预应力锚杆在基坑支护加固工程中的应用研究

沈荣锋

摘 要：深基坑工程常因特殊因素导致施工质量出现偏差而无法满足设计要求。因此，为该类基坑工程问题寻求安全、经济且便于施工的加固方法具有重要意义。以南京某深基坑加固工程为例，介绍、分析和总结工程采用的预应力锚杆加固方法，以期为类似的基坑工程问题提供参考。

关键词：基坑工程;加固工程;预应力锚杆

中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）18-0103-03

Abstract： In deep foundation pit engineering， the construction quality often deviates due to special factors and cannot meet the design requirements. For solving this kind of construction problems， it is of great significance to find a safe， economic and convenient reinforcement method. Taking a deep foundation pit project in Nanjing as a case， this paper introduces， analyzes and summarizes the prestressed anchor bolt reinforcement method used in this engineering case， which has the practical application value to provide reference for similar construction problems in foundation pit project.

Keywords： foundation pit engineering;reinforcement engineering;prestressed anchor

隨着社会经济的快速发展和城市化步伐的加快，城市人口过度集聚，导致城市地面空间日趋紧张[1]。地下空间是人类潜在的可利用空间资源。目前，人类正不断开拓地下空间，如多层地下室、地下铁道、地下车站、地下道路、地下商场以及地下民用和工业设施等[2]。在向地下开拓空间的过程中产生了很多基坑工程，尤其是随着我国现代化进程的加快，各类深大基坑工程应运而生。基坑工程通常会对周围建筑物和地下构筑物造成影响，引起相邻建筑物的开裂甚至倒塌，尤其是东南沿海地区，基坑事故率高达30%[3-4]。可见，基坑工程的施工质量直接影响周边的环境安全和坑内施工作业安全。然而，由于工期、管理、气候等各种因素，不少基坑工程出现施工成型质量不符合设计要求的情况，甚至存在较大安全隐患。因此，基于已有的基坑工程质量问题进行合理的加固方案选择，具有较高的经济价值和深远的社会意义。

1 工程概况

某工程位于江苏省南京市，拟建项目总用地面积约3 200 m2，总建筑面积约1.5×104 m2，由一栋11层办公楼及下设的3层整体地下车库组成。基坑开挖面积约为2 602 m2，支护周长约为206 m，基坑挖深为14.25～15.05 m。基坑东侧为高6层的商务服务中心，服务中心下设一层地下室，基础埋深约4.00 m。基坑南侧为场区内空地，空地南侧为已建市政道路，基坑西侧和北侧为空地。拟建项目场区内地势较平坦，基坑开挖影响范围内土层情况如下：1-1层为杂填土，1-2A层为素填土，1-2层为素填土，3层为粉质黏土，5-1层为强风化泥质砂岩，5-2层为中等风化泥质砂岩。场地地下水类型浅部为潜水，深部为基岩裂隙水。

原设计采用钻孔灌注桩加二道钢筋混凝土水平支撑支护，水平支撑平面布置详情见图1，竖向布置详情见图2。

2 支护桩检测结果分析

2.1 检测情况

依据建筑安装工程质量检测中心提供的桩基钻芯检测报告，桩身混凝土芯样抗压强度检测值不满足设计要求，其中8根实测桩长小于设计长度。为进一步调查支护桩成型质量，业主委托第三方检测机构进行补充检测，共检测30根桩，其中桩身完整的I类桩17根，桩身有轻微缺陷的Ⅱ类桩1根，桩身有明显缺陷的Ⅲ类桩8根，桩身有严重缺陷的Ⅳ类桩4根。桩长短缺最大值不超过2 m，最低桩身强度18.1 MPa。

2.2 检测结果分析

依据两份检测报告进行分析，桩身有明显缺陷的支护桩按废桩处理，不参与计算。实际桩身间距为1 200 mm，支撑间距约为8.5 m，每支撑跨间按1根废桩考虑，因此将支护桩间距折算为1 400 mm进行计算。桩身强度取C15，桩长按减少2 m计算。

