锚杆挡墙支护技术在深基坑的应用和设计研究

福建建设科技２００６．Ｎｏ．４　■地基基础　锚杆挡墙支护技术在深基坑的应用和设计研究　郑敦清（福建省公路管理局　福州［提３５０００４）　要］　在对锚杆挡墙的施工方案优化设计的基础上，提出非预应力多锚式逆作法钢筋混凝土锚杆挡墙支护方案、注意　事项及变更措施，并对设计效果进行分析和总结。　［关键词］　深基坑支护技术锚杆挡墙设计要点　Ａｂｓｔｒａｃｔ￣Ｔａｋｉｎｇ　ｒｅａｌ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ａｓ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ，ｎａｍｅｄ　ｎｏｎ—ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｅｈｏｒ　ｒｏｄ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｗａｌｌ，ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ—ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｍｅ，ｓｏｍｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐｏｉｎｔｓ　ｔｈａｔ　ｍｕｓｔ　ｂｅ　ｐａｉｄ　ｍｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｔｏ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｕｎｄｅｄ．Ｔｈｅ　ｇｏｏｄｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａｎａｌｙｓｅｄ　ａｎｄ　ｓｕｍｍａｒｉｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌａｓｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｃｈｏｒ　ｒｏｄ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｗａｌｌ，ｄｅｓｉｇｎ　ｐｏｉｎｔ　随着市场经济的蓬勃发展，城市建设步伐不断加快，东南　近，且地质复杂。距基坑东侧仅５．８ｍ处即８一ｌＯｒｅ高乱毛石　沿海城市土地资源日益紧张，房屋建设密集度加大，使得基坑　贴坡，坡顶系水沟和汽车道；南侧ｌＯｒｅ外为五层职工住宅；北　工程呈现出紧（场地紧凑）、近（与周边建筑物距离近）、深、大　侧８ｍ处为５ｍ高毛石挡墙，顶上四层民房。场地大量残积　的特点。深基础施工是大型和高层建筑施工中极其重要的环　土，高沙率富含水，稍不慎就可能土坡失稳道路房屋塌陷，有　节，而深基坑支护技术则是保证深基础顺利施工的关键。　极大的安全隐患。　深基坑支护有多种方式，国内大致有地下连续墙排柱支　２设计方案选择　护、水泥搅拌柱、喷锚网支护、逆作法与半逆作法施工、环形支　我们知道，深基坑支护结构的主要作用是挡土以使基坑　护结构等等，各有长短；近年来出现的锚杆挡墙支护技术是较　开挖和地下室施工安全顺利进行并确保不对临近建筑和周边　实用的一种。它作为一种先进的支护加固技术，实用于岩土　环境产生危害。其基本要求是：（１）技术先进，结构简单，受　质高边坡和大跨度地下工程及不良地质条件，在国内外应用　力可靠，保持基坑四周边坡稳定，不因土体的变形、沉陷、坍塌　广泛。