浅析锚杆组合结构在基坑支护中的技术与应用

浅析锚杆组合结构在基坑支护中的技术与应用

李征

李征

中铁七局集团郑州工程有限公司河南省郑州市450000

摘要：本文根据中铁•嵩山嘉苑项目基坑支护工程中采用的预应力锚杆的复合土钉墙支护结构，微型桩加预应力锚杆的复合土钉墙支护结构，桩锚支护结构以及土钉墙结构的组合支护结构的成功应用，介绍了各类支护结构方式的应用条件，经济技术对比分析，为类似深基坑工程选择合适的支护结构方式提供参考和借鉴。

关键词：基坑支护；锚杆组合结构；技术与应用

1工程概况

中铁•嵩山嘉苑项目位于郑州市嵩山路与黄河路交叉口东北角，场地北侧为西站东街，南侧为丽景苑小区住宅楼，西侧为嵩山路，东侧为北站西干道。本建设工程包括34层建筑5栋，住宅楼为剪力墙结构CFG复合地基，地下车库为框架结构天然地基。本工程基坑大致呈L形，东西宽约120m，南北长约260m；基坑开挖深度10m。基坑开挖深度范围内的地层主要为第（0）层杂填土，第（1）层粉质黏土，第（2）-（6）粉土、粉质黏土层，场地条件较为复杂。场地地貌单元属于黄河冲积一阶地。本工程场区地下水位在基坑开挖标高以上（水位埋深约为20m），施工期间不需要考虑降水。

2基坑支护方案的选定

2.1支护形式介绍对比分析

本工程项目基坑支护方案技术比较：本地区常用的支护型式有：（1）地下连续墙+内支撑支护体系；（2）桩+锚索联合支护；（3）锚杆或微型桩的复合土钉墙支护结构；（4）土钉墙支护；（5）大放坡后素喷等；结合场地周边环境和工程地质条件，以上支护方案对本工程技术上均可行。本工程项目支护结构的经济和适用性比较：根据工程造价对比，地下连续墙+内支撑支护体系造价昂贵，适用于地质条件复杂、周边环境对位移要求严格的部位；桩锚联合支护在郑州地区有成熟的施工经验，适用于地质条件一般、周边环境对位移要求严格的位置；土钉墙与复合土钉墙支护结构造价较低，适用于地质条件一般、对位移要求较低且有一定放坡空间的位置；大放坡支护结构适用于基坑开挖深度较小，地质条件简单、周边环境对位移要求较低的位置。

2.2项目基坑周边情况分析

本工程项目场地周边环境较为复杂，场地东侧为一工程公司家属院（砖混结构，自北向南为一栋7层建筑物，三栋6层建筑物，基础埋深约1.5m，条形基础），距基坑顶边线最近距离约为6.6m。场地西侧为一学校家属院（砖混结构，自北向南分别为两栋6层住宅楼，一栋5层住宅，基础埋深约1.5m，条形基础），距基坑顶边线最近距离为4m。场地南侧为丽景苑小区（框剪结构，三栋28层建筑，二层地下室，CFG复合地基），距基坑顶边线最近距离约为19m。场地北侧为二层办公楼院（砖混结构，基础埋深约1m），距基坑顶边线最近距离为7.1m。基坑西侧外17m为嵩山路，根据现场踏勘与测量，嵩山路下分别有雨污水管网，给水管道以及电缆，管线埋深1.5m-2.5m，不影响基坑土钉施工。

2.3支护方案选定

本工程基坑在考虑周边环境情况、地质水文情况、场地地层、综合技术等因素后，本着安全可靠、经济节约、方便施工的原则，经过方案比选确定将本基坑共分为8个基坑支护剖面，除了1-1剖面为安全等级一级，其余剖面为二级基坑，本工程为临时支护，使用期限为12个月，场地施工堆载不超过20KN/m2，，坡顶2m范围内严禁堆载。综合以上多种因素：本工程1-1、5-5剖面（学校家属院和工程公司家属院）采用桩锚支护结构（冠梁+600mm灌注桩+锚索）；2-2剖面（基坑北侧）采用土钉墙加预应力锚杆支护结构，7-7剖面（基坑南侧）只采用土钉墙结构（距离建筑物较远）。其余剖面采用微型桩加预应力锚杆的复合土钉墙支护结构。

本工程基坑支护平面布置图如下：

3主要支护结构形式及技术要点

3.1微型桩结构形式

3.1.1微型桩施工工艺

（1）本工程微型桩桩径150mm，桩长13.5m，采用钻机干作业成孔，钻孔至设计深度后，放置加工好的∅60钢管，采用P•O42.5级水泥孔底注浆反压，最终注浆压力不小于2.5Mpa。

（2）工艺流程如下：

测放桩位→成孔→置入钢管（底部为花管）→填放碎石→孔底注浆至孔口→封孔→再次压浆→完成一根微型桩施工。

3.1.2微型桩施工方法及技术要点

（1）施工准备：施工前进一步核实微型桩施工位置有无管线分布，确保施工安全，测定场地标高及控制轴线，核实桩位；保证桩位的准确性、垂直度。

（2）钻机就位：钻机安装就位必须平整，稳固，确保施工中不倾斜、不移动。钻具中心与桩孔中心重合。

（3）钻孔成孔：根据地层变化情况结合本地区同类工程施工经验，刚开始1～2个孔，采用较慢的钻进速度和进给速度，掌握地层变化，调整好钻头大小。开孔后要轻压慢进，确保成孔垂直度，穿过杂填土层后可适当加大钻机转数和进给速度。钻进过程中要及时补充泥浆。确保成孔深度，应使成孔深度略大于设计深度。

