高差约 1.74 m，整平标高按 5.5 m考虑。场地内地下水为第四系孔隙潜水，以大气降水入渗为主要补给来源，地下水稳定水位埋深为 2.40 m～3.77 m，相应标高为 1.45 m～3.21 m。

典型工程地质剖面图如图2所示，基坑支护设计参数如表1所示。

图2 典型工程地质剖面图

各岩土层计算参数 表1

4 支护设计方案

4.1 基坑支护方案

综合考虑场地工程地质、水文地质条件、基坑周边环境及基坑开挖深度，基坑支护结构安全等级按二级考虑。方案设计之初，根据建设单位要求，将内支撑体系、重力式水泥土墙支护体系及桩锚支护体系分别从工程造价、技术要求、工期等多方面进行了经济技术比选。其中内支撑体系安全性高，变形小，但施工要求高，土方开挖不便进而影响工期，且施工造价最高；重力式水泥土墙施工工艺简单，造价较低，但承载能力及抗剪能力一般，特别是在淤泥质土中水泥土强度提升所需时间较长；桩锚支护体系工艺成熟，能在保证基坑安全的前提下节省施工空间与工期，且造价适中，此外，本地块周边均为市政道路，最大长度锚索基本位于市政道路下方，对临近地块后期建设活动影响较小。因此最终采用了灌注桩联合预应力旋喷锚索支护体系，并结合坑内被动区土体加固措施，保证基坑边坡的安全稳定。

地下一层区域基坑开挖深度 6.5 m，支护桩桩径 800 mm，间距 1.3 m，桩长 16.5 m，主筋11C18，箍筋A8@150，加强筋B14@2000，桩间挂网喷砼，面层钢筋网按φ8@200×200布置，厚度 80 mm；设置2道预应力旋喷锚索，杆体材料采用2As15.2钢绞线，水平间距 1.3 m，竖向间距 2.0 m，自由段长度 8.0 m，锚固段长度 12.0 m～15.0 m，锚固体直径 500 mm，采用旋喷锚索一次成锚工艺，使用高压喷射注浆设备生成锚固体，水泥浆水灰比宜取0.50，自由段每米水泥用量 20 kg，锚固段每米水泥用量不少于 150 kg，为保证第二道锚索锚固段能够进入第⑤层粉质黏土，锚索倾角调整为35°；腰梁采用2[22a双拼槽钢。

为减小支护桩桩顶位移，防止坑内土体隆起，对坑内被动区土体采用高压旋喷桩进行加固处理，桩径 700 mm，桩间距 600 mm，固化材料采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥，单位水泥掺入量不小于原状土重量的16%，水灰比0.50，水泥土龄期28天的无侧限抗压强度应大于 0.8 MPa，加固宽度为 4 m，加固深度从基底下至第⑤层粉质黏土，如图3所示。施工完成后经第三方检测，旋喷锚索与被动区加固措施均达到预期效果。

图3 地下一层区域典型支护剖面

地下二层区域基坑开挖深度9.5 m，上部 3 m采用1∶1放坡，中部设置宽 1.0 m的平台，下部支护桩桩径 800 mm，间距 1.3 m，桩长 16.5 m，主筋18C22，箍筋A8@150，加强筋B14@2000，坡面及桩间挂网喷砼；设置3道预应力旋喷锚索，锚索入射角30°～35°(间隔施打)，水平间距 1.3 m，竖向间距 2.5 m，自由段长度 7.0 m～10.0 m，锚固段长度 23.0 m～32.0 m，其余要求同前。支护剖面图如图4所示。

图4 地下二层区域典型支护剖面

4.2 地下水控制

场区内地下水埋深较浅，地下水较丰富，为减少基坑降水对周边环境的影响，在基坑开挖和基础施工过程中，采用了全封闭式止水帷幕，并结合基坑内疏干、辅以明排盲沟等方案进行地下水控制。

止水帷幕采用双轴水泥土搅拌桩，单桩直径 700 mm，相邻桩搭接宽度 200 mm；帷幕顶标高控制在自然地面以下 2 m，底标高控制在基底以下不小于 2.0 m，且进入淤泥质土层不小于 2.0 m。

基坑内部布置疏干井，井间距约 25 m；井口从自然地表算起，井底进入在基底以下不小于 1.0 m，且进入淤泥质土层不小于 1.0 m，共计114眼；为避免降水对周边地下水位造成不良影响，在止水帷幕外侧布置9眼回灌井，井间距约 130 m，井底控制在基底以下不小于 1.0 m；

考虑到淤泥质粉质黏土透水性较差，在基坑底部设置双向排水盲沟，盲沟间距 25 m，断面尺寸 500 mm×500 mm，以0.3%坡度向疏干井找坡，沟内回填粒径 10 mm～20 mm的碎石(如图5所示)，随挖随填，盲沟与坑内疏干井相连，形成整体降排水系统，保证了土方开挖与基础施工的顺利进行。

图5 基坑内部排水盲沟构造图

4.3 监测方案及监测结果

(1)基坑监测方案

根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)及《建筑基坑工程监测技术标准》(GB50497-2019)，基坑监测包含日常巡视检查与仪器监测两方面，其中日常巡视检查应每天进行，以目测为主，并辅以锤、钎、量尺、放大镜等工器具以及摄像、摄影等设备进行，巡视检查内容针对支护结构、施工工况、周边环境、监测设施四个方面。

仪器监测内容包含桩(坡)顶水平位移和竖向位移、深层水平位移、锚索内力、地下管线及建筑物沉降、地下水位监测。为使基坑监测更具有针对性，根据不同开挖深度、不同支护形式分别设置不同的监测预警值，如表2所示。

基坑监测预警值 表2

(2)基坑监测结果

本项目共布置桩(坡)顶水平位移和竖向位移监测点83个、锚索内力监测点29个、深层水平位移监测点4个、周边地表竖向位移监测点26个、地下水位监测点10个，此处以最为直观的坡顶水平位移监测数据为例进行分析。基坑南侧、西侧代表性桩顶位移监测点监测曲线如图6所示，基坑支护效果及基础施工现场如图7所示。

图6 桩顶位移监测曲线

图7 基坑支护效果及基础施工现场

从监测曲线可以看出，基坑开挖期间桩顶最大位移均控制在 50 mm以内。此外，根据现场日常巡视检查与仪器监测结果显示，基坑周边支护结构最大变形均在 30 mm～50 mm之间，周边市政道路及市政管线无明显沉降变形，场地内临近基坑的钢筋加工区附近局部出现平行于基坑边缘的裂缝，最大宽度约 10 mm，转移钢筋堆载后裂缝稳定未继续发展。在整个施工过程中基坑边坡安全稳定，为地下结构的顺利施工提供了必要条件，在保证安全的前提下，采用桩锚支护体系为土方开挖与基础施工提供了极大便利，节省了工期与造价，该项目现已竣工投入运营。

5 结 论

(1)桩锚支护体系在深厚软土地区基坑工程是可行且有效的，锚索必须保证穿透软土层锚固于相对较好的土层内，相对于内支撑支护体系，桩锚支护体系能大幅度缩短工期，降低造价。

(2)软土地区基坑采用被动区土体加固措施可有效减小支护结构变形，增加边坡整体稳定性。

(3)软土透水性较差，仅采用管井井点降水方案效果一般，必须配合坑底盲沟排水方能有效控制地下水，为基础施工提供必要条件。