旋挖樁加預(yù)應(yīng)力錨索深基坑組合支護(hù)變形監(jiān)測(cè)與分析

王 鵬

中國(guó)二十冶集團(tuán)有限公司 上海 201900

旋挖樁加預(yù)應(yīng)力錨索組合支護(hù)形式適用于粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、細(xì)砂、卵石、泥巖等土層的工業(yè)、民用建筑和市政工程等基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，以及因地下結(jié)構(gòu)較復(fù)雜不便設(shè)置內(nèi)支撐且又不允許有較大變形的基坑支護(hù)工程。該組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)，主要通過旋挖樁來承擔(dān)支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載，以及用預(yù)應(yīng)力錨索代替內(nèi)支撐，即可控制錨固體的側(cè)向位移，又可改善施工條件。

1 工程概況

中國(guó)郵儲(chǔ)銀行金融后臺(tái)服務(wù)中心（一期）項(xiàng)目位于成都市高新區(qū)，總建筑面積為137388m2，地下室為3層，地上主樓為26層，裙樓為4層，采用框架—核心筒結(jié)構(gòu)形式。基坑開挖深度平均為-20.24m，局部最大埋深-25.64m，深基坑支護(hù)形式采用旋挖樁加預(yù)應(yīng)力錨索的組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2 工程地質(zhì)特點(diǎn)

根據(jù)四川省蜀通巖土工程公司地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)地主要地層為第四系上更新統(tǒng)沖積、冰水堆積粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、細(xì)砂、卵石和泥巖等土層，基坑開挖范圍內(nèi)的土層具體情況如下：

①素填土（Q4ml）：褐色，主要為粘性土，局部地段含植物根系，厚度0.5～2.0m。

②粘土（Q3al+fgl）：褐黃色，青色，以粘粒為主，含氧化鐵、鐵錳質(zhì)結(jié)核，見灰白色礦物質(zhì)。厚度2.4～9.7m，該層分兩個(gè)亞層，其中②1可塑狀，厚度0.8～5.4m；②2硬塑狀，厚度2.4～9.7m。

③粉質(zhì)粘土（Q3al+fgl）：褐黃色，以粘粒為主，次為粉粒，含氧化鐵、鐵錳質(zhì)結(jié)核。該層場(chǎng)地內(nèi)局部分布，厚度0.6～8.5m，該層分兩個(gè)亞層，其中③1可塑狀，厚度1.0～2.0m；③2硬塑狀，厚度0.6～8.5m。

④粉土（Q3al+fgl）：褐色，褐黃色，中密狀，稍濕～濕，由粉粒、粘粒、砂粒及云母碎片等組成，厚度0.5～5.4m。

⑤細(xì)砂（Q3al+fgl）：褐灰色，褐黃色，青色，稍密狀，礦物成分以石英、云母為主，該層場(chǎng)地內(nèi)局部分布，厚度0.5～3.0m。

⑥卵石（Q3al+fgl）：褐黃色，灰色、青灰色等雜色，稍濕～飽和，礦物成分以砂巖、灰?guī)r為主，粒徑一般2～20cm，卵石層孔隙間主要由細(xì)、中砂充填。層厚4.6～8.4m。

⑦白堊系上統(tǒng)灌口組泥巖（K2g）：紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，礦物成分以粘土礦物為主，次為石英、長(zhǎng)石等礦物質(zhì)，局部砂質(zhì)富集，巖層呈水平層理，基巖面近似水平，基巖面埋深16.6～17.8米，分為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化兩個(gè)亞層，其中強(qiáng)風(fēng)化亞層厚度1.5～2.6m，中風(fēng)化亞層厚度3.5～7.5m。

3 組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

3.1 旋挖樁參數(shù)

旋挖樁圍繞基坑環(huán)形布置，分為A-B段、B-C段、C-D段、D-A段， 共210根，樁號(hào)Z1～Z210，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)27.0m，其中嵌固段7.0m，樁徑1.2m，樁間距為2.5m，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。樁頂處設(shè)置冠梁一道，截面尺寸1200mm×1000mm，砼強(qiáng)度C30。

3.2 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)

A-B段旋挖樁在樁頂下-6.0m、-9.0m、-12.0m、-15.0m處上設(shè)四道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長(zhǎng)度分別為21.0m、17.5m、17.5m、13.0m。B- C段在樁頂下-6.0m、-9.0m、-12.0m、-15.0m處上設(shè)四道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長(zhǎng)度分別為19.5m、17.5m、17.0m、14.0m。C-D段在樁頂下-6.0m、-9.0m、-12.0m、-15.0m處上設(shè)四道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長(zhǎng)度分別為19.0m、17.5m、17.0m、13.5m。D- A段在樁頂下-5.5m、-8.5m、-11.5m、-14.5m處上設(shè)四道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長(zhǎng)度分別為21.0m、19.0m、17.0m、12.5m。錨索錨筋均采用5(4)（3）束Φs15.2的鋼絞線，錨孔直徑Φ150mm。