我省较多在南平地区使用，做地面以上挡墙、护坡，效　或位移而危及工程施工。（２）通过排水、降水、截水等措施，　果很好。有施工方便，造价经济，工期短等优点，倍受青睐。　使基础和地下室施工在无水状态进行。（３）减少投资，缩短　但深基坑支护使用却是一种新的尝试，尤其在福州地区因地　工期，便于机械化施工提高效率和保护环境。　质情况缘故较为罕见。　原设计方案为１　１—１４ｍ长　９００桩径的冲钻孑Ｌ灌注桩围　本文试以我局某中心大楼基坑支护工程设计为例，介绍　护，大直径混凝土格构环梁支撑组合。这是一种通常作法，它　在基坑开挖可能对周边建筑和环境产生不利影响的地区支护　比较稳妥、安全，设计简单。但其支撑阻隔使得机械化开挖比　结构的选型、计算和动态优化设计过程，分析和总结在福州建　较困难，地下室外墙与水平钢筋混凝土支撑结构交接处防水　筑密集区使用锚杆挡墙支护技术的设计要点及效果，以资参　抗渗问题不易解决，支护后凿除钢筋混凝土水平支撑工作量　考。　很大，所以工期长（约４个月）、造价高（预算２５０万元）、施工　１工程概况及地质条件　难度较大。　我局某中心大楼为地面九层，地下一层。地下室层高５．　锚杆挡墙支护是通过在岩土体内施工一定长度和分布的　２　ｍ，基坑东西长５５ｍ，南北宽２１ｍ，开挖深度６．６　ｍ。建设基　锚杆，与岩土体共同作用形成复合体，弥补岩土体强度不足并　地位于通往金鸡山公园干道东侧，场地处山边坡谷，经钻孑Ｌ勘　发挥锚拉作用，使岩土体自身结构强度潜力得到充分发挥，保　探揭示场地基岩面起伏变化较大，地质情况比较复杂。场地　证边坡的稳定。而坡面设置钢筋网混凝土挡墙，起到约束坡　土自上而下依次为：①为杂填土（主要为含砂砾粘性土），层　面变形的作用，使整个坡面形成一个整体。其主要特点是：结　厚１—４．３ｍ，Ｃ＝１５ｋＰａ，‘ｐ＝２５。②坡积粉质粘土，层厚２—９．　构简单、承载力高、安全可靠、可用于多种土层，适应性强、施　８ｍ，Ｃ＝３５ｋＰａ，‘ｐ＝１５　３。；⑧粗沙混淤泥，层厚１．９—３．５ｍ（局　工机具简单，施工灵活、污染小，噪声低，对周围环境的影响　部分布），Ｃ＝１６ｋＰａ，‘ｐ＝５。；④粉质粘土，层厚１　８ｍ，Ｃ＝１４．　小；更重要是它可与土方开挖同步进行，不占用绝对工期，不　３ｋＰａ，‘ｐ＝５．２。；⑤残积沙质粘土，层厚２　５—２０．５ｍ；Ｃ＝　需要打桩，支护费用较低。　１４ｋＰａ，‘ｐ＝２４。。各处杂填土与残积土分布界面为坡状，极不　综合考虑各种因素，分析不同支护方式的优缺点，从经济　均匀。地面以下ｌＯｒｅ内，西区表层１—４．２ｍ杂填土，余为坡　合理角度经多方位技术论证，决定采用非预应力多锚式逆作　积黏土，东区表层１—２．４ｍ杂填土其余为残积土。据地质勘　法钢筋混凝土锚杆挡墙支护方案。　察报告可知，该土层富水性较弱，杂填土渗透性较好，但出水　３锚杆挡墙支护设计及施工工序方案　量较少，仅靠大气降水和生活污水补给。场地地下水属潜水　３　１内力与位移计算　型，平均埋深１　３ｍ～２　５ｍ。　本工程基坑支护设计采取锚杆与挡墙结合，近似于地下　它的突出问题在于受地界局限，基坑与周边建筑过于靠　多锚式连续墙结构的形式，其内力计算，文①考虑整个施工过　程及锚杆变形与拉结、支撑力作用的关系，使用通常有限元的　收稿日期：２００６—０４—１８　数值方法来分析，作了较为系统的总结和论述。但这种方法　维普资讯 http://www.cqvip.com