以典型剖面（BC段）为例，采用理正深基坑支护结构设计软件进行计算分析，并与原设计进行比较，结果见表1。

依据计算结果可知，鉴于部分灌注桩身存在缺陷，原设计桩身配筋无法满足其抗弯要求。因此，须对该项目基坑支护进行加固，以保证支护结构稳定和坑内施工的安全。

3 常见支护加固方法分析

3.1 补桩加固

针对桩身强度和桩长局部不达标的问题，充分检测灌注桩桩身质量，复核各桩身质量欠缺程度，于基坑外侧邻近位置补充灌注桩。该加固方法思路清晰，简单明了，但存在以下问题：①项目依据每支撑跨补一根桩的原则，需补充施工约27根灌注桩，预估补桩工程造价约80万元，即补充支护桩成本较高;②取芯检测阶段，大型旋挖机已退场，机械重新进出场费用高、难度大;③基坑四周难以为灌注桩施工提供场地条件;④重新补桩对总工期影响较大。

3.2 增加支撑

通过减小支撑间距以达到减小支护桩桩身跨长，进而减小支护桩桩身弯矩的目的，以使现已成型的灌注桩满足抗弯要求[5]。该方法基于支护桩受力特点进行加固，理论合理，安全可靠，但存在以下问题：①钢立柱依据原混凝土支撑进行布设，因此宜增加混凝土支撑，但新增混凝土支撑施工及相应拆撑对工期影响较大;②原钢格构立柱和立柱桩依据两道钢筋混凝土支撑设计，难以满足新增加钢筋混凝土支撑所产生的荷载，需重新补充钢格构和立柱桩。

3.3 锚杆加固

该方法与增加支撑的方法原理相似，通过减小支锚间距以减小支护桩桩身弯矩。该方法主要有以下优点：①造价相对较低，增加两道锚杆造价预算约55万元;②可采用流水施工，对施工工期影响小，较钢筋混凝土支撑无拆撑工况;③施工机械小，现场可满足施工场地要求。但是，该方法同样存在一些问题：①基坑四周若有邻近建筑工程桩，锚杆施工易对邻近建筑工程桩造成破坏;②坑外若為软土层，如淤泥质土层，锚固将无可靠锚固段，无法提供有效锚固力。

本项目基坑四周无邻近桩基础与锚杆交叉，项目施工场地局促，硬塑土埋深约为6 m，其下为强风化岩层。综合考虑基坑安全及加固成本因素，本项目宜采用锚杆加固法。

4 加固设计及计算分析

整个基坑采用钻孔灌注桩支护，水平向设置两道钢筋混凝土支撑，于第一道支撑与第二道支撑间及第二道支撑与坑底间分别设置一道锚杆进行加固。

由表2可知，对于本项目中出现的支护桩局部存在明显缺陷、混凝土强度不达标等问题，通过增设两道锚杆，可较好地控制基坑变形与原设计基本一致，并使原设计桩身配筋满足现状受力要求。

5 结论

通过对南京某深基坑工程进行加固方法分析，初步得到以下结论。

①对于因特殊因素导致支护桩桩身强度无法满足设计要求等类似问题，可通过减小竖向支锚间距的方式减小支锚间桩身跨长，进而控制桩身弯矩，避免采取补桩等高成本补救措施。

②将锚杆或锚索应用于桩撑支护结构体系，具有现实可行性和经济适用性;锚杆用于支护结构加固，在项目案例中取得了较好效果，可为后续类似工程提供参考。

本文主要研究锚杆在“灌注桩+钢筋混凝土”支撑支护结构体系中的加固应用，而对于锚杆在“支护桩+预应力”组合型钢支撑支护结构加固中的应用还有待探索，其中主要涉及锚杆预应力在施加过程中与组合型钢预应力之间的协调作用问题，是今后的一个重要研究课题。

参考文献：

[1]刘鑫，洪宝宁.城市地下工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2021：1-4.

[2]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009：1-2.

[3]周建军.深基坑工程施工的事故问题与对策[J].建材发展导向，2011（23）：106-107.

[4]刘耀全.深基坑工程施工的事故问题与对策[J].广东科技，2008（12）：99-100.

[5]熊智彪.建筑基坑支护[M].北京：中国建筑工业出版社，2020：71-76.