桩锚支护在CFG桩复合地基深基坑工程中的应用

姚泽熙

（深圳市工勘岩土集团有限公司，广东 深圳 518000）

0 引言

城市化进程的加快进一步加剧了人地矛盾，高层化和大体量建筑的发展使深基坑工程的数量不断增加[1-2]。在深基坑施工的过程中，需要做好基坑支护工作，常见的基坑支护体系包括支挡式结构、重力式结构和土钉墙结构等，不同结构有不同的优势和适用范围。桩锚支护是一种复合式支护结构，可以保证基坑内部施工空间充足，提高施工效率和施工质量，降低工程成本造价，在深基坑工程中得到了广泛应用。

1 工程概况

某工程项目为综合性建筑，包括住宅楼、商业街、办公楼以及地下停车场，总占地面积约为1.5万m2，基坑最大开挖深度18.2m，平均开挖深度14.3m。在施工场地一侧，存在已经施工完成的住宅楼，包括地下1层和地上14层，采用CFG桩复合地基，桩体布设的间距均为1.6m。

结合工程现场勘察情况分析，施工现场土层自上到下依次为填土层、沉积层、黏土层和细砂层，地下水分布状况见表1。

表1 施工区域地下水分布情况

2 实践应用

2.1 方案设计

当设计基坑支护方案时，应该在保证技术先进、安全可靠和经济合理的前提下全面考虑各个方面的影响因素，确保设计方案能够适应施工现场的实际情况。在该工程中选择支护桩配合内支撑方案[3]，基坑的施工周期约为250d，主体施工环节需要逐层拆除内支撑，导致结构施工延后约50d，对工程项目的交付期影响较大；选择桩锚支护方案可以避免土方、结构和支护交叉作业的情况，能够切实提高施工的效率和质量，确保按期交付并降低成本造价。在该工程中，由于场地净空间的影响，锚杆的长度受到限制，因此需要穿过既有建筑的基础，对施工角度控制有较为严格的要求。

在经过综合对比分析后，调整了原本的桩锚支护方案，采用了上部土钉墙配合下部桩锚支护的形式，在桩间设置相应的旋喷桩来止水，在基坑相应位置，设置用于降水的疏干井。

现有建筑地基南北侧存在错位情况，错位高度0.7m，为了保证支护效果，适当增加锚固体的直径，从原该设计的180mm增加到了220mm，适当缩短了锚杆的长度，确保当锚杆在穿越既有建筑基础时，长度能够被控制在CFG桩方形布设区域内，要求不存在错位情况[4]。基坑支护结构平面如图1所示。

图1 基坑支护结构平面（单位：m）

2.2 结构计算

当计算基坑支护工程的结构时，使用了RSD V3.0软件，将该软件与理正深基坑软件7.0PB5相互配合，可以保证计算的效率与准确性。对照工程的实际情况来确定关键剖面的安全等级，其中桩锚支护剖面安全等级须达到1级，高低台剖面的安全等级须达到3级。

一方面，需要确定锚杆穿越CFG桩地基的剖面形式。当锚杆穿越CFG桩时，采用了上部土钉墙配合下部桩锚支护的形式，结合内力计算结果，桩身和桩顶的最大水平位移分别是37.7mm和13.1mm，最大正弯矩为879.8kN·m。利用圆弧滑动条分的方法计算整体滑动稳定性，得到的抗滑稳定安全系数为1.39，能够满足相关规范的要求。

另一方面，需要确定桩锚两级边坡剖面形式。在工程南侧，汽车坡道槽底标高与地下3层的高差为4.2m，与地下4层的高差为6.4m。结合支护结构内力计算结果分析，一级边坡桩身最大水平位移为12.8mm，桩顶最大水平位移为10.2mm，最大正弯矩为340.1kN·m，二级边坡桩身最大水平位移为13.4mm，桩顶最大水平位移为3.6mm，最大正弯矩为200.6kN·m。

边坡本身的抗滑稳定安全系数数值为1.41，能够满足相关规范的要求。在完成相应的基坑支护体系施工作业后，检测基坑的抗隆起安全系数，其在基坑底部和40m左右深度位置的数值分别为1.862和18.063，满足设计标准的要求[5]。