■地基基础　福建建设科技２００６．Ｎｏ．４　裂缝、地下水变化、土的孔隙水压力变化等进行综合监测，以　偏于复杂繁琐，设计中不大适用。因此采用在文②的横向荷　载下，桩、土共同作用简化计算方法的基础上，考虑逐步加锚　和逐步开挖过程的土、墙、锚杆共同作用的简单增量计算法　（文③）　这种内力和位移的计算简单、方便，结果也证明是　合理的。　３．２设计参数及设计简述　本工程设计标高相当于罗零标高１２．４５０ｍ。原自然地面　为罗零高程１１．９８ｍ；墙背岩土的物理力学指标根据工程地质　报告为坡积粉质黏土或残积沙质粘土，其设汁参数为，粉质粘　土　＝１４．３。，Ｃ＝３５．２ｋＰａ，ｒ＝１９．３ｋＮ／ｍ　；沙质粘土　＝２４。，　ｃ：１４—２０ｋＰａ，ｒ＝１８．５ｋＮ／ｍ　。设计锚杆从坡顶自上而下竖　向３排（局部四排），锚人墙背深度稳定土层内。锚杆水平向　下倾角为ｌ５—３０度，杆径Ｄ＝１３０ｃｍ，杆长１０，３６５—１５，　３６５ｍ，水平距≤２．４ｍ，杆体１—２根直径为２０—２５的螺纹钢　点焊成束，蝶型锚头，沿杆体轴向每２ｍ焊对中的船型支架。　锚孑Ｌ注浆时内掺１．５％水泥用量的三乙醇胺早强剂，锚管注　浆应严格控制注浆压力，一般土层应＞０．８ＭＰａ，在砂层控制　在０．５—０．８ＭＰａ。挡墙厚２００ｃｍ，墙肋为３００￥４５０ｃｍ，Ｃ２０　混凝土现浇板；　为确定锚杆极限承载力和获得各土层与锚固体问粘结强　度ｑｓ值，检验砂浆锚杆在本基坑土层中的抗挤能力，在基坑　边选择残积土层厚度较大，含水量较高的三个相对不利部位　各设置一砂浆锚杆即ＭＧＤ、ＭＧＥ、ＭＧＦ进行现场抗拉拔试　验：试验的砂浆锚杆外径均　１３０，长度选择１４．３ｍ，１４．３ｍ，　１０．３ｍ；自由段设计长度６ｍ，６ｍ，５ｍ，锚固段长度８ｍ，８ｍ，５ｍ，　杆体材料为２￥２５，２￥２５，１￥２５　Ｕ极带肋钢筋，实测单筋直　径为２４．６ｍｍ，屈服点为４７５Ｎ／ｍｍ　。试验结果各杆极限承载　力为ＭＧＤ：２５９　ｋＮ／ｍ，ＭＧＥ＝１３３　ｋＮ／ｍ，ＭＧＦ＝１５２ｋＮ／ｍ；土　体与锚固体间粘结强度值为粘性土５０ｋＰａ，残积沙质粘土　１１０ｋＰａ。　３．３施工工序说明　深基坑支护系统的设计是一个相当复杂的系统工程，除　支护结构设计之外，还包括止水降水措施、施工组织、工程监　测及应急方案等内容，影响因素众多。锚杆挡墙支护设计与　建筑物设计不同，其具有很多不可知性和风险，因此要求设计　文件还必须着重对施工程序及每一环节工序应该注意事项加　以详细说明。　该基坑总高为６．６ｍ，挡墙高６．５５ｍ，其基本施工程序为　自上而下，逐层分段间隔施工，沿高度一层锚杆作为一个施工　段，每个施工段完成全部工序后方能进入下一层锚杆施工。　土方开挖从标高一０．５米开始往下分三层：①用勾机开挖０、５　２．５ｍ土层，②开挖２．５—４．７土层，③开挖４．７—６．６土层；　为保持土坡稳定采取间隔跳挖施工即分段（控制在ｌ０米左　右）挖一块隔一块再挖，间隔距离为两个肋的间距即４．８ｍ。　钻孔选择浙江产的ＸＹ一１型机具三台同时工作，清水洗孔出　渣后要立即插筋、插筋时要求锚杆顺直除锈按设计角度人孔、　ｑｂ３０浆管随锚杆人孔底１００—２００空隙，浆泵高压注浆，浆管　随拔随灌，管口不得离开砂浆。修坡时有大凹陷ｅ２０素混凝　土填补，基层４０厚１：２浆喷射加固，２４小时后扎墙板筋（板　每层高２，２ｍ），预埋溢水管、支模，墙肋板和锚杆端节点同时　现浇混凝土。　４设计要点和设计变更　４．１监测预警要求　支护设计文件要特别说明监测要点和监测报告送审要求　以及基坑失效预警指标。设计文件要明确在支护全过程对支　护结构、周边环境的位移、倾斜、沉降、应力、开裂、隆起、变位、　实测数据的反分析修正土的物理力学参数、预测下一步施工　可能出现的情况，预报险情。　本设计要求必须至少在基坑挡墙顶设置２０个水平位移　及沉降观测点，在周边构筑物设沉降观测点ｌ２个；为了测土　体深层位移，还要求另外加设三根测斜管。