加筋水泥土桩锚在天津软土基坑中的应用案例

加筋水泥土桩锚在天津软土基坑中的应用案例

廖春华 杨帆

天津市地质工程勘测设计院有限公司，天津， 300191

摘要：加筋水泥土桩锚是一种新型的支护工艺，与传统的普通锚索相比，该技术具有抗拔承载力强、安全性高、工程造价低、工期短、施工方便等很多优点。本文结合天津某基坑工程的工程实例，介绍了加筋水泥土桩锚的设计和施工经验，根据监测结果和现场开挖情况，加筋水泥土桩锚对控制基坑变形效果良好，为天津等软土地区加筋水泥土桩锚技术的推广应用提供了工程借鉴。

关键词：基坑支护；软土地区; 加筋水泥土桩锚；基坑监测

0 引言

天津市属于软土地区，土质相对较软弱，且地下水位较高，部分区域存在较深厚的淤泥质土，流塑状态，属于高压缩性的软弱土，物理力学指标较差。随着城市建设规模不断发展，基坑深大化、支护形式多样化、基坑周边的环境也越来越复杂，基坑周边紧邻地铁、已有建筑、市政道路及管线等地下构筑物，对变形有严格的要求^[1]。因此，天津市基坑设计及施工大多采用双排桩、排桩或地连墙+内支撑的支护形式，但双排桩施工造价高、支护变形大、支护所需空间大且适用性相对较差，而后者采用内支撑体系，基坑内布置较密集的立柱桩，因此存在支撑混凝土养护时间长、土方开挖难度极大、钢筋混凝土消耗大、拆撑周期长等诸多弊端，因此，发展新型的支护工艺是目前天津等软土地区基坑面临的重要难题^[2]。

加筋水泥土桩锚工艺就是在这种背景下发展和推广应用，已制定《加筋水泥土桩锚支护技术规程》，且加筋水泥土桩锚也已经在国内多个软土地区的基坑工程中进行了应用，并取得了很好的效果^[3]。本文详细介绍了天津某基坑中加筋水泥土桩锚支护的设计与施工情况，并通过监测数据和现场开挖情况，反应了该工艺对基坑变形控制的效果良好，便于土方开挖及地下结构施工，证明了加筋水泥土桩锚工艺在天津等软土地区基坑中具有一定的适用性和推广前景。

1 加筋水泥土桩锚简介

常规锚索支护技术经济性较好，工艺成熟，施工进度快，但存在易塌孔、成孔难、锚固力不足等缺点，不适应于软土地区的基坑支护^[4]。加筋水泥土桩锚是近些年发展起来的一种创新型的支护工艺，是在常规锚杆技术的基础上发展起来的。加筋水泥土桩锚是利用高压旋喷钻机按一定的角度在土体中钻进成孔形成大直径的高压旋喷状体与传统锚索相结合而成的一种新型支护结构，钻孔时利用钻杆将钢绞线等加筋材料带入土体之中，钻孔达到锚固体设计深度以后，通过钻杆注入高压水泥浆液，通过钻头的旋喷嘴向土体喷射一定配合比的水泥浆，并将水泥浆液与土体充分搅拌后，逐渐将钻杆旋转退出，形成较大直径的高压旋喷桩体，形成由桩锚与岩土体共同作用的支护结构^[5]。高压旋喷桩有效的解决了软土地区常规锚索遇到的缩径及塌孔的难题，形成了变直径、大直径的高压旋喷桩体，增大了锚固体与土体的接触面积，很好的提高了锚固体的抗拔承载力；同时有效改善软土的力学性质，提高支护桩后主动区土体的内摩擦角、粘聚力和防渗漏性能。加筋水泥土桩锚支护工艺具有以下特点：

(1)传统锚索施工工艺相比，加筋水泥土桩锚将钻孔、加筋、高压旋喷注浆一次完成，提高了锚固体周围的土体抗剪强度，增大了锚固体的直径，具有抗拔承载力高大、可靠性高、主动加固土体的特点，适用于软弱地区土层的基坑支护^[6]。