2.3 支护施工

2.3.1 支护桩

结合工程的实际情况，支护桩的施工没有采用常规的钻孔、钢筋笼设置和混凝土浇筑的形式，而是先通过长螺旋成孔，浇筑混凝土，在混凝土完成初凝前，将钢筋插入其中形成桩体。为了确保当锚杆穿过CFG桩时不会遇到阻碍，在南侧区域，支护桩采用与既有建筑CFG桩平行布设的方式并与CFG桩的布设间距相同，在施工过程中，须做好放线工作，控制偏差情况，对照相应的基准点和平面图确定好每根桩体的中心坐标，利用全站仪依照坐标点位来确定施工位置，在桩基就位后[6]调整钻杆，对准点位且保持垂直，然后进行钻孔操作，达到设计深度后，一边向上拔出钻杆一边灌注混凝土浆液，最后将预制好的钢筋笼放至桩孔中成桩。钢筋笼制作环节可以采用加劲箍成型方法来控制钢筋的位置和角度。施工人员需要切实做好施工质量管控，要求混凝土坍落度须在180mm～220mm的范围内，保证混凝土灌注的连续性，须在混凝土完成初凝前灌注完毕，超灌厚度不能低于0.5m。在支护桩施工完成后，由专业机构通过抽样检测的方式依照20%的抽样比对桩体进行低应变动力检测，结果显示，所有抽检桩均为Ⅰ类桩[7]。

2.3.2 锚杆

采用预应力锚杆体系，锚杆需要穿过既有建筑的CFG桩复合地基，为了避免对其产生扰动，需要将角度偏差控制在1.9°以内。在具体施工环节，施工人员须检查钻机的位置，调整可能存在的角度偏差，这是决定锚杆是否可以成功穿越的关键因素。施工人员应该结合现有的基准点和基坑支护结构图得到所有锚杆的实际坐标数据，利用全站仪等设备来设置控制点，配合拉线的方式，在锚杆理论延长线方向上形成相应的投影，要求调整钻机的位置，使其钻杆、钻头都能和延长线投影重合，保证锚杆角度的准确性。

选择42.5标号的水泥进行注浆，将水灰比控制在0.5。在完成清孔作业后插入注浆管进行注浆，在整个注浆施工的过程中注浆管口不能露出液面，如果发现孔口位置出现了水泥浆溢出的情况，可以停止注浆。在注浆后，如果发现液面出现了下降的情况，需要做好补浆工作，这样能够最大限度地保证注浆作业的质量。在拔出注浆管之后，施工人员需要初步检查注浆效果，确认不存在任何问题后可以安装锚杆，设置二次注浆管，在杆体上对注浆管进行固定。在锚杆固结强度达到设计要求的等级（5MPa）后，施工人员可以借助二次注浆管实施劈裂注浆，等到锚杆固结强度超出设计要求强度的75%之后，可以借助千斤顶进行相应的张拉和锁定。在锚杆施工完成后需要通过抽样检测。实施抗拔承载力检测，抽样率不低于锚杆总数的3%。检测结果表明，锚杆的抗拔承载力均达到设计标准。锚杆的U-δ曲线如图2所示。当锚杆长度为24m时，其最大位移量和最大回弹量分别为32.12mm和5.88mm。

2.4 施工监测

考虑深基坑工程施工中的影响因素较多，为了保证施工效率和施工质量，对基坑支护结构和周边建筑进行了监测，通过深入分析监测数据明确了在基坑开挖施工过程中周边既有建筑以及支护结构的动态变化，对异常数据，需要分析其出现的原因并及时采取措施，保障施工安全。

2.4.1 基坑监测

基坑监测的内容包括坡顶水平位移监测及沉降监测、桩顶水平位移监测、桩身水平位移监测和地下水位监测等。对照该工程的实际情况，基坑已经完成了回填工作，在整个施工过程中，所有监测点的数据均无异常，能够满足相关标准及规范的要求。从基坑开挖到底板浇筑完成之后约28d，基坑的沉降会基本趋于稳定，支护结构的沉降量（图2）平均值为12.36mm，最大沉降值为29.66mm；支护结构水平位移分为两种，一种是向内侧位移，最大位移数值为17mm，另一种是向外侧位移，最大位移数值为1.8mm。

