桩锚结构在超大型深基坑工程中的应用

桩锚结构在超大型深基坑工程中的应用摘要：建筑深基坑钻孔灌注桩+锚索支护结构是将受拉杆件的一端固定在开挖基坑的稳定地层中，另一端与围护桩相联的基坑支护体系，它是在岩石锚杆理论研究比较成熟的基础上发展起来的一种挡土结构，安全经济的特点使它广泛应用于边坡和基坑支护工程中。另外，在基坑内部施工时，开挖土方与桩锚支护体系互不干扰，能有效的缩短工期，尤其适用于复杂施工场地及对工期要求严格的基坑工程。昆明市西山区螺蛳湾中央商务区（二级CBD）二期建设项目基坑采用多种围护形式相结合的施工方案，包括旋挖灌注支护桩、预应力锚杆、高压旋喷桩、水泥搅拌桩、混凝土结构支护。通过合理安排支护施工、降水、土方开挖等工序，并结合基坑监测，经济合理地完成了超大型基坑的支护和土方开挖，保证了基坑和周边建筑物的安全。前言基坑工程是一个古老而具有时代特点的岩土工程课题，放坡开挖和简易木桩围护可以追溯到远古时代.事实上，人类土木工程的频繁活动促进了基坑工程的发展.特别是在20世纪，随着大量高层、超高层建筑以及地下工程的不断涌现，对基坑工程的要求越来越高，随之出现的问题也越来越多，迫使工程技术人员须从新的角度去审视基坑工程这一古老的课题，导致许多新的理论、新的经验或研究方法得以出现与成熟.基坑支护工程的内容一般包括以下几点：1、岩土工程勘察与工程调查。确定岩土参数与地下水参数；测定邻近建筑物、周围地下埋设物（管道、电缆、光缆等）、城市道路等工程设施的工作现状并对其随地层位移的限值作出分析。2、支护结构设计。包括挡土墙围护结构（如连续墙、柱列式灌注桩挡墙）、支承体系（如内支撑、锚杆）以及土体加固等；支护结构的设计必须与基坑工程的施工方案紧密结合，需要考虑的主要依据有：当地经验，土体和地下水状况，四周环境安全所允许的地层变形限值，可提供的施工设施与施工场地，工期与造价等。3、基坑开挖与支护的施工。包括土方工程、工程降水和工程的施工组织设计与实施。4、地层位移预测与周边工程保护。地层位移既取决于土体和支护结构的性能与地下水的变化，也取决于施工工序和施工过程。如预测的变形超过允许值，应修改支护结构设计与施工方案，必要时对周边的重要工程设施采取专门的保护或加固措施。5、施工现场量测与监控。根据监测的数据和信息，必要时进行反馈设计，用信息化来指导下一步的施工。深基坑支护技术的现状现代大城市的高层建筑基坑具有深、大的特点，挖深一般在15～20m之间，宽度与长度达100m.基坑邻近多有建筑物、道路和管线，施工场地拥挤，在环境安全上又有很高要求，所以过去对基坑支护结构的选型比较单一，基本上均采用柱列式灌注桩挡墙或连续墙作为围护结构，当用明挖法施工时照例采用多道支承。其他的支护型式如国内外广为应用的钢板桩挡墙或桩板挡墙由于刚度较弱、易透水以及打桩振动和挤土效应对城市环境的危害，已很少用于建筑深基坑这类很深的基坑中。但是近年来兴起的土钉支护尤其是复合土钉支护，在合适的地质条件下有望成为建筑深基坑的选型，而逆作法施工在国内已日趋成熟。我国深基坑工程特点(1)深基坑工程具有很强的区域性和实践性岩土工程区域性强，岩土工程中的深基坑工程，区域性更强。如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中，深基坑工程差异性很大，即使是同一城市不同区域也有差异。由于岩土性质千变万化，而其地质埋藏条件和水文地质条件极其复杂，往往造成勘察所得到的数据离散性很大，精确度低，难以代表土层的总体情况。因此，深基坑开挖要因地制宜，具体问题具体分析，不能简单地完全照搬经验。(2)深基坑工程具有很强的个性深基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关，还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关。因此，对深基坑工程安全等级进行分类、对支护结构允许变形规定统一的标准是非常困难的，应结合施工场地实际情况具体问题具体分析。(3)基坑工程具有很强的综合性深基坑工程涉及土力学中强度、变形和整体稳定、渗流等基本课题需要综合处理。有的基坑工程土压力引起支护结构的稳定性问题是主要矛盾，有的土中渗流引起土体破坏是主要矛盾，有的基坑周围地面变形是主要矛盾。深基坑工程的区域性和个性强也表现在这一方面。