深基坑拉锚联合支护结构设计及工程应用

深基坑拉锚联合支护结构设计及工程应用

王路

中国市政工程西北设计研究院有限公司宁夏回族自治区银川市750001

摘要：拉锚式支护结构是挡土结构组成的基坑围护体系。随着基坑深度与宽度的扩大，悬臂式围护或内撑式围护结构越来越不经济，甚至越来越行不通。在这种情况下采用拉锚式围护支护结构，可明显减小围护结构尺寸、降低造价、改善施工条件，并加快施工进度。本文分析了深基坑拉锚联合支护结构设计及工程应用。

关键词：深基坑拉锚；支护结构设计；工程应用

深基坑拉锚式支护结构由于其经济可靠而且施工快速简便，已经在许多深基坑工程得到了迅速推广应用。在同等条件下，与其它支护结构相比，拉锚式支护结构具有构件尺寸小、整体刚度大、侧向位移小等特点。

一、特点及适用条件

拉锚联合支护结构由挡土结构与外拉系统组成。其挡土结构与悬臂式围护结构相同，主要为地下连续墙和钢筋混凝土排桩，这些在拉锚式围护结构中统称作围护桩。拉锚式结构之所以具有上述优点主要是因为围护桩与外拉系统共同作用，并同时充分调动了地层的自稳能力，使得地层既是围护结构荷载来源，也成为了围护结构的组成部分满足了新奥法施工设计的要求。由于外拉系统的存在，围护桩所承受的大部分荷载通过锚拉系统传递到处于稳定区域中的锚固体上，由锚固体将传来的荷载分散到周围稳定的岩土层中，从而充分发挥地层的自承能力。一般大型较深的基坑，邻近有建(构)筑物而不允许有较大变形的基坑，以及不允许设内撑的基坑，均可考虑选用拉锚式围护结构。拉锚式结构的适用范围为：一是地层密实的砂土、粉土、硬塑至坚硬的粘性土，如果基坑临近具有岩层更好，以便将承受通过外拉系统传递来的外载；二是如果基坑临近范围内存在不允许损坏的设施或场地时应慎用。

二、实例分析

1.工程概况。某建筑占地面积约8500m2。拟建主楼24层，群房6层，地下室3层，总建筑面积64000m2。基坑开挖深度14.6～16.88m。为确保地下室结构顺利施工及周遍构建设施的安全，需对开挖基坑进行支护处理。

2.地层条件。根据详勘钻孔揭露，场地自上而下由第四系填土层、冲积层、残积土及上白垩统红色岩系组成。从场地周边环境条件来考虑，本基坑支护设计重点保护东侧北段两栋九层建筑物，及西侧交通大道的安全，其余地段可稍微降低安全等级。

3.基坑支护设计方案的确定。拉锚式结构一般由围护桩，拉杆及锚固体三部分组成：一是围护桩：承受来自挡土结构的力并传递给拉杆；二是拉杆：将来自锚头的拉力传递给锚固体；三是锚固体：将来自拉杆的力传递到稳定土层中。拉锚式围护结构的设计主要指围护桩、腰梁与锚杆(索)三个主要结构部分的设计：一是围护桩设计主要考虑桩体嵌固深度的确定、以及桩体内力计算与构造配置等；二是腰梁设计时特别注意须考虑与锚头的联结；三是锚杆(索)的设计，确定锚杆(索)基坑坡壁上垂直及水平方向的间距、位置及其倾角。本基坑具有开挖深度大(开挖深度达14m，属深基坑)、周边环境条件比较复杂的特点。同时也具有地质条件好、无软弱土层、基岩埋藏较浅、地下水不丰富的有利条件及一定的放坡条件。本着安全可靠、经济合理、技术可行的基本原则，确定本基坑支护设计总体方案如下：基坑东侧建筑物距基坑较近，须严格控制支护体变形，场地内无砂层及软土，以粘性土及粉土为主，土质较好。从经济角度考虑，拟采用桩锚支护，并伸入中、微风化岩面，设计三排预应力锚索，预应力锁定值为180～280kN，在开挖过程中，若档土桩间渗水，可在桩间用小口径压力灌浆止水。基坑西侧交通大道段按建筑基坑一级安全等级设计，采用钢管灌注桩超前支护、小放坡与喷锚网的组合支护形式，并配合三排预应力锚杆控制边坡变形。锚杆承受侧压、水压和上部荷载产生的水平推力。其余地段按建筑基坑二级安全等级设计，采取小放坡喷锚网支护，为控制支护体变形，设计三道预应力锚杆。

