桩锚支护在某紧邻CFG桩复合地基深基坑工程中的应用*

唐 君

(1.建筑安全与环境国家重点实验室，北京 100013；2.中国建筑科学研究院有限公司地基基础研究所，北京 100013；3.北京市地基基础与地下空间开发利用工程技术研究中心，北京 100013)

0 引言

随着我国经济发展、人口增长、城市化进程加快，城市用地越来越紧张，大规模深基坑逐步发展，邻近既有建(构)筑物基坑开挖的工程也越来越多[1]。孙洋波等[2]研究邻近地铁侧的基坑开挖，结果表明，在适当范围内增加预留土体坡肩宽度可有效减少地下连续墙水平位移。杨敏等[3]对邻近桩基工程基坑开挖时桩基受力情况进行分析。黄沛等[4]针对软土地区深基坑现状，在对深基坑施工造成邻近桩基建筑物事故分析的基础上，结合工程水文地质条件及勘察、设计、施工和建设等因素，建立了深基坑施工对邻近桩基建筑物影响的安全评判方法。

基坑支护可分为支挡式结构、土钉墙、重力式水泥土墙和放坡。其中支挡式结构中桩、墙支护结构宜于控制支护结构变形，是深基坑工程中经常采用的主要结构形式。支撑式和锚拉式是2种为桩、墙式支护结构提供约束的方式。其中，支护桩、墙与内支撑系统形成的支护体系结构受力明确，计算方法较成熟，施工经验丰富，在软土地区或受场地条件所限的深基坑工程中应用广泛。但内支撑结构给土方开挖、主体结构施工造成困难，且造价较高。采用支护桩、墙+锚杆为支护结构的基坑内部空间开敞，有利于提高施工效率和工程质量，可满足工期和造价的要求。但锚杆不应设置在未经处理的软弱土层、不稳定土层和不良地质地段及钻孔注浆引发较大土体沉降的土层，而且锚杆设置受周边环境的影响较大[5]。

本项目通过前期方案比选、后期专业设计计算[6-9]及高精度定位施工，成功实现了桩锚支护方案在紧邻CFG桩复合地基深基坑工程中的应用。在保证基坑及邻近建(构)筑物安全的前提下，缩短了工期，节约了成本。

1 工程概况

1.1 拟建基坑概况

拟建项目位于北京市昌平区，该地块主要为保障房、商业、办公楼及纯地下车库。基坑开挖深度11.80～18.10m(见图1)，槽底标高变化较大。东南侧为已施工的1～3号住宅楼，地下1层，地上14～15层，筏板基础，采用CFG桩复合地基。其中，1，2号楼CFG桩北侧约7m范围内为方形布桩，间距1.6m，南、北侧区域CFG桩在东西方向上整体错位0.7m。3号楼CFG桩则基本采用方形布置，间距1.6m。

图1 基坑开挖深度及周边环境

1.2 工程地质及水文地质条件

根据地质勘察报告，45m深度范围共分10大层：①层为填土层；②层为新近沉积层；③～⑧层为一般第四系冲洪积层(其中，③层重粉质黏土、黏土，④层粉质黏土、重粉质黏土，⑤层粉细砂，⑥层重粉质黏土、黏土，⑦层重粉质黏土、黏土，⑧层粉细砂)；⑨层重粉质黏土，黏土；⑩层细中砂。

根据地质勘察报告，场地地下水分布情况如表1所示。

表1 地下水分布情况

2 基坑支护设计

支护方案以安全可靠、技术先进、经济合理、保护环境等为原则，综合考虑工程水文地质条件、周边环境条件、经济及技术因素。

2.1 支护设计方案比选

根据工程水文地质条件，在确保基坑及邻近建(构)筑物安全的前提下，采取支护桩+内支撑形式，基坑施工周期至少240d，主体施工时因逐层拆除内支撑，将影响结构施工至少60d，直接影响该项目交付使用。采用桩锚方案可减少支护与土方和结构施工交叉作业，有利于提高施工效率和工程质量，可满足工期和造价要求。但由于场地对锚杆长度有限制，且锚杆需穿越紧邻CFG桩复合地基，对锚杆施工角度控制提出了较高要求。

综合考虑，最终采用上部土钉墙+下部桩锚支护方案，并于桩间设置旋喷桩止水帷幕，坑内设置疏干井进行降水。同时，南侧支护桩与邻近1，2号楼CFG桩平行同间距布置，东南侧支护桩则与3号楼CFG桩平行同间距布置，为锚杆穿越紧邻CFG桩复合地基创造条件。

