桩-锚支护结构在某深基坑支护工程中的应用

颉冰丹 (甘肃红鹭项目管理咨询有限公司，甘肃 白银 730900)

桩-锚支护技术的发展与完善，为各地区深基坑支护提供了新思路，桩-锚支护是一种将排桩与锚索（杆）结合在一起的新型支护模式，利用锚索（杆）的作用将土体土压力转化为稳定的岩土，使排桩在锚索作用下不发生变形，以减少排桩埋深，提高支护效果。在高层建筑结构中，结构的楼层数量、高度在持续增加，因此，为了建造出坚固的建筑基础，就必须要加大基础的埋深，与之相对应建筑基坑的开挖范围、深度也会越来越大。特别是随着城市化进程的推进，很多老旧建筑被推倒，一座座高楼拔地而起。在此背景下，我国已逐步开展了基坑工程的相关研究，并面临着诸多的难点与挑战，为避免基坑开挖对周边构筑物结构的稳定性造成影响，本文将基于桩-锚支护结构的应用，开展基坑支护施工的研究，从而控制基坑施工中周边建筑物的不均匀沉降，实现对基坑工程项目施工的规范化。

1 桩-锚支护结构在深基坑支护工程中的应用

1.1 水泥土搅拌桩施工

为实现对深基坑的支护，引入桩-锚支护结构施工工艺，首先完成对水泥土搅拌桩的施工。在施工前，需要使用深层搅拌桩基进行钻孔，再向空洞中喷浆搅拌土体。按照“放线→定位→浆液配制→送浆→钻进→提升喷浆→反复搅拌→反复喷浆→插入加筋材料→位移”的步骤进行具体的施工作业。移动旋喷式搅拌器至指定位置，调整中心位置[1]。在地表起伏较大的情况下，必须对四条支腿的高度位置进行调整，以保证井架竖直度在设计值之内。通常情况下，对中误差在20mm以内，搅拌轴垂直度偏差在1.0%以内。

在配制浆液时，将水泥浆液的配合比设置为水泥:水=1:0.6～0.7。在使用水泥砂浆前必须充分搅拌，在确定搅拌均匀的情况下才能够使用。为解决水泥和易性问题，可在浆料制备中适量添加微量外加剂。在送浆之前，先将配制好的水泥浆进行过滤，然后将滤出的水泥浆注入储浆槽，开动灰浆泵，将水泥浆送至搅拌头。在泥浆从钻头中喷出的时候，立刻启动桩机搅拌头，并使用向下旋转的方法来搅拌。将搅拌头由桩头反向旋转，使搅拌速度均匀，不断将水泥浆喷到地上[2]。确定泥浆从钻头中喷射出来后，再次启动搅拌器，将泥浆往上提起搅拌器，不断喷射。同时，时刻监控灌浆压力，及时修补灌浆缺陷，保证灌浆质量。当达到了设计的桩长度或者水平时，应当在现场对浆液进行喷射并搅拌30s[3]。在完成上述操作后，重复钻进搅拌和提升搅拌喷浆的操作，最后插入20b 工字钢。在成桩结束后，需要将钻孔周围的杂物清理干净，并将桩机移到另一个桩位，重复上述操作步骤完成对另一水泥土搅拌桩的施工，直到完成所有水泥土搅拌桩的施工为止[4]。在施工过程中，为了确保施工质量，应严格按照表1 记录的要求进行。

表1 水泥土搅拌桩施工要求

1.2 斜向加筋水泥土锚体施工

在完成对水泥土搅拌桩的施工后，开展斜向加筋水泥土锚体施工，以此使桩-锚支护结构具备完整性。图1为斜向加筋水泥土锚体施工基本流程。

图1 斜向加筋水泥土锚体施工流程图

按照图1 所示流程开展锚体施工。在第一层土方开挖前，需要提前半个月进行井点降水，控制水位低于基坑底0.5m，配合相关部门，确保基坑表面施工顺利进行。根据设计图，基坑一层标高为18.50m（高程），或根据具体情况进行适当调整。定位放线时锚体的位置一定要根据桩轴线和高程引测点来对其进行测量，而且在开始施工之前，还需要对其进行再次检验[5]。钻孔之前，将钻机安装在所有孔位之上，并使钻头与孔位的中心对准，确保钻孔符合设计要求，然后再进行水平校正，确保锚体与桩结构围护墙的角度一致。可使用岩芯钻头在设计位置开孔，钻进的角度应当与锚体的角度相同[6]。钻进时需要穿透水泥土搅拌桩，避免斜向锚杆施工需要二次引孔，确保施工进度。

