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【摘 要】：文章介绍了桩锚支护结构在深基坑支护中的成功应用，对施工结果进行了深入分析，从文中可以看出深基坑工程的支护结构形式决定了基坑工程的安全性和经济性。本文对类似深基坑开挖支护设计与施工具有一定的借鉴作用。
【关键词】：深基坑、桩锚支护、抗拔试验、变形观测
1. 前言
随着高层建筑的发展，充分利用地下空间，深基坑工程支护结构形式的选用受到基坑开挖面积、场地的岩土工程性质、水文地质条件、周边环境条件等诸多因素的影响。因此，深基坑支护结构的类型具有多样性和复杂性。桩锚支护结构是基于排桩支护结构基础上的一种改良方法，是通过刚性支撑和柔性支挡两种不同支护结构形式的组合，通过设置单层或多层预应力锚索使排桩坑底嵌固深度显著降低，沿竖向排桩应力分布趋于均匀，并有效减小主动侧压力产生的水平侧移，以保证基坑的安全性[1]。为此，本文结合工程实例对桩锚支护结构在深基坑设计与施工中的应用进行了探讨。
2. 工程概况及地质条件
2.1 工程概况
该工程位于合肥市繁华大道与松谷路交口西南角，地上33层，高120m，框剪结构，设3层地下室，基础类型为大直径人工挖孔桩，基坑长约135米，宽约90米，基坑开挖深约14米。
该建筑场地周边环境条件较复杂，场地北侧、东侧紧临城市主干道，人行道下有电缆、供水、污水、通信等重要市政管线，这些设施距基坑6-10米不等，场地西侧和南侧为主题公园，距用地红线仅3m。因此本工程必须进行垂直支护，且应严格控制支护后基坑边坡的水平位移。
2.2 地质条件
拟建场地地势平坦，地质条件简单，地下水主要为杂填土中的上层滞水，地质情况及支护设计计算参数见表1。
3.1 基坑的特点
综合分析本工程周围场地地理位置、土质条件，基坑开挖深度及周边环境条件等多种因素。本基坑具有以下几个特点：
（1）开挖深度比较深，大面积开挖深度达14m，属一级基坑。
（2）场地受用地红线及施工通道的影响，整个基坑全部采用桩锚支护结构垂直支护。
（3）虽然地基土质以粘性土为主，土层渗透系数不大，但基坑周边有雨、污水管，需特别注意管线渗漏对土质造成的影响，特别是上层杂填土的影响。
（4）基坑开挖深度内是具有膨胀性的膨胀土层，土方开挖后支护的及时性对基坑的成败有很大影响。
3.2 设计方案
由于拟建场地狭小，周边建（构）筑物在基坑施工中不允许发生较大变形的沉降。经多种方案比较，从安全与经济角度考虑，采用大直径灌注桩与锚索联合支护结构型式，通过桩与锚形成复合体，提高基坑的整体稳定性，充分利用了灌注桩刚度好的特点，保证下层土体的整体稳定性，典型的支护剖面如图1所示。
桩锚支护结构是一端与围护结构（桩）连接，另一端锚固在土体中，将围护结构承受的侧向荷载通过锚索的拉结作用传递到周围稳定的地层中去。它具有开挖工作面开阔、工期较短、工程结束后不必拆除等优点。本基坑采用大直径人工挖孔桩+预应力锚索进行支护，桩径0.9mm，桩长20.0m，嵌固深度6.0m，桩间距2.0m，内置22B22螺纹钢，锚入冠梁不少于0.5m，桩身和冠梁砼强度等级均为C30。共设三层预应力锚索，锚索孔径150mm，锚索长度22m、22m、20m，锚索间距同桩间距，倾角15°。
4. 位移监测结果
本工程围护体施工、基坑开挖和地下结构施工期间实施动态管理，严密进行监测，监测内容主要为支护结构的水平位移，共20监测点，表2列出了最具代表性的3个监测点的水平位移结果，测量数据表明，在基坑开挖和使用期内，最大水平位移为28mm，基本与计算值相符，符合规范对基坑变形控制的设计要求，对基坑周边建筑物、管线未造成不良影响。通过计算结果与实测位移的对比，说明了桩锚支护结构的可行性。
表2 基坑变形观测结果
从图2 可以看出，变形计算值在基坑开挖前期较小，在开挖后期变形速率明显增大，而变形实测值的变形速率比较稳定。这和上层土质有较大的关系，土方开挖后，上层较差土质的原状性质很容易被各种因素所破坏，土的力学性能变差，导致开挖前期，实测的变形值大于计算的变形值；而由于前期的变形，支护结构更快的开始发挥作用，导致开挖后期实测的变形速率要比计算变形速率要小。但总体来说，在基坑开挖到设计底标高时，变形实测值一般都要小于变形计算值。
5. 锚索抗拔结果分析
对锚索的抗拔试验结果分两个方面分析，一是在各级荷载作用下，锚头的位移量相对稳定；二是锚头的弹性变形不应小于自由段变形计算值的80%，且不应大于自由段长与1/2锚固段长度之和的弹性变形计算值。锚头的理论弹性变形量由下式计算：
