深基坑桩锚体系施工动态调整的研究

杨保全

云南滇中城市建设投资开发有限责任公司 云南 昆明 650200

摘 要：基坑支护技术在建筑施工中有着重要的作用和意义，基坑工程是具有时代特点的岩石工程，是实用性和经验性都很强的学科。深基坑工程中基坑支护关系着整个基坑的安全，必须以严谨的科学态度来对待基坑支护的设计及施工问题，本文以桩锚支护体系设计、施工过程的动态调整为例，阐述了通过试算土体的c、φ等设计参数，来拟合基坑开挖时的实际变形监测结果，从而实现支护设计、施工动态调整的思想。

关键词：深基坑，护坡，设计，施工，动态调整

一、前言

随着我国城市化率的快速发展，土地资源越来越紧张，越来越多的高层建筑涌现，为了充分利用城市地下空间，越来越多的建(构)筑物采用了深基坑。深基坑支护结构工程虽属临时性工程，但其技术复杂性和多样性远甚于永久性的基础结构或上部结构。深基坑工程支护设计需以地质勘察报告提供的工程地质条件和开挖施工组织技术参数为依据，但实际施工过程中往往会引起支护结构内力和位移以及基坑内外土体变形，发生种种意外变化，地层参数(c，φ等)的不确定或取值与实际值误差大等，也使计算得出的边坡变形值与实际测量值差别会很大，传统的设计方法难以事先设定或事后处理。因此，人们不断总结实践经验，针对深基坑工程，发展出动态设计和信息化施工的新思想，结合施工监测、信息反馈、临界报警、应变（或应急）预案设计等一系列理论和技术，制定相应的设计标准、安全等级、计算图式、计算方法以及施工组织方法等。通过开挖过程中的信息监测，根据实测变形值、实测地层参数以及强度控制和变形控制的要求反演出支护体系所需刚度，据此调整支护结构设计方案。

本文根据成功的工程实践经验，以桩锚体系为例，阐述深基坑支护设计施工的动态调整思想。

二、桩锚支护体系设计施工的动态调整流程

1.根据地勘资料进行支护结构设计，并按设计支护体系和所取的土体参数计算桩体变形，绘制变形曲线。

2.按设计工况进行第一工况开挖并监测边坡变形。

3.若变形监测结果与计算值相符，则可说明设计时所取各项参数与实际相符，可按原设计进行下一步施工。

4.若实际监测结果与原设计值差别较大(实际施工时差别一般都会较大)，预期按原设计施工可能影响边坡安全或边坡上建(构)筑物、管线等的正常使用，则需进行对原设计的调整，通过对开挖断面实地勘察，确定比原设计参数薄弱的土层，减小其c、φ值，有条件时补充土体试验，对初始设计时所取土体参数据实调整，按调整后的参数重新对初始设计支护体系的变形进行试算。可能需要对土体参数进行多次试调、试算，以使计算变形值与实际监测变形值基本相符，最终确定的土体参数可认为是与实际土体相符的值。

5.按最终认定的土体参数值计算的变形值再与实际要求比较，若桩体变形过大，则需调整支护结构体系。

6.对桩锚支护体系，因桩体的刚度一旦施工完成，即已确定，可以调整的只有锚杆支撑的刚度。则根据最终变形计算值，以及变形控制的需要，计算出锚杆所需的支撑刚度。下步施工，即以此为依据进行锚杆调整、增加锚杆预加力、支撑刚度、增加锚杆数量及支撑层数。当然，也可以通过增加降、排水措施或其它土体加固措施改善土体参数，本文在此不做深入讨论。

7.进行第二工况开挖后，再根据实际变形监测结果试算土体参数。

如此反复，即可增加边坡变形的可控性，使设计、施工最大程度上逼近实际情况，具体计算可借助工具软件进行。

3. 动态调整的工程应用实例

昆明市某工程，地下三层，地上三十九层，桩筏板基础，±0.00绝对标高1893.40m，自然地面绝对标高平均约1892.80m（相对标高－0.8m），基础槽底相对标高－22.47m，现场场地狭小。

1. 0. 土层参数

工程涉及到的土层参数见表1。

表1

在埋深3.40～4.77m上下有一上层滞水层，厚约2～4m，另有一层潜水，水位标高为28.19m，水位埋深23.50m。

1. 0. 初始支护设计方案

设计降水方案为大口井，井径600mm，井深32m，间距8m。

护坡方案根据边坡上附加荷载情况和场地条件，在不同范围有不同方法，总体上以桩锚结合土钉墙方式为原则：上部6m为土钉墙，下部采用护坡桩。在现场东侧南部，因距边坡2～3m处有一栋6层砖混住宅(条基，埋深约3m)，该范围护坡桩顶到自然地坪(见图1)。桩径800mm，间距1.6m，典型剖面见图2。第一道锚杆采用三桩两锚，第二、三道锚杆采用一桩一锚。桩间土护壁采用挂网喷浆方式，豆石砼60mm厚。