3.3 工程降水設(shè)計(jì)

采用管井降水，共布設(shè)29口管井，平均間距約18m，輔以明排。管井成孔直徑為φ600mm，井管內(nèi)壁直徑為300mm，外徑為360mm。抽水時(shí)含砂量監(jiān)控值≤1/10000。

3.4 樁間支護(hù)設(shè)計(jì)

基坑墻面樁間支護(hù)采用鋼筋網(wǎng)與噴射混凝土組成的鋼筋混凝土板式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)筋采用Φ8@200，通過Φ16鋼筋與冠梁及樁身作有效連接。噴射混凝土采用干性配合料，強(qiáng)度等級(jí)為C20，采用PC32.5R普通硅酸鹽水泥，噴射混凝土的粗骨料最大粒徑不宜大于8mm，水灰比不宜大于0.45，噴射混凝土厚度一般為80mm，分兩次噴射。

4 深基坑施工信息化監(jiān)測(cè)與分析

4.1 施工部署與觀測(cè)點(diǎn)布置

4.1.1 施工部署

土方開挖分A、B區(qū)域進(jìn)行，開挖時(shí)從東向西由A區(qū)向B區(qū)推進(jìn)。由于土方開挖需結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索施工，所以在立面上采用分層開挖，共分八層，每層厚度約3.0m。

為便于土方運(yùn)輸，在基坑西北角設(shè)置7.5m寬的馬道，供車輛和施工人員出入基坑使用。馬道按1：1放坡，面層采用200mm厚C25鋼筋混凝土澆筑，側(cè)面采用鋼筋混凝土素噴。馬道外側(cè)設(shè)置人行通道，通道兩側(cè)設(shè)置防護(hù)欄桿和踢腳板，保證人車分流。

4.1.2 觀測(cè)點(diǎn)布置

基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括基坑變形觀測(cè)、基坑周邊沉降觀測(cè)，以及樁身變形和鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)等。

1)基坑變形觀測(cè)點(diǎn)布置

在基坑不同區(qū)域上口邊緣共布設(shè)34個(gè)基坑變形觀測(cè)點(diǎn)，見圖1：基坑變形觀測(cè)點(diǎn)布置圖（Fig.1：Layout of observation points of the foundation pit deformation.）。

2) 基坑周邊沉降觀測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，在基坑相鄰周邊道路上共布設(shè)了28個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，見圖2：基坑周邊沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖（Fig.2：Layout of observation points of ground settlement of deep foundation pit.）。觀測(cè)點(diǎn)采用鉆孔埋入成型標(biāo)志。

3）樁身變形及鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，選取了11根樁進(jìn)行監(jiān)測(cè)。樁身變形監(jiān)測(cè)采用預(yù)先在樁內(nèi)預(yù)埋測(cè)斜管，樁身鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用在樁內(nèi)主筋上的不同位置預(yù)先焊接鋼筋計(jì)。見圖3：樁身變形及鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖（Fig.3：The deformation of the pile body and the stress of steel bar layout of monitoring points.）。

4.2 觀測(cè)頻次及監(jiān)控值

基坑上口樁頂冠梁施工完畢后，開始埋設(shè)基坑變形觀測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)條件允許后進(jìn)行初始值觀測(cè)。變形觀測(cè)精度按一級(jí)位移觀測(cè)精度要求，即觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中誤差≤±1mm。根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50497）規(guī)定，基坑上口水平最大位移監(jiān)控值為30mm?；幼冃斡^測(cè)頻次和周期為：基坑開挖深度≤5m時(shí)，2天1次；基坑開挖深度＞5m時(shí)，1天1次。底板混凝土澆筑后≤7天時(shí)，1天1次；7～14天時(shí)，2天1次；14～28天時(shí)，3天1次；＞28天時(shí)，5天1次，連續(xù)觀測(cè)3次，其后每10～15天觀測(cè)一次，直至地下室回填施工完畢。遇有特殊情況，如開挖速度較快、降雨量較大等應(yīng)增加觀測(cè)次數(shù)。

基坑沉降點(diǎn)的初始觀測(cè)在井點(diǎn)降水之前開始進(jìn)行，其后每周觀測(cè)一次，基坑開挖時(shí)觀測(cè)周期與基坑變形觀測(cè)同步進(jìn)行。沉降觀測(cè)精度按二等水準(zhǔn)精度要求，即觀測(cè)中誤差≤±0.5mm?；又苓叺孛孀畲蟪两盗勘O(jiān)控值為25 mm。