式中： ：理论伸长值（mm）；
N：张拉荷载（N）
L：锚索自由段和张拉工作段长度（mm）
A：锚索面积（mm2）
E：锚索实测弹性模量，取1.95×105Mpa
按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）的有关规定，现场抽取了8根锚索进行了抗拔试验，试验采用分级加荷载法，并按锚索轴向最大受拉承载力设计值的10%、20%、40%、60%、80%、100%逐级加荷，试验结果见表2。根据表2的结果，本工程所抽查的8根锚索的实测位移量均在允许范围内，锚索抗拉力均达到设计要求，受检锚索受拉尚未进入极限状态。
从表2、表3可以看出，锚固段长度相同而自由段长度不同的锚索在同样的试验条件下，锚索总长度长的最大外拔量较大，而回弹率较小，这说明锚索的自由段的长度应比理论计算结果稍短更加符合实际的受力情况，这样所施加的预应力可以适当提高，可以更好的控制基坑的变形。
表3 各级荷载作用下锚索的抗拔结果
从图3可以看出，在锚固段长度一定情况下，自由段长度大的荷载–位移曲线斜率更陡，锚索更容易进入到极限状态，产生相同位移时所需的荷载更小。所以，合理的锚索自由段长度应取理论计算值和满足锚筋伸长率允许值所对应的锚筋长度两者中的小值。
6. 结语
1）、建设单位应重视深基坑的设计、施工工作，不能图省钱，从源头杜绝深基坑设计粗制滥造，深基坑施工偷工减料等不良问题，避免围护结构倒坍事故的发生。
2）、基坑支护设计应综合考虑基坑特点、土质条件、周边环境及工程要求等因素，选择技术先进、合理、安全、适用的支护型式。
3）、施工过程中必须坚持信息化管理，不仅一定要有专业技术人员在现场指导施工，对施工中出现的问题随时进行调整，还要坚持监测系统和施工配合作业。根据现场情况及时分析原因，调整设计。
4）、土方开挖必须与土钉施工同步进行，严禁超挖，土方开挖不宜一味追求进度，土钉施工必须在浆液达到一定强度后方可进行下一层施工，否则事倍功半，严重影响施工质量且延误工期。
参考文献
[1] 王利风、余尧天、方建忠等.大型地下室深基坑综合围护施工技术[J].浙江建筑，2005，22（1）：33-36。
[2] 龚晓南主编。深基坑工程设计施工手册[M]。北京：中国建筑工业出版社，1998。
[3] JGJ120-99 建筑基坑支护技术规程[S]
【关键词】：深基坑、桩锚支护、抗拔试验、变形观测
1. 前言
随着高层建筑的发展，充分利用地下空间，深基坑工程支护结构形式的选用受到基坑开挖面积、场地的岩土工程性质、水文地质条件、周边环境条件等诸多因素的影响。因此，深基坑支护结构的类型具有多样性和复杂性。桩锚支护结构是基于排桩支护结构基础上的一种改良方法，是通过刚性支撑和柔性支挡两种不同支护结构形式的组合，通过设置单层或多层预应力锚索使排桩坑底嵌固深度显著降低，沿竖向排桩应力分布趋于均匀，并有效减小主动侧压力产生的水平侧移，以保证基坑的安全性[1]。为此，本文结合工程实例对桩锚支护结构在深基坑设计与施工中的应用进行了探讨。
2. 工程概况及地质条件
2.1 工程概况
该工程位于合肥市繁华大道与松谷路交口西南角，地上33层，高120m，框剪结构，设3层地下室，基础类型为大直径人工挖孔桩，基坑长约135米，宽约90米，基坑开挖深约14米。
该建筑场地周边环境条件较复杂，场地北侧、东侧紧临城市主干道，人行道下有电缆、供水、污水、通信等重要市政管线，这些设施距基坑6-10米不等，场地西侧和南侧为主题公园，距用地红线仅3m。因此本工程必须进行垂直支护，且应严格控制支护后基坑边坡的水平位移。
2.2 地质条件
拟建场地地势平坦，地质条件简单，地下水主要为杂填土中的上层滞水，地质情况及支护设计计算参数见表1。
3.1 基坑的特点
综合分析本工程周围场地地理位置、土质条件，基坑开挖深度及周边环境条件等多种因素。本基坑具有以下几个特点：
（1）开挖深度比较深，大面积开挖深度达14m，属一级基坑。
（2）场地受用地红线及施工通道的影响，整个基坑全部采用桩锚支护结构垂直支护。
（3）虽然地基土质以粘性土为主，土层渗透系数不大，但基坑周边有雨、污水管，需特别注意管线渗漏对土质造成的影响，特别是上层杂填土的影响。
（4）基坑开挖深度内是具有膨胀性的膨胀土层，土方开挖后支护的及时性对基坑的成败有很大影响。
3.2 设计方案