图2 锚杆U-δ曲线

2.4.2 建筑监测

当监测既有建筑时，主要的监测指标包括总沉降、倾斜变形和沉降速率等，须将沉降控制在20mm以内，如果沉降超过16mm，须停工处理；建筑整体的倾斜变形最大值不能超过0.15%，沉降速率不能超过2.5mm/d。建筑监测从基坑开挖开始到沉降稳定结束，在整个监测周期内，建筑的最大沉降值为-15.33mm，最大倾斜率为0.049%，满足相关规范要求。

2.5 地基验收

从保证工程施工质量的角度来看，在完成施工作业后，须做好相应的验收工作。在验收环节须检测CFG桩的强度、完整性以及单桩荷载等，确保相关参数能够满足设计施工方案的要求。

2.5.1 强度检测

在强度检测方面，为了避免破坏已经施工完成的桩体，须提前做好试块的制作。结合工程的实际情况采用了同养试块，即在施工现场采用与桩体同样的养护条件，养护周期应该控制在14d～60d。当检测强度时，强调以标准养护同时龄期为28d的试块抗压试验结果作为准确结果，每组试件设置3块标准试块。检测结果表明，试块的强度为21.5MPa，能够符合设计标准的要求。

2.5.2 完整性监测

借助PIT检测仪配合低应变法来检测CFG桩身的完整性和桩长。在现场测试环节，需要在距离CFG桩心2R/3位置放置传感器，保证其安装位置准确，确保常感器与桩头平面垂直，使用特制锤子敲击桩顶，检测仪会采集和存储桩身的反应曲线，之后借助专业的计算机软件进行计算和分析。在该工程中，一共测试了200根桩基，其中Ⅰ类桩（桩身完整）135根，Ⅱ类桩（桩身存在轻微缺陷，不影响承载力发挥）65根。

2.5.3 荷载检测

在荷载检测中，采用1.24m直径的圆形钢板向桩体施加荷载，配合压重平台反力装置提供试验需要的荷载，具体方式为逐级加载分级卸载。荷载的最大加载量不低于设计复合地基设计要求压力数值的2倍，将荷载分为8级进行逐级加载。在实际操作环节中，要求压重在检测前能够一次性加足并均匀放置到平台上，压重平台支墩与桩中心的距离不能小于3m。当卸载时，依照最大荷载分5级进行，每次卸载1级，以30min为间隔来测量回弹量，等到全部荷载卸载结束，间隔3h来测量总回弹量。试验结果显示，测量的20个试验点地基承载力特征值的极差均未超过平均值（0.32MPa）的20%，可以选择平均值作为单桩复合地基承载力特征值。

2.5.4 应力比检测

地基验收需要检测不同荷载作用下的桩土应力比，该项检测可以与荷载检测同时进行。结果显示，在复合地基中，CFG桩始终承担大部分荷载，桩间土承受的荷载较小。当荷载增大时，桩间土承担的荷载比例会逐渐增大，桩土应力比随之增大，当超过临界值（700kN）时，桩土应力比会减少，最终稳定在20～27。

3 结语

结合该工程的实际情况，为了确保工程能够按期交付，在保障基坑和周边建筑安全的前提下，选择了上部土钉墙配合下部桩锚支护的方案，在施工中成功应用，取得了较为理想的结果。通过对其进行总结得出结论如下：1）在设计方面，支护桩与CFG桩保持平行且间隔一致，适当增大锚固体的直径，控制锚杆长度，避免锚杆深入CFG桩错位和交叉区域；2）在施工方面，须确定支护桩的位置，控制锚杆施工角度偏差，这是锚杆顺利穿过CFG桩复合地基的关键点。结合该工程的实际情况分析，利用现有的桩位点对支护桩进行施工，利用支护平面图以及对应的基准点对锚杆进行施工，确认所有锚杆的桩边坐标，构筑理论延长线方向投影，最大限度地保证钻进效果，严格控制锚杆水平角度偏差；3）在竣工阶段做好施工验收工作，检测桩体强度、完整性以及单桩荷载，结果表明，CFG桩复合地基的施工质量可以满足工程设计施工方案的要求。