压力型扩体桩锚新型支护体系应用分析

虞国宏

【摘    要】：为消除基坑开挖对周边既有地下管线及构筑物影响，提出采用压力型扩体桩锚新型支护体系替代传统支护结构。以实际工程为例，采用有限元分析，通过与常规内支撑、桩锚工艺对比，验证了压力型扩体桩锚方案的优越性。

【关键词】：深基坑；复杂周边环境；新型支护体系；压力型扩体桩锚

【中图分类号】：U448.35【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）03-24-03

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.008

Application Analysis of A New Support System-pressure-type Expanded

Pile Anchor

YU Guohong

（Tianjin Municipal Engineering Design & Research Institute Co. Ltd.， Tianjin 300392，China）

【Abstract】：In order to eliminate the influence of pit excavation on existing underground pipelines and structures around， this paper introduces the new supporting system-pressure expanded pile anchor to replace traditional supporting structure. Using actual project as an example， the paper adapts finite element stress analysis， compares with the conventional internal support and pile anchor technology and verifies the superiority of pressure expanded pile anchor.

【Key words】：deep pit；complex surrounding environment；new support system；pressure expanded pile anchor

隨着城市建设发展，基坑工程在方案选型时面临复杂的地下条件，需根据不同要求控制建构筑物或管线变形[1～2]。实际工程中可以采用双排桩解决锚杆、土钉、支撑等支护结构受实际条件限制而无法实施的问题[3]；但支护结构选型需考虑经济性，双排桩结构可能较多情况下因造价偏高而不被采用。本文结合双排桩、倾斜桩等的作用机理[[4～5]，创新优化出压力型扩体桩锚结构。

1 工程概况

某工程为市政道路与某建筑地下室连接的过渡地下广场。基坑包括地下广场、进出BC通道，呈极不规则形状，最大开挖深度约为11.0 m。见图1。

场地为微丘陵地貌，沿线高程大多在17.886～21.390 m。场地勘察深度范围内地下水类型主要包括上层滞水，赋存于人工填土中；四系孔隙潜水，场地内主要含水层为局部分布的残积砂土层；基岩裂隙水，基岩裂隙水含水层主要为裂隙较为发育的中风化岩。

2 工程难点

基坑南侧为现状市政道路，地下有供水总管、高压线、燃气管等多种现状管线存在，保护要求最高的为DN1 800 mm供水总管（铸铁压力管），与基坑最近约为5.2 m。该供水总管承担着该地整个片区的水源生命线；因此变形按最严格等级进行控制，变形量控制在30 mm内。

3 支护方案

3.1 方案比选

常规支护方案有?1 000 mm@1 400 mm灌注桩+混凝土支撑或预应力锚索。见图2。

此两种常规方案存在以下局限性：

1）排桩+内支撑方案采用混凝土支撑时，靠近既有建筑侧亦需要设置灌注桩，使得基坑整体造价较高；分工序施工，后期拆撑存在一定安全隐患，施工速度较慢且开挖工作面受限、出土速度慢；分层开挖，需等待支撑施工达到设计强度后方可开挖，工期长；

2）排桩+预应力锚索方案预应力锚索倾斜打入，伸入邻近地下空间，首道锚索与南侧供水总管竖向空间存在冲突；分层开挖，分层制作腰梁及后期养护等对工期影响大，工期长。

针对项目工期、造价和周边条件的限制，采用压力型扩体桩锚作为支护结构，沿基坑侧壁排列设置由前排支护桩（墙）、后排竖向拉锚以及桩（墙）顶部与竖向拉锚顶部梁板组成支挡式结构。见图3。

压力型扩体桩锚支护体系后排扩体锚桩分为锚杆普通锚固段、锚头扩大段。本工程中后排扩体锚桩锚固段为强风化泥质粉砂岩层，锚固段长度为6.0 m，锚桩抗拔力特征值180 kN，锚桩扩大头段为水泥土芯体+钢构芯体、高压旋喷注浆段；实施时旋喷扩孔后应立即植入压力型扩体锚头及锚杆。扩体锚固段注浆采用高压注浆工艺，水泥净浆灌注，浆液应搅拌均匀并过筛，随拌随用，浆液应在初凝前用完，注浆水灰比0.5，囊内注浆体设计强度≮20 MPa。

3.2 支护结构验证

为进一步验证压力型扩体桩锚支护体系的合理性，基于Plaxis2d有限元软件建立横断面尺寸为50 m×25 m的2D模型，分析基坑的安全性及变形是否满足要求。见表1-表2和图4。

支护侧壁结构最大位移处为桩顶附近主动土侧区域，位移30～32 mm；坑内土层呈回弹变形状态，最大回弹量为47.5 mm。

对模型中结构整体内力进行分析。见图5。

结构体系中，扩体锚桩产生162 kN的拉力；连板的最大剪力和最大弯矩位置均为连板与支护桩刚接处，最大剪力和最大弯矩分别为166.4、522.7 kN/m；支护桩的最大剪力和弯矩分别为218.3、548.4 kN/m。

支护桩水平位移及总位移＞30 mm；坑外供水管周边土体最大为25.2 mm，小于供水管控制位移30 mm。

4 应用效果

支护桩桩顶水平及竖向变形总体控制在13 mm以内。见图6。

5 结论及建议

相较于常规支护结构方案，压力型扩体桩锚支护体系在项目实施过程中，体现了多个方面的优势：

1）较好控制了周边地面及供水管等重要地下管线的变形；

2）施工工序相对较为简单，基坑作业面较大，无常规内支撑施工及拆撑换撑工序，施工过程相对安全，无分层施工步骤，极大地加快基坑施工速度；

3）基坑支護结构施工速度较快，无内支撑结构，方便基坑土方开挖与出土、地下室结构施工；

4）不同于常规水平锚杆、预应力锚索的水平设置，新型压力型扩体桩锚为垂直打入，不需要突破红线、不会打入到邻近建构筑物基础下方，对于禁止锚索超过红线的城市具有较大的技术优势；

5）与采用常规内支撑排桩或桩锚方案相比，本项目基坑造价减少约21%～37%，优势明显。

应用新型压力型扩体桩锚支护体系时，仍需注意以下事项：

1）当基坑顶部荷载较大时，基坑监测变形急剧增加，因此需严格控制基坑顶超载或动荷载；

2）当坑底土体较软弱时，可能较容易发生变形，对深厚填土、淤泥质土等地层应用需进一步论证和试验；

3）压力型扩体桩锚支护体系为新型工艺，扩体锚桩的成桩质量关乎着基坑安全稳定性，对施工施工水平有较高要求。

参考文献：

[1]木林隆，朱孟玺，黄茂松，等.基于临近桩基保护要求的基坑变形控制指标研究[J].岩土工程学报，2021，43（3）：465-470.

[2]焦宁，丁建文，吉锋，等，土岩复合地层中深基坑开挖对邻近管线变形影响分析[J].东南大学学报，2022，52（2）：229-236.

[3]钱明.双排混凝土灌注桩基坑支护的数值模拟分析[J].岩土工程学报，2014，36（S2）：136-139.

[4]郑刚，王玉萍，程雪松，等.基坑倾斜桩支护性能及机理大型模型试验研究[J].岩土工程学报，2021，43（9）：1581-1591.

[5]宫凤梧，刘晨，郭文娟，等.双排桩双梁组合支护刚度计算的改进与位移分析[J].水文地质工程地质，2022，49（1）：109-116.