考虑到1，2号楼复合地基北侧7m范围外，与南侧复合地基CFG桩在东西方向上有0.7m错位。采用增加锚杆锚固体直径至220mm的方式，有效减少了锚杆设计长度，将穿越1，2号楼的锚杆设计长度控制在该楼CFG桩采用方形布置且未发生错位交叉区域。基坑支护结构平面及锚杆布置如图2所示。

图2 基坑支护结构平面及锚杆布置

2.2 支护结构设计计算

本基坑支护工程采用中国建筑科学研究院地基所编制的基坑支护设计软件RSD(V3.0)及理正深基坑软件7.0PB5计算。其中，桩锚支护剖面安全等级为1级，挂网喷简易支护高低台剖面安全等级为3级。

2.2.1锚杆穿越CFG桩典型剖面

锚杆穿越既有建筑CFG桩典型剖面如图3所示，采用上部土钉墙+下部桩锚方案。支护结构变形及内力计算结果如图4所示，桩身最大水平位移为37.8mm，桩顶最大水平位移为12.9mm，桩身最大正弯矩为879.7kN·m。

图3 典型剖面

图4 典型剖面计算结果

采用圆弧滑动条分法进行整体滑动稳定性计算。整体抗滑稳定安全系数为1.39，满足JGJ 120—2012《建筑基坑支护技术规程》设计要求。

支护底部抗隆起安全系数为1.907；深度39.600m处，抗隆起安全系数为17.933，均满足《建筑基坑支护技术规程》设计要求。

2.2.2桩锚两级边坡剖面

南侧汽车坡道区域槽底标高为-11.600m，与地下3层和地下4层形成高差分别为4.1，6.3m的高低台，典型剖面如图5所示，支护结构变形及内力计算结果如图6所示。其中，一级边坡桩身最大水平位移为12.6mm，桩顶最大水平位移为10.0mm，桩身最大正弯矩为339.7kN·m；二级边坡桩身最大水平位移为13.2mm，桩顶最大水平位移为3.4mm，桩身最大正弯矩为200.2kN·m。

图5 两级边坡剖面

图6 两级边坡剖面计算结果

两级边坡整体抗滑稳定安全系数为1.40，满足《建筑基坑支护技术规程》设计要求。支护底部抗隆起安全系数为1.857；深度39.600m处，抗隆起安全系数为18.058，均满足《建筑基坑支护技术规程》设计要求。

3 基坑支护施工

3.1 支护桩施工

支护桩采用长螺旋成孔混凝土后插筋成桩工艺。为使锚杆能从既有CFG桩中穿过，南侧支护桩与邻近1，2号楼CFG桩采用平行同间距布置，东南侧支护桩则与3号楼CFG桩平行同间距布置，施工放线时需严格控制桩位偏差。通过已有基准点及基坑支护结构平面布置图，获取每根支护桩中心坐标，现场利用全站仪按坐标布设桩位点，桩机就位，钻杆垂直对位，开机钻孔至设计深度，然后边压灌混凝土边提拔钻杆，最后下放钢筋笼。

钢筋笼制作采用加劲箍成型法，以保证钢筋位置与角度准确无误。混凝土坍落度控制在180～220mm。应连续灌注混凝土，并在混凝土初凝时间内完成灌注且超灌厚度应≥0.5m，确保支护桩成桩质量。

检测单位对89根护坡桩进行低应变动力检测，抽检数为护坡桩总数的20%。检测结果表明，受检的89根护坡桩均为I类桩。

3.2 锚杆施工

本工程预应力锚杆需穿越邻近既有复合地基，3号楼局部区域锚杆则需横穿整排CFG桩。CFG桩桩距为1.6m，锚杆设计长度为24m，角度偏差需控制在1.9°以内。施工时，对钻机进行精确定位，严格控制角度偏差，是锚杆成功穿越复合地基的关键。先采用作图法，通过已有基准点及基坑支护结构平面布置图，获得每根锚杆桩边坐标及反向延长线上控制点的准确坐标，现场利用全站仪布设桩边点及锚杆控制点，并在锚杆控制点拉线形成锚杆理论延长线的水平投影，使锚杆钻机钻头方向与延长线在投影方向重合，以达到控制锚杆水平角度偏差的目的。