(2)在软土地区，与钢筋混凝土内支撑相比，采用加筋水泥土桩锚工艺可节约大量钢筋混凝土材料、有利于土方开挖与运输、便于地下结构的施工、大大缩短工期；同时对基坑变形控制效果良好，降低工程造价，具有很好的社会和经济价值。

(3) 通过现场锚杆拉拔试验可确定加筋水泥土桩锚的抗拔承载力，验证桩锚设计与施工的安全性和可靠性，及时对桩锚设计相关参数进行调整，结合基坑监测，确保基坑的安全稳定。

(4)当加筋水泥土桩锚在软土地层中形成支护体系后，则形成一种重力锚固式的主动支护与锚固体，有效降低土体应力水平，再通过预应力张拉，从而控制主动区土体和围护桩的变形。此外，采用多道桩锚，可改善围护桩的受力条件，降低围护桩弯矩^[7]。

(5)节省支护空间，桩锚施工作业所需空间小，适用于各类场地条件。

2工程实例

2.1工程概况及周边环境

天津市某基坑项目位于宝坻区大杨庄村，拟建物为住宅，设2层地下车库，基坑面积约为46800m2 ，基坑周长约为950m，基坑挖深8.85m。

基坑周边紧邻现场环形施工道路，过重车，施工荷载超过20kPa，场地较平坦，无放坡空间，基坑周边无重要构筑物及管线。

根据《基坑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012），基坑安全等级为二级^[8]。

2.2工程地质与水文地质条件

勘察场地位于天津市宝坻区，本场地位于华北平原北部，本次勘察区域属冲积、海积低平原地貌。本基坑开挖影响范围内的各层土的物理力学指标如下表1所示：

表1 与基坑相关的土层物理力学指标

2.3水文地质条件

勘察期间测得场地地下潜水水位如下：静止水位埋深0.0～3.7m,相对于大沽高程2.09～2.88m。表层地下水属潜水类型，主要由大气降水及附近河流径流补给，以蒸发和径流形式排泄，水位随季节有所变化，受周边径流水位影响，年变幅范围约0.5～1.0m。

2.4整体设计思路

本次设计方案结合了基坑情况及场地特点，在保证安全的前提下，根据业主单位要求，基坑周边紧邻施工环形道路，过重车，荷载较大，不具备放坡条件，从安全、经济的角度出发，结合施工周期、施工工艺及场地布置等因素，确定方案的整体思路如下：基坑整体挖深9.8m，采用钻孔灌注桩+2道加筋水泥土桩锚的支护形式，三轴搅拌桩全封闭止水，大口井坑内降水结合明排。基坑支护剖面图如图1所示。

图1 基坑支护剖面图

基坑竖向设置2道桩锚，桩锚技术参数见表2。两道桩锚的扩大头段均进入物理力学性质相对较好的土层，有利于改善桩锚的蠕变效应，提高抗拔承载力。

表2 桩锚参数表

基坑支护体系的计算采用基坑规范推荐的竖向弹性地基梁法^[9]，粘性土按水土合算计算，粉土按水土分算，土体的c、φ值采用直剪快剪指标标准值，地面超载取20kPa，采用同济启明星软件进行验算。计算结果见表３。

表3 支护剖面计算结果

2.4总体施工顺序

依据基坑支护设计图纸，为确工程进度及施工质量，先进行第一层桩锚施工作业面的开挖，待有工作区域之后，桩锚施工可与土层开挖同时进行，为后续的加筋水泥土桩锚施工进一步提供工作区域。

本基坑工程总体采用钻孔灌注桩＋三轴搅拌桩止水＋2道加筋水泥土桩锚的支护形式。

基坑支护总体施工流程：灌注桩及三轴搅拌桩施工→第一步土方开挖→第一道桩锚施工→冠梁施工→第一道锚杆张拉→第二步土方开挖→第二道桩锚施工→第二道锚杆张拉→第三步土方开挖到底→施工基础及地下结构。