设计计算锚杆支撑刚度值分别为：第一道168.6kN/m，第二道433kN/m，第三道496.7kN/m。桩身变形曲线见图3。

图3

四、施工工况

按设计桩锚方案，施工工况可分为7种，见表2。

表2

五、动态调整过程

本工程的特殊性在于紧靠基坑即有一栋6层住宅。设计施工时不但要考虑其附加荷载，还应严格控制边坡变形。

为得到施工过程中边坡变形的监测信息，施工前做出监测方案，在桩顶和各层锚杆端部设置观测点，沿基坑周边，在大阳角处和基坑长边、短边的中点设置多个观测点，并在基坑边地面设置了沉降观测点。采用水准仪和经纬仪进行观测。

1. 0. 第一、二工况

土方开挖至第一道锚杆工作面时，观测桩顶变形达到15mm。观察开挖断面，发现滞水层含水量比预期的大，且有地表水补给，滞水层厚度和标高均比勘察报告提供的情况厚且深。将砂粉粘粉土层的c值和值减小后进行试算，当c值取21kPa，值取30°时，计算变形值与实测值基本相符。按新确定的土体参数计算所需锚杆支撑刚度需达到216.7kN/m（原设计为168.6kN/m）。因此将第一道锚杆原设计的三桩两锚，改为一桩一锚，并将原设计预加拉力增加至150kN/m。第一道锚杆张拉后，观测桩顶变形略有减小，减为13mm。

1. 0. 第三、四工况

根据调整后的支护体系和上一步确定的土体参数，验算原设计第二道锚杆的支撑刚度，需达到446.5kN/m，比原设计的433kN/m略大。则将第二道锚杆的长度增加至27m。预加轴力调整为260kN/m。这样即使第二道锚杆处稍有变形，考虑桩体刚度和第一道锚杆的支撑作用，对桩顶变形的控制是有利的。

进行第三工况土方开挖后，变形监测显示第一道锚杆端部变形最大为3mm，桩顶位移为12mm。第二道锚杆按调整后的方案施工、张拉后，桩体变形基本稳定。

1. 0. 第五、六、七工况

用上述方法分析试算出土层参数，再据此计算出第二道锚杆可提供的支撑刚度为428.8kN/m。第三道锚杆的支撑刚度需470.3kN/m，比原设计计算需要的值稍低。但考虑到土体参数的不确定性和施工过程的复杂性，第三道锚杆的设计施工参数不做调整，第五、六、七工况按原设计施工。这样做是趋于安全的。

第五工况土方开挖后，变形监测显示第二道锚杆端部变形最大为8mm，第一道锚杆端部变形最大为6mm，而桩顶位移则减为9mm。

土方开挖到槽底后，坡顶地面沉降变形观测最大值不超过5mm，6层住宅未受不良影响。

最终监测得到的边坡变形曲线见图4。

图4 实测桩体变形曲线

六、结束语

在《建筑边坡工程技术规范》中，动态设计及信息施工方法已成为深基坑支护设计施工的基本原则。该原则在本工程中的成功应用，保证了边坡的安全性和变形稳定性，确保了边坡上建筑物的安全使用。施工的依据是初始设计，而施工过程又在一步步检验、补充设计甚至勘察结论。可以说设计过程应贯穿于整个基坑施工过程。

在深基坑支护设计施工的动态调整过程中，以下问题尚值得进一步探讨：

一是薄弱土层的确定，因为每一工况都会跨越几个土层，有的土层的参数可能非常相近，调整不同土层的参数，对计算结果会有较大影响。因此，如何最终确定要调整的土层，需要进一步积累经验和数据。

二是在实际施工中，导致边坡变形的原因很多，除了土体参数的变化或设计取值不准确，施工因素影响也不容忽视。并且在外因导致土体参数变化时(如地表水对地下水的补给)，应仔细分析查找原因，以对边坡变形的发展趋势做出预测，及早制定防范措施。

三是在本文的叙述中，没有考虑深基坑施工的时空效应，基坑变形监测数据是以各工况刚施工完成时的测量数据为依据的。这要求基坑开挖施工、支护施工和地下室结构施工均应以尽可能快的速度进行，否则，动态调整时尚需考虑时空效应对基坑变形的影响，这更增加了确定土体参数的难度。

建筑深基坑桩锚支护体系相对于地下连续墙、内支撑支护体系是一种经济、便捷的支护方案，但在实际施工过程中依然存在很多问题亟待进一步研究和总结。为保证桩锚体系支护结构的安全性，在设计、施工和监测等方面要有一套详细和完备的技术方案，设计必须注重地质资料和已有的工程资料；施工必须严格按照设计和既定的施工方案，监测必须严格、及时；真正做到设计、施工和监测的三方配合，充分发挥该支护体系的优点，避免其不利点，保证基坑施工的安全性和经济性。 

参考文献 
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[3]马勇,陈小丹,李川,朱思军,邓义钊.桩锚支护体系深基坑的设计实践与监测分析[J].广东水利水电,2020(02):29-34.