同时，深基坑工程是岩土工程、结构工程及施工技术相互交叉的学科，是多种复杂因素相互影响的系统工程，是理论上尚待发展的综合性学科。(4)深基坑工程具有较强的时空效应深基坑的深度和平面形状，对深基坑的稳定性和变形有较大影响。在深基坑设计中，要注意深基坑工程的空间效应。软土土体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性。作用在支护结构上的土压力随时间变化，蠕变将使土体强度降低，使土坡稳定性减小，故基坑开挖时应注意其时空效应。(5)深基坑工程具有较强的环境效应深基坑工程的开挖，必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对相邻建筑物、构筑物及市政地下管线产生影响，严重的将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用。施工过程中还会产生噪声和浮尘，土方及材料运输会干扰交通，对周围环境和居民生活都有较大影响。(6)深基坑工程具有较大工程量及较紧工期由于深基坑开挖深度一般较大，工程量比浅基坑增加很多。降雨以及开挖土体暴露时间长，都对结构稳定不利。因此，抓紧施工工期，不仅是施工管理上的要求，它对减小基坑变形、周围环境的变形及减少事故都具有特别的意义。(7)深基坑工程具有很高的质量要求由于深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域，有时其支护结构还是地下永久结构的一部分，而地下结构的好坏又将直接影响到上部结构。所以，必须保证深基坑工程的质量，刁一能保证地下结构和上部结构的工程质量，创造一个良好的前提条件，进而保证整幢建筑物的工程质量。另一方面，由于深基坑工程中的挖方量大，土体中原有天然应力的释放也大，这就使基坑周围环境的不均匀沉降加大，使基坑周围的建筑物出现不利的拉应力，地下管线的某些部位出现应力集中等，故而深基坑工程的质量要求高。(8)深基坑工程具有较大的风险性深基坑工程是个临时工程，安全储备相对较小，因此风险性较大。由于深基坑工程技术复杂，涉及范围广，事故频繁，因此在施工过程中应进行监测，并应具备应急措施。深基坑工程造价较高，但一般为临时性工程，业主一般不愿投入较多资金，一旦出现事故，造成的经济损失和社会影响往往十分严重。(9)深基坑工程具有较高的事故率深基坑工程施工周期长，从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程，常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件，安全度的随机性较大，事故的发生往往具有突发性。据有关资料统计，深基坑工程事故的发生率一般约占基坑工程数量的20%左右，有的城市甚至占30%左右。(10)深基坑工程具有很高的不确定性土体内部物质成分、结构构造、强度特征、应力历史、物理力学性质以及环境、荷载条件等不同使得任一点土性可能都有较大的变异性，其所能提供的土抗力(基床)系数、抗剪强度指标存在很大的离散性;另外，采取土样受扰动而与现场土样不一致:仪器本身存在着一定的精度;统计样本数量少或统计方法本身存在不足，另外还有土性参数间的相关性等，这些因素都使得土性参数具有极大的不确定性。支护体系的组成基坑支护体系一般包括两部分：挡土体系和止水降水体系。基坑支护结构一般要承受土压力和水压力，起到挡土和挡水的作用。一般情况下支护结构和止水帷幕共同形成止水体系。但还有两种情况：一种是止水帷幕自成止水体系，另一种是支护本身也起止水帷幕的作用。常见支护结构类型关于支护结构有多种不同的分类方法，结合《建筑基坑支护技术规程(JGJ120一99)，按支护结构工作机理和围护墙的型式可分为图1一1所示几种类型:深层搅拌水泥土桩水泥挡土墙高压旋喷桩粉体喷射注浆桩墙钢板桩板桩式钢筋混凝土板桩型钢横挡板钻孔灌注桩排桩和板墙式桩排式挖空灌注桩支护结构现浇地下室连续墙板墙式预制装配式连续墙土钉墙边坡稳定式喷锚网逆作拱墙式放坡图1一1常见支护结构类型支护结构应具有挡土、防渗功能。上述支护结构中，有的类型除能挡土外，本身亦具备或基本具备挡水、防渗功能，如深层搅拌水泥土桩、高压旋喷桩、地下连续墙、组合式支护结构等。