（4）钢管制作与安装：钢管进场后，及时进行报验并测量尺寸，下部2m加工成花管（孔洞间距50cm，双面对称布置）。钢管加工在水平地面上进行，存放场地要平整。严格根据设计图纸要求进行加工。钢管验收合格后安装钢管时应平衡竖起，杜绝发生注浆管弯曲变形，垂直竖起对准孔口下入。钢管放入至孔底后匀速倒入碎石，填满钢管与孔壁空隙。碎石粒径5-10mm。

（5）压力注浆：注浆前对桩孔进行清孔，使孔内泥浆排出。注浆时保证浆液的水灰比和注浆压力。水泥采用P•O42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.5。水泥进场后先取样送检，合格后用于注浆。水泥初凝后进行二次注浆，二次注浆终孔压力不小于2.5MPa。

3.2土钉墙结构

3.2.1土钉墙结构形式

土钉墙是一种土体加筋技术。将基坑边坡通过由钢筋制成的土钉进行加固，边坡表面铺设一道钢筋网再喷射一层砼面层和土方边坡相结合的边坡加固型支护施工方法。

3.2.2土钉墙施工工艺及技术要点

土钉墙施工工艺流程为：修坡→造孔→安装土钉杆→注浆→挂钢筋网→喷砼

土钉墙施工方法及技术要点

（1）造孔：基坑分层分段开挖，每层开挖深度不得大于1.5m。边坡修整后对土钉位置作出标记。本工程根据土钉成孔采用钻机机械成孔，孔直径120mm，孔深宜大于设计孔深10cm，成孔倾角约15度。

（2）土钉制作安装：土钉采用ф20HRB400钢筋。土钉杆接头应采用焊接的搭接接头，焊接必须符合要求。土钉杆体应沿土钉轴线方向每隔2.0m左右设置一个居中支架。

（3）注浆：本工程注浆采用采用P.O42.5级水泥。注浆应从孔底开始灌填，当孔口有浆液流出稳定后，方可停止注浆。

（4）钢筋网：钢筋网采用φ6.5@250钢筋网片，钢筋网铺设好后，应在其上面焊接加强筋，加强筋采用φ14HPB400钢筋，在钢筋网上与土钉钢筋焊接成菱形交叉布置，焊接必须满足规范要求，使土钉、钢筋网、加强筋连成一体。

（5）喷射混凝土面层：喷射混凝土的面层强度C20，喷射厚度8cm。喷射作业应分段进行，同一分段内喷射顺序自下而上，一次喷射厚度为30～80mm；喷射混凝土面层厚度采用钻孔检测，钻孔数量每500平方米一组，每组不少于3点。

3.3预应力锚杆结构

3.3.1预应力锚杆的结构形式

预应力锚杆是由杆件、注浆固结体、锚具、套管所组成。其一端与支护结构构件连接，另一端锚固在稳定土体内的受拉杆件，并对其施加预应力，以承受土压力、抗倾覆等所产生的结构拉力，用以维护土体或结构物的稳定。

3.3.2预应力锚杆施工工艺及技术要点

锚杆施工工艺流程为：造孔→下锚杆→注浆→养护→腰梁、垫板安装→张拉锁定

预应力锚杆的施工方法及技术要点

（1）钻孔施工：采用钻机机械成孔，按图纸设计的孔位标高进行测量放线，准确标注孔位，然后按照设计的孔深、角度和孔径进行钻孔施工。

（2）锚杆制作与安放：预应力锚杆杆体材料采用HRB400，直径25的钢筋，全粘结锚固，孔径150mm，锚杆按一定规律平直排列，锚杆自由段用塑料薄膜包裹，与锚固段相交处用防水胶布封住。组装好的锚杆在钻孔结束后立即放入孔内，安放时，锚固段沿杆体轴线方向每隔2m设置一个居中支架。防止杆体扭压、弯曲，并确保锚杆处于钻孔中心位置。

（3）注浆：注浆应连续一次注满，水泥采用P.042.5水泥，注浆应从孔底开始灌填，当孔口有浆液流出并加压稳定后，方可停止注浆。一次注浆达到初凝后进行二次注浆。注浆液要搅拌均匀，随搅随用，并要在初凝前使用完毕

（4）腰梁、垫板安装：槽钢应平行放置，采用焊接，并保证固定垫板与孔向垂直、与孔中心一致，本工程腰梁采用2根14a槽钢上下平行放置。腰梁要求通长设置，在转角处尽量不断开，保证其受力的连续性，承压板安装要求平整牢固，板面应与锚杆受力轴线垂直。

（5）张拉锁定：张拉锚索前需对张拉设备进行标定，张拉应按照相关规范分级张拉。预应力锚杆工作期间应做锚杆应力监测。

4基坑安全监测

根据设计要求，沉降和水平监测点设置30处，报警值为25mm。锚杆内力监测点14处。在整个基坑支护开挖过程中，严格按照设计要求每天进行监测，所有监测值均在设计及规范允许范围内，均未超过25mm设计报警限值。证明了该组合支护结构能有效控制坡顶变形，保证了基坑边坡安全稳定。

5结束语

通过本工程的施工实践，证明了在市区基坑支护施工中可根据项目基坑周边情况灵活选用支护形式，它在施工场地狭窄且地质条件复杂的情况下，充分利用了土钉墙施工简便，成本较低的特点，以及预应力锚杆组合结构支护的适应性和安全性等特点，有效地保证了施工安全、降低了工程造价，又缩短了工期，取得了较为显著的成效。因此此类组合支护结构体系无论在技术上还是经济上都占有明显的优势，在深基坑支护应用方面会有很大的发展空间。