同时，为减少锚杆施工对既有建筑的影响，采用套管跟进钻机成孔，注浆采用P·S·A42.5水泥，水灰比0.5，清孔完成后将注浆管插至孔底，注浆管口应始终埋入注浆液面下，应在水泥浆液从孔口溢出后停止注浆；注浆后浆液面下降时，应进行孔口补浆，保证注浆质量。注浆管拔出后，放入锚杆杆体及二次注浆管，二次注浆管应固定在杆体上，待锚杆固结体强度达5MPa后，进行二次高压劈裂注浆。锚杆固结体强度达15MPa或设计强度的75%后，利用500kN级穿心式千斤顶对其进行张拉锁定。

对98根预应力锚杆进行抗拔承载力检测。检测结果表明，锚杆轴向抗拉承载力标准值满足设计要求。其中，1—1剖面1-1-1-4号锚杆U-δ曲线如图7所示，锚杆长度24m，最大位移量为32.08 mm，最大回弹量为5.91 mm，回弹率为18.4%。

图7 锚杆U-δ曲线

4 施工监测

鉴于岩土工程复杂性及基坑工程重要性，采用信息化施工方法，对基坑支护结构及邻近建(构)筑物进行施工监测。施工过程中，及时对监测数据进行分析，以了解和掌握基坑开挖过程中支护结构及邻近建(构)筑物状态，当监测数据异常时，立即分析原因并采取相应措施，确保基坑及邻近建(构)筑物安全。

4.1 基坑监测

基坑及周边环境监测包括坡顶水平位移及沉降、桩顶水平位移及沉降、桩身深层水平位移、锚杆内力、地下水位、基坑周边建筑物沉降及倾斜等。目前基坑已开挖完毕并回填，整个过程各点监测数据无异常，均满足GB 50497—2019《建筑基坑工程监测技术标准》、GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》相关规定及设计要求。

自基坑开挖至底板浇筑后28d基坑沉降稳定为止，整个沉降观测周期内，基坑支护结构沉降曲线如图8所示，最终沉降量平均值为12.34mm，最大值为19.58mm，位于基坑北侧中部。基坑支护结构水平位移曲线如图9所示，其中，正值代表基坑向内侧移动，负值代表基坑向外侧移动。向基坑内侧水平位移最大值为17mm，位于基坑东北角；向基坑外侧水平位移最大值为1.6mm，位于基坑南侧距1号楼最近点。

图8 基坑支护结构沉降曲线

图9 支护结构水平位移曲线

4.2 周边建筑物监测

基坑周边建筑物1～3号住宅楼变形监测采用总沉降、倾斜和沉降速率指标控制，总沉降控制值20mm，报警值16mm；整体倾斜控制值0.15%，报警值0.12%；沉降速率报警值2.5mm/d。

1～3号住宅楼沉降观测自基坑开挖至回填完成、建筑沉降稳定为止。整个建筑沉降观测周期内，1号住宅楼最终最大沉降为-3.00mm，最大倾斜0.04%；2号住宅楼最终最大沉降为-6.88mm，最大倾斜0.019%；3号住宅楼最终最大沉降为-15.56mm，最大倾斜0.052%，均满足《建筑基坑工程监测技术标准》《建筑地基基础设计规范》相关规定及设计要求。

5 结语

本项目由于工期紧张，在保证基坑及邻近建(构)筑物安全的前提下，取消常规内支撑做法，采用上部土钉墙+下部桩锚支护方案。结合桩锚支护在紧邻CFG桩复合地基深基坑工程中的成功应用，可以得出以下结论。

1)从设计角度，支护桩采用与邻近CFG桩平行同间距布置的方式，通过增加锚杆锚固体直径，有效缩短了锚杆长度，将锚杆设计长度控制在CFG桩未发生错位交叉区域。

2)从施工角度，支护桩现场准确定位及严格控制锚杆施工角度偏差，是锚杆成功穿越复合地基的关键。本项目支护桩利用坐标布设桩位点，锚杆施工则通过已有基准点及基坑支护结构平面布置图，获得每根锚杆桩边坐标及反向延长线上控制点的准确坐标，现场利用全站仪布设桩边点及锚杆控制点，并在锚杆控制点拉线形成锚杆理论延长线的水平投影，使锚杆钻机钻头方向与延长线在投影方向重合，以达到控制锚杆水平角度偏差的目的。

为减少锚杆施工对既有建筑的影响，锚杆注浆采用P·S·A42.5水泥，采用二次高压劈裂注浆，及时补浆，严格控制注浆量，保证注浆质量。