樁身水平位移監(jiān)控值為30mm，位移速度監(jiān)控值為2mm/d。樁身主筋應(yīng)力監(jiān)控值為300N/mm2。

4.3 施工觀測(cè)結(jié)果分析

4.3.1 樁身完整性檢測(cè)

基坑開挖前，項(xiàng)目部委托成都市建工質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試站對(duì)210根護(hù)壁樁的樁身完整性進(jìn)行了低應(yīng)變檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明樁身均完整，其中208根樁質(zhì)量等級(jí)為Ⅰ類，2根樁質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ類。

4.3.2 預(yù)應(yīng)力錨索檢測(cè)

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330）和《高層建筑巖土工程勘察規(guī)范》（JGJ72）等，錨索驗(yàn)收檢測(cè)數(shù)量為每種類型錨索按5%抽檢，且不少于5根。至11月21日止，抽檢錨索共計(jì)31根。

檢測(cè)結(jié)果表明，所測(cè)31根錨索在最大荷載作用下，錨頭位移值在驗(yàn)收合格范圍內(nèi)，且趨于穩(wěn)定，錨索抗拔承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3.3 基坑變形監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

基坑于4月初開始挖土，至9月底挖至-12.00m標(biāo)高處，至11月1日挖至基底標(biāo)高-20.24m處，11月1日至9日開始施工墊層，到11月21日底板防水施工完畢，至12月8日底板施工完畢，12月30日地下室負(fù)三層施工完畢翌年1月15日地下室負(fù)二層施工完畢，3月26日地下室負(fù)一層施工完畢，7月15日地下室外墻回填土施工。

施工期間監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，水平位移最大變形為2#點(diǎn)，向坑內(nèi)方向累積變形達(dá)29mm，參見圖4所示（Fig.4：The deformation of foundation pit 2# observation point of the main numerical.）。

分析其原因， 2#點(diǎn)位于基坑道路一側(cè)，受材料運(yùn)輸、土方車影響較大，同時(shí)2#點(diǎn)南側(cè)緊鄰柘新西二街，是當(dāng)?shù)亟煌ㄖ鞲傻?，雖然距基坑20m左右，但是其繁忙的交通對(duì)于2#點(diǎn)向基坑方向的位移變形均產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用。另外隨著底板的施工，2#點(diǎn)累計(jì)變形值略有下降，并逐步趨于穩(wěn)定。

4.3.4 樁身變形及鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

在基坑開挖至底板澆筑期間，11根監(jiān)測(cè)樁的樁身水平位移均小于30mm的監(jiān)控值，且位移速度均小于2mm/d的監(jiān)控值，鋼筋最大拉應(yīng)力值和鋼筋最大壓應(yīng)力值也均遠(yuǎn)小于警戒值。其中樁身變形最大的Z87#樁的數(shù)據(jù)匯總見表1 （Table 1：The deformation of foundation pit 2# observation point of the main numerical.）：

表1 Z87#樁樁身變形及樁內(nèi)鋼筋應(yīng)力值匯總表

分析其數(shù)值較大的原因，主要是Z87#樁其位于施工道路一側(cè)，施工中受運(yùn)輸車影響較大，且東側(cè)緊鄰交通繁忙的益州大道，導(dǎo)致了其向基坑內(nèi)方向發(fā)生變形。另外Z87#樁的樁內(nèi)鋼筋應(yīng)力值遠(yuǎn)小于300MPa的監(jiān)控值，表明是安全的。

4.3.5 基坑周邊沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

在基坑施工期間，基坑周邊沉降最大變形為19#點(diǎn)，累積最大沉降達(dá)6.56mm，小于本工程最大沉降量監(jiān)控值。相鄰道路累計(jì)沉降最小點(diǎn)為25#點(diǎn)，累計(jì)沉降量3.66mm。19#點(diǎn)位于鋼筋加工場(chǎng)和材料臨時(shí)堆場(chǎng)之間，且受到運(yùn)輸車輛的影響較大。25#點(diǎn)距離基坑較遠(yuǎn)，處于項(xiàng)目部辦公大臨院內(nèi)，受到基坑施工影響較小，故累計(jì)沉降量最小。

5 結(jié)束語

采用大直徑旋挖樁作為基坑護(hù)壁樁，具有成樁質(zhì)量較高，護(hù)壁變形較小的優(yōu)點(diǎn)?；娱_挖前，應(yīng)結(jié)合臨時(shí)道路施工將基坑四周場(chǎng)地3～5m寬的范圍用100mm厚的混凝土將地表進(jìn)行封閉，以防止雨水滲入護(hù)壁內(nèi)增加土體側(cè)壓力。施工中還需做到預(yù)應(yīng)力錨索施工與土方開挖施工的有機(jī)結(jié)合。對(duì)于深基坑且周邊場(chǎng)地有限的基坑工程，建議基礎(chǔ)鋼筋采用外委加工，以降低基坑周邊的堆載值。