由于拟建场地狭小，周边建（构）筑物在基坑施工中不允许发生较大变形的沉降。经多种方案比较，从安全与经济角度考虑，采用大直径灌注桩与锚索联合支护结构型式，通过桩与锚形成复合体，提高基坑的整体稳定性，充分利用了灌注桩刚度好的特点，保证下层土体的整体稳定性，典型的支护剖面如图1所示。
桩锚支护结构是一端与围护结构（桩）连接，另一端锚固在土体中，将围护结构承受的侧向荷载通过锚索的拉结作用传递到周围稳定的地层中去。它具有开挖工作面开阔、工期较短、工程结束后不必拆除等优点。本基坑采用大直径人工挖孔桩+预应力锚索进行支护，桩径0.9mm，桩长20.0m，嵌固深度6.0m，桩间距2.0m，内置22B22螺纹钢，锚入冠梁不少于0.5m，桩身和冠梁砼强度等级均为C30。共设三层预应力锚索，锚索孔径150mm，锚索长度22m、22m、20m，锚索间距同桩间距，倾角15°。
4. 位移监测结果
本工程围护体施工、基坑开挖和地下结构施工期间实施动态管理，严密进行监测，监测内容主要为支护结构的水平位移，共20监测点，表2列出了最具代表性的3个监测点的水平位移结果，测量数据表明，在基坑开挖和使用期内，最大水平位移为28mm，基本与计算值相符，符合规范对基坑变形控制的设计要求，对基坑周边建筑物、管线未造成不良影响。通过计算结果与实测位移的对比，说明了桩锚支护结构的可行性。
表2 基坑变形观测结果
从图2 可以看出，变形计算值在基坑开挖前期较小，在开挖后期变形速率明显增大，而变形实测值的变形速率比较稳定。这和上层土质有较大的关系，土方开挖后，上层较差土质的原状性质很容易被各种因素所破坏，土的力学性能变差，导致开挖前期，实测的变形值大于计算的变形值；而由于前期的变形，支护结构更快的开始发挥作用，导致开挖后期实测的变形速率要比计算变形速率要小。但总体来说，在基坑开挖到设计底标高时，变形实测值一般都要小于变形计算值。
5. 锚索抗拔结果分析
对锚索的抗拔试验结果分两个方面分析，一是在各级荷载作用下，锚头的位移量相对稳定；二是锚头的弹性变形不应小于自由段变形计算值的80%，且不应大于自由段长与1/2锚固段长度之和的弹性变形计算值。锚头的理论弹性变形量由下式计算：
式中： ：理论伸长值（mm）；
N：张拉荷载（N）
L：锚索自由段和张拉工作段长度（mm）
A：锚索面积（mm2）
E：锚索实测弹性模量，取1.95×105Mpa
按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）的有关规定，现场抽取了8根锚索进行了抗拔试验，试验采用分级加荷载法，并按锚索轴向最大受拉承载力设计值的10%、20%、40%、60%、80%、100%逐级加荷，试验结果见表2。根据表2的结果，本工程所抽查的8根锚索的实测位移量均在允许范围内，锚索抗拉力均达到设计要求，受检锚索受拉尚未进入极限状态。
从表2、表3可以看出，锚固段长度相同而自由段长度不同的锚索在同样的试验条件下，锚索总长度长的最大外拔量较大，而回弹率较小，这说明锚索的自由段的长度应比理论计算结果稍短更加符合实际的受力情况，这样所施加的预应力可以适当提高，可以更好的控制基坑的变形。
表3 各级荷载作用下锚索的抗拔结果
从图3可以看出，在锚固段长度一定情况下，自由段长度大的荷载–位移曲线斜率更陡，锚索更容易进入到极限状态，产生相同位移时所需的荷载更小。所以，合理的锚索自由段长度应取理论计算值和满足锚筋伸长率允许值所对应的锚筋长度两者中的小值。
6. 结语
1）、建设单位应重视深基坑的设计、施工工作，不能图省钱，从源头杜绝深基坑设计粗制滥造，深基坑施工偷工减料等不良问题，避免围护结构倒坍事故的发生。
2）、基坑支护设计应综合考虑基坑特点、土质条件、周边环境及工程要求等因素，选择技术先进、合理、安全、适用的支护型式。
3）、施工过程中必须坚持信息化管理，不仅一定要有专业技术人员在现场指导施工，对施工中出现的问题随时进行调整，还要坚持监测系统和施工配合作业。根据现场情况及时分析原因，调整设计。
4）、土方开挖必须与土钉施工同步进行，严禁超挖，土方开挖不宜一味追求进度，土钉施工必须在浆液达到一定强度后方可进行下一层施工，否则事倍功半，严重影响施工质量且延误工期。
参考文献
[1] 王利风、余尧天、方建忠等.大型地下室深基坑综合围护施工技术[J].浙江建筑，2005，22（1）：33-36。
[2] 龚晓南主编。深基坑工程设计施工手册[M]。北京：中国建筑工业出版社，1998。
[3] JGJ120-99 建筑基坑支护技术规程[S]