3 基坑施工及监测

3.1桩锚施工要点

（1）加筋水泥土桩锚施工主要流程是钻孔插筋注浆、养护张拉和锁定。根据本场地地层、桩径及桩径要求，桩锚施工设备采用XL-50型高压旋喷钻机。

（2）本工程桩锚杆件用抗拉强度为1860MPa的3根1×7φs15.2mm预应力钢绞线加工而成，制作前查验进场材料合格证、质量证明书齐全，同时进行复检，合格后方可使用。高压旋喷水泥浆液可采用42.5 级普通硅酸盐水泥，水灰比为 1.0，要求桩锚体成桩水泥掺量≥30%，围檩采用20a 工字钢双拼。

（3）旋喷高压注浆过程中，注浆压力与锚固体成桩直径存在一定的比例关系，但注浆压力越大对周围土体的扰动越大，如何在成桩直径和对周围土体扰动问题上找到一个平衡点，确定一个最合适的成桩半径，是今后设计与施工中需要解决的难题。

（4）大面积桩锚施工前应进行单根锚杆的拉拔基本试验，拉拔试验数量不少于3根，拉拔试验应在锚固体强度达到3MPa或14d后进行。

3.2土方开挖及变形监测

本工程自围护桩和止水帷幕施工完成至地下结构施工出正负零，总工期约260天，在土方开挖过程中，严格遵循“先锚后挖、分层分段开挖、严禁超挖”的原则，及时施工基础底板及垫层，本基坑历经一个雨季和冬季的考验，施工过程中未发生渗漏现象，土方开挖及降水进展顺利，现场开挖效果如图3所示。

开挖过程中对基坑周边的支护桩进行了水平位移监测，并对地面沉降进行了监测。基坑施工完成后，周边地面的沉降在20mm以内，支护桩桩顶水平位移基本都在30mm以内，监测结果见图4。根据监测数据，加筋水泥土桩锚起到了很好的控制支护结构位移和周边沉降的作用，基坑一直处于安全稳定状态，满足保护周边环境要求。

图3基坑开挖到底的实景图

图4 支护桩顶位移随时间变化曲线

5 结论

（1）天津某基坑工程地处天津深厚软土地区，开挖深度深，地质条件差，采用灌注桩+ 2道加筋水泥土桩锚的支护形式的设计是安全经济合理的。

（2）在保证基坑及周边环境安全的前提下，基坑采用灌注桩+加筋水泥土桩锚的围护形式相较于传统的钻孔灌注桩+内支撑的围护形式，节约造价约30% ，缩短了工期2～3个月，土方开挖及地下结构的施工十分便利。

（3）基坑监测结果表明，加筋水泥土桩锚对基坑变形起到了很好的控制作用，满足规范及保护周边环境的要求。

（4）加筋水泥土桩锚在软土地区基坑项目的成功应用，体现了作为一种新的围护型式的优势，具有广泛的应用前景。

参考文献:
［1］郑刚，刘瑞光.软土地区基坑工程支护设计实例[M].北京: 中国建筑工业出版社，2011:29-30

［2］裴勇.加筋水泥土桩锚支护试验结果分析及工程应用[D].辽宁工程技术大学，2008

［3］CECS 147加筋水泥土桩锚支护技术规程[M].北京: 中国计划出版社, 2016

［4］刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京: 中国建筑工业出版社，2009

［5］JGJ120-2012建筑基坑技术规程[S].北京: 中国建筑工业出版社，2012

［6］曾建华,闫玲,赵云飞.加筋水泥土桩锚在天津某软土基坑中的应用[J].路基工程,2013,(1):126-133

［7］蒋忠银,娄鹏,路威.高压旋喷锚杆在软土深基坑支护设计中的应用研究[J].水利水电技术,2016,47(2):46-49

［8］周民, 黄磊. 加筋水泥土桩锚施工技术[J]. 建筑技术开发, 2014, 41(10): 13-16

[9] 张乐文,李术才.岩土锚固的现状与发展[J].岩石力学与工程学报,2003,22(Z1):2214-2214