观测频率规定，墙　顶水平位移及沉降观测至少３２次，周边构筑物沉降观测３６　次，并且要及时提供中间报告。强调在支护结构水平位移速　率呈增大趋势，即当每天位移大于等于２．５ｍｍ时，水平位移　累计达到设计容许值时；邻近地面及建筑物沉降、倾斜、差异　沉降、水管及其它管线变位错位达到３０ｍｍ设计允许值时必　须发出预警，确保支护施工安全。　４．２沉降和水平位移监测结果　根据周边构筑物沉降观测结果，南方向职工住宅测点Ｇｌ　、Ｃ２总沉降量仅为８．５ｍｍ和６．７ｍｍ；北方向靠近民房的挡墙　坡顶测点Ｃ６、ＣＩＯ沉降总量最大达到１３ｍｍ，但都未对建筑物　安全构成影响且其后沉降稳定。挡墙顶垂直基坑方向最大水　平位移出现在１４＃，１５＃点，分别达到１２５ｍｍ和１０４ｍｍ，此外５　＃、６＃、７＃、１６＃点位移分别为５６ｍｍ、６３ｍｍ、４３ｍｍ、４０ｍｍ，都超　过３０ｍｍ预警值。这些情况主要出现在开挖前期，经及时调　整施工方案后，位移得到控制趋于稳定。　４．３应用条件和应变　必须注意锚杆挡墙技术在深基坑中的应用是有条件的，　它要求锚杆锚固在具有可靠锚固力的稳定土层。如果碰到锚　杆段单位面积上的摩阻力极低的松散土层和淤泥层是绝对不　可以作锚固层的，施工时就应适时调整和变更采用其它支护　方式。以本工程实例看，由于东侧、南侧东段、北侧东段地下　水多，地面生活水渗透量大，土体自稳定性差，残积土流失严　重形成空洞，第二层施工人工修坡时出现严重塌方，呈剥蚀状　由外趋内发展，在第三第四层已经无法成孑Ｌ做锚杆情况下，就　对局部支护墙设计做出大幅度变更，改为顺作法钻孔排桩。　采用地质钻机成孔，桩径３５０，桩身用１：１水泥砂浆水下灌　注。桩长确定，若钻孔未达到设计深度，遇强风化层或坡积土　时，桩端必须进入该土层不小于１ｍ且桩底标高不大于　一８．６ｍ。及时的变更保证了施工的顺利进行。　５支护效果及评价　本工程基坑支护设计采用锚杆挡墙技术，通过施工实践，　在支护和后续整个地下结构施工期间，基坑支护结构稳定，周　边构筑物未出现任何异常情况，证明是安全和成功的。它还　节省了投资４５．６％（约百万元），缩短工期近半（一个多月），　具有良好的经济效益和社会效益。达到了福州市建委提出的　“积极推广应用新技术：对于深度较深，规模较大，周边建筑、　管线密集的工程鼓励采用地下连续墙支护和逆作法施工，努　力探索支护与主体结构合一，变形小，对周围环境影响小，安　全、经济的支护新技术”的要求，得到了有关方面的好评，为　沿海城市建筑密集型地区深基坑支护设计提供了一个新的借　鉴。　参考文献　（１）孙均、候学渊，《地下结构》（下册）第七章地下连续墙，科学　出版社，１９８８。　（２）Ｙ，Ｋ，Ｃｈｅｕｎｇ，Ｐｅｉｙａｎ　Ｌｕ，Ｙｕｅｔ　Ｔｓｕｉ，Ａ　Ｓｉｍｐｌｉｉｆｅｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｐｉｌｅ　Ｓｏｉｌ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　Ｌａｔｅｒｌａ　Ｌｏａｄｉｎｇ，Ｆｏｕａｈ　Ｉｎｆｅｍａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎ￣ｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｔａｌｌ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ，Ｖｏｌ，１，１９８８。　（３）杨广华陆培炎，《建筑结构》“深基坑开挖中多撑或多锚式地　下连续墙的增量计算法”．１９９４。