4.基坑东侧桩锚支护设计。一是基坑东侧采用桩锚支护，支护桩选用灌注桩，锚固结构选用三排预应力锚索。灌注桩具有质量易于控制、单桩承载能力高、施工设备简单及施工无振动噪音污染等优点。在深基坑工程中该类型桩常用做拉锚支护结构的支撑墙体。本工程东侧的九层建筑物距基坑较近，施工过程中须严格控制支护体变形，且场地内无砂层及软土，以粘性土及粉土为主，土质较好，非常适合人工挖孔灌注桩。二是桩身配筋计算。圆形截面的灌注桩直径为0.8m，仿照矩形截面计算，假定受压侧由混凝土承担压力，受拉侧由钢筋承担拉力，有：，式中：Ah—受压区混凝土面积；As—受拉区钢筋面积；fy—钢筋抗拉强度设计值；fcm—混凝土抗压强度设计值。根据弯矩包络线配置钢筋,受压侧则可按照构造配筋。

5.锚索设计与施工。预应力锚索施工质量的优劣直接影响着基坑边坡稳定与否。因此，为保证其施工质量需严格按照设计与相关规程规范进行。定位放线：根据设计要求定出孔位，作出标记，保证孔位在一直线上。待锚索施工场地平整后，锚索机进场，按设计要求利用罗盘调整好钻杆钻进角度，对准孔位中心开始钻进，成孔至设计深度后进行下步工序。根据本地区地层情况采用套管工艺成孔。钻进深度，应超过锚索设计长度10～30cm，根据本地区地层情况采用套管工艺成孔，不能采用泥浆护壁。锚索施工严格按施工图施工，组装前先清除钢绞线表面的油污，将锚索自由段裹以塑料布或套塑料管，并扎牢；将注浆管与锚筋一起放入钻孔，注浆管内端距孔底宜为50～100mm。锚索杆体采用1860型钢绞线，杆体中间插入塑料注浆管。锚索杆体设固定支架，间距1m。锚索杆体长：自由段+锚固段+锚索张拉长度。浆体按设计配制，浆液搅拌均匀，随拌随用。将钻孔用胶泥封口后，注水灰比0.4～0.45的普425#水泥净浆，水泥浆中加入0.5%～1.5%的膨胀剂和0.03%～0.05%的早强剂。根据实际试锚情况，实际施工采取一次注浆工艺。注浆管为高压软管或塑料软管，直径25mm，第一次注浆待孔口溢浆，即可停止注浆。二次补浆后将塑料管全部拔出，冲洗干净后可重复使用。锚固段还须做好防腐措施，确保把锚索内部的应力有效的传入地层，同时要确保防腐系统的有效性。锚索注浆1～2天后，进行腰梁安装。安装时要求腰梁与桩密贴，有空隙时用垫铁焊联，垫铁由工字钢和钢板加工制成，垫铁与桩接触一端角度要与锚索角度相等，垫铁工字钢与腰梁焊接，保证腰梁垫铁前端钢板与桩形成面接触。张拉前对腰梁上下位置仔细调整，保证锚索位于腰梁中心，锚索受力方向与角度一致。锚固体强度大于15MPa时，方可进行张拉。锚索正式张拉前，先取0.15倍的设计轴向拉力值，对锚索预张拉2次，使各部位接触紧密，杆体完全平直。锚索张拉至1.1倍的设计轴向抗力值时，保持10min，然后卸荷至锁定荷载进行锁定。锚张拉荷载分级及观测时间按有关规程的规定执行。锚索锁定后，若发现有明显预应力损失时，需及时补偿张拉。

6.由于本工程所处周边环境较为复杂，因此在施工过程中应加强监测。施工监测的目的就是为了获取整体结构系统及场区周围建筑物的准确信息，以便了解其变化的态势，以及利用监控信息的反馈分析，更好的预测系统的变化趋势，及时指导施工，必要时修改设计，确保工期和施工安全。

本工程采用拉锚式围护结构体系以维护基坑边坡的稳定，其技术经济效益也是十分明显的。该基坑采用拉锚式结构的设计是合理的，施工结果也证明这一设计方案是可行且经济的。

参考文献：

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