在成锚时需要严格按照下述要求进行控制：在水泥浆配制之前，先在水泥浆罐内放置一把标尺，以便根据计算出的水量进行精确计量。煤灰用量根据设计煤灰用量计算。配制好的浆料不能出现离析、超滞现象，要及时喷洒。锚体施作点确定后，装置安装到位，钻杆所处的垂直面与支护桩壁垂直，钻杆所处的水平方向与支护桩壁的角度应根据设计图纸确定[7]。在完成对锚索的安装后，带浆喷进，将其压力控制在5MPa～35MPa范围内。在喷孔施工时，尽量避免用清水冲洗，并保证在施工前将所有的水排出。第一次射流沉降时，应根据地层的软硬程度选用合适的射流压力（如遇硬质地层，无法沉降，可预先钻孔），一般为5MPa～20MPa，沉降速度不得大于100cm/min，并根据施工过程中返浆的具体数量，调节射流速度，确保射流的连续均匀。挖掘的深度必须符合设计要求。

1.3 基坑降水与排水

在完成上述施工任务后，采用管井进行降水，确保基坑内无积水。结合深基坑的基本构造，确定用水量[8]。图2为深基坑的基本构造。

图2 深基坑基本构造简图

基坑涌水量计算公式为：

式中Q代表深基坑涌水量；l代表过滤器长度；s代表深基坑水位降深；b代表深基坑距离水源的位置；r0代表深基坑的等效半径。

对于管井单井的出水量可以结合下述公式计算得出：

式中q代表管井单井出水量；rs代表管井的过滤器半径；K代表管井过滤器周围含水层的渗透系数。

施工过程中，根据计算得出的结果确定管井、观测井的数量。可根据施工现场的实际地形条件，对管井的位置进行调整，管井应当避开水泥土桩锚。

2 工程应用

2.1 工程概况与基坑所在土层参数分析

试点工程为超高层建筑，建筑地下室与地下设备用房设计层数为4层，为保证工程项目施工符合技术规范，设计地下建筑基础结构为筏板结构。建筑塔楼部分对于的岩层为持力层，设计正负零的绝对标高对应500.23m，基坑最大开挖深度约为20m，根据施工方的现场测量，此基坑的四边周长为330m。

为确保工程项目的顺利实施，进行基坑工程项目所在区域土层参数的分析，具体内容见表2。

表2 基坑工程项目所在区域土层参数

考虑到此基坑工程在施工中会经过卵石层，为避免卵石层相关参数对工程施工造成影响，按照下述公式计算卵石层在施工中受到外界环境的影响（压缩），对应结构层的变形量。

式中Es代表卵石层在施工中受到外界环境影响时的变形量；E0代表卵石层原始压缩模量；β代表结构承载力。

其中，β属于未知参数，计算公式如下：

式中μ代表卵石层土体的泊松比，通常情况下，此结构层取值为0.22。

2.2 基坑桩截面配筋设计

在上述内容的基础上，对桩-锚支护结构的应用展开设计，设计前应明确基坑的设计信息，具体内容见表3。

表3 基坑设计信息

参照表3内容进行基坑桩截面配筋设计，设计内容见表4。

表4 基坑桩截面配筋设计

2.3 支护结构抗倾覆稳定性检验

施工完成后对结构中的桩-锚进行抗倾覆稳定性检验，抗倾覆稳定性系数计算公式如下：

式中ξ代表支护结构中桩-锚的抗倾覆稳定性系数；Mp代表支护结构中支点结构对桩底部的抗倾覆弯矩；Ma代表支护结构土侧弯矩值。

根据工程项目施工要求，支护结构中桩-锚的抗倾覆稳定性系数应大于1，如计算结果ξ大于1，说明施工后支护结构可以在深基坑中发挥预期效果；反之如计算结果小于1，说明施工后支护结构无法在深基坑中发挥预期效果。以此为依据进行工程项目中支护结构抗倾覆稳定性的检验，检验结果如图3所示。

图3 工程项目中支护结构抗倾覆稳定性的检验

2.4 变形监测

在上述内容的基础上进行桩-锚支护结构应用后的变形监测，设计监测点的布置方式，如图4所示。

图4 变形监测点布置方式

从图4 可以看出，监测点共9 个，监测点的报警值为竣工后30d测点变形值大于30mm，以此为依据，对测点进行连续30d 的监测，监测后汇总监测点的变形值，见表5。

表5 基坑支护监测点变形值汇总

3 结语

（1）根据图3工程项目中支护结构抗倾覆稳定性的检验结果，所有用于支护的桩-锚结构抗倾覆稳定性系数均大于1，说明支护施工效果良好。

（2）根据表5 基坑支护监测点变形值汇总结果可知，#1～#9测点的变形值在30d后均未超过30mm，说明工程项目在完工后并未发生变形预警，即项目施工后可以达到验收标准。