而有些类型的支护结构本身具备挡水、防渗功能，如排桩式支护结构，用于地下水位较高地区则需在其背后加作防水帷幕，最常用的防水帷幕是一定厚度的深层搅拌水泥土桩或高压旋喷桩挡墙。在这些组合中，都是针对各段特有的地质条件、工程要求、场地条件而能充分发挥各种的功能特长，用支撑、拉锚、防渗、截水、加固、卸载等措施而形每一个具体的支护体系，共同达到整体最优效果。以下分别介绍几种常用的支护形式。深层搅拌水泥土挡墙水泥土搅拌桩（或称深层搅拌桩）：是重力式围护墙，利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质水泥加固土。水泥土墙宜用：于坑深≯6m；基坑侧壁安全等级为一、二级；地基土承载力≯150kPa的情况。水泥土墙的优缺点：优点：由于坑内无支撑，便于机械化快速挖土；环境影响小,止水性能好，比较经济。缺点：不宜用于深基坑；桩体强度较低;稳定性差、位移变形大。三轴高压搅拌桩机以及水泥土搅拌桩深层搅拌桩机的组成深层搅拌桩机机组：1—主机；2—机架；3—灰浆拌制机；4—集料斗；5—灰浆泵；6—贮水池；7—冷却水泵；8—道轨；9—导向管；10—电缆；11—输浆管；12—水管水泥土搅拌桩施工工艺搅拌桩成桩工艺可采用“一次喷浆、二次搅拌”或“二次喷浆、三次搅拌”工艺，主要依据水泥掺入比及土质情况而定。水泥掺量较小，土质较松时，可用前者，反之可用后者。当采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺时可在图示步骤e）作业时也进行注浆，以后再重复d）与e）的过程。891012457611123图“一次喷浆、二次搅拌”施工流程a)定位；b)预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；d)重复下沉搅拌；e)重复提升搅拌；f)成桩结高压喷射旋喷桩高压喷射旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基达到加固。特点：施工占地少、振动小、噪音较低，但容易污染环境，成本较高，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。适用：高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、粘性土、黄土、碎石土等地基。三管高压旋喷桩土钉墙支护天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉(亦称砂浆锚杆)并与喷射砼面板相结合，形成类似重力挡墙的土钉墙。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作,形成复合土体，以抵抗墙后的土压力，利用复合土体的自稳达到支护目的，保持开挖面的稳定。也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。（c)（b)（a)123245436a）土钉剖面b）土钉面层喷锚c）土钉节点土钉墙特点：（1）形成土钉复合体、显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力。（2）施工设备简单，由于钉长一般比锚杆的长度小的多，不加预应力所以设备简单。（3）随基坑开挖逐层分段开挖作业，不占或少占单独作业时间，施工效率高，占用周期短。（4）施工不需单独占用场地，对现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性。（5）土钉墙成本费较其他支护结构显著降低。（6）施工噪音、振动小，不影响环境。（7）土钉墙本身变形很小，对相邻建筑物影响不大。土钉墙适用条件：地下水低于土坡开挖段或经过降水措施后使地下水位低于开挖层的情况。适用于具有一定密实度的中细砂土、砾石土、粘性土、粉性土、含有30%上粘土颗粒的砂土边坡。而对于变形较快的松散砂土、软塑、流塑黏性土及软土，需用土钉支护需慎重考虑，必须时预先加固土体，或者采取其他改良措施。常用于开挖深度不大、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护。土钉墙施工地下连续墙地下连续墙是于基坑开挖之前，用特殊挖槽设备、在泥浆护壁情况下开挖基槽，然后下钢筋笼浇注混凝土形成的地