祝冰青

（安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 231603）

隨著城市建設(shè)的發(fā)展、建筑用地的緊張，建筑物的高度和荷載越來(lái)越大，加之地下空間的有效利用，深基坑施工的需求越加廣泛。由于土質(zhì)、開挖深度、施工工藝、技術(shù)、施工機(jī)械、建設(shè)投資等條件的不同，深基坑支護(hù)的形式多種多樣。樁+錨索支護(hù)在深基坑支護(hù)中是一種經(jīng)濟(jì)效益較好的支護(hù)方法，它是利用樁和預(yù)應(yīng)力錨索共同形成聯(lián)合體抵抗排樁上受到的彎矩和變形，共同承擔(dān)樁后的土壓力。在深基坑支護(hù)中樁+錨索支護(hù)比內(nèi)支撐形式提供更多的土方開挖面，便于土方快速機(jī)械開挖，縮短土方開挖工期。

1 樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)由錨索（桿）、腰梁、錨具、圍護(hù)樁、冠梁組成。錨索（桿）分為自由段和錨固段，錨索（桿）采用二次注漿，其中自由段通常采用黃油涂抹并用塑料薄膜纏裹或者外套PVC管處理，保證其不受水泥漿影響；錨索一般用鋼絞線，錨桿采用錨筋。腰梁材料多采用型鋼，其中工字鋼較多，為了保證腰梁與圍護(hù)樁之間的傳力和耐久，中間用混凝土澆筑，錨具采用鋼墊板和高強(qiáng)螺栓。圍護(hù)樁采用鋼筋混凝土樁或組合加勁混凝土樁。冠梁采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟為土壓力計(jì)算，圍護(hù)樁在各種工況下的位移、彎矩、剪力計(jì)算，圍護(hù)樁的樁徑、配筋、樁距、錨索（錨桿）驗(yàn)算，冠梁設(shè)計(jì)，整體穩(wěn)定性、抗傾覆、抗隆起驗(yàn)算。

1.1 土壓力計(jì)算

一般采用Zemochkin方法進(jìn)行樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)土壓力分析，作用在樁上的集中力用帶有剛度的彈簧表示，賦予每種土層一個(gè)剛度系數(shù)，同時(shí)錨索（桿）也用帶剛度的彈簧表示。靜止土壓力根據(jù)彈性平衡條件求解，與土層自重應(yīng)力成正比，引入靜止土壓力系數(shù)，分析靜止土壓力強(qiáng)度，根據(jù)合力計(jì)算方法求解靜止土壓力。目前工程中常用的計(jì)算軟件較多，在軟件中考慮基坑深度、嵌固深度、放坡信息、荷載大小、土層參數(shù)、支錨道數(shù)、支錨信息等因素，根據(jù)開挖步驟工況信息，采用彈性法土壓力模型和經(jīng)典法土壓力模型計(jì)算土壓力。

1.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)開挖卸載的工序不同，考慮開挖、錨索（桿）施工的工況，利用彈性法、經(jīng)典法土壓力模型計(jì)算內(nèi)、外側(cè)土壓力及樁身產(chǎn)生的位移、彎矩、剪力，進(jìn)行樁身強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算。彈性土壓力和經(jīng)典土壓力計(jì)算條件和計(jì)算假定不同，故計(jì)算結(jié)果差距較大。經(jīng)典法計(jì)算簡(jiǎn)單，彈性法接近實(shí)際土壓力分布，考慮樁和土的相互作用，在軟件中都需考慮。如圖2所示為某項(xiàng)目（設(shè)置2道錨索）5中工序下的位移、彎矩、剪力包絡(luò)圖（彈性法用藍(lán)色表示，經(jīng)典法用紅色表示）。冠梁按受彎構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算截面和配筋。錨索（桿）的設(shè)計(jì)根據(jù)所采用錨索（桿）材料級(jí)別，判別其材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和彈性模量，根據(jù)彈性法和經(jīng)典法分別計(jì)算錨索（桿）水平方向內(nèi)力和軸向內(nèi)力，確定其自由段、錨固段長(zhǎng)度，然后進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算。

1.3 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)基坑設(shè)計(jì)要求，樁+錨索支護(hù)必須進(jìn)行整體穩(wěn)定、抗傾覆驗(yàn)算和抗隆起驗(yàn)算。整體穩(wěn)定驗(yàn)算在我國(guó)常采用瑞典條分法，應(yīng)力狀態(tài)有有效應(yīng)力法和總應(yīng)力法，根據(jù)軟件驗(yàn)算整體穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范即可?？箖A覆驗(yàn)算，采用公式（1）驗(yàn)算抗傾覆系數(shù)，滿足規(guī)范要求即可。

式中，Mp為基坑被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩，對(duì)于錨索（桿），支點(diǎn)力為錨索或錨桿的錨固力和抗拉力的較小值。Ma為基坑主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩。

由于基坑開挖導(dǎo)致坑內(nèi)土體產(chǎn)生的荷載卸除，坑外土體的自重及支護(hù)外地面上的各種荷載作用，導(dǎo)致基坑外土體產(chǎn)生向著基坑內(nèi)的位移，即為隆起現(xiàn)象，這種現(xiàn)象可引起坑外產(chǎn)生較大沉降或相鄰建筑物破壞，所以抗隆起驗(yàn)算必不可少?？孤∑痱?yàn)算從支護(hù)結(jié)構(gòu)底部開始逐層進(jìn)行滿足規(guī)范要求即可。

2 樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工關(guān)鍵

根據(jù)安徽地區(qū)樁+錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工藝，總結(jié)施工關(guān)鍵為樁身質(zhì)量控制、預(yù)應(yīng)力錨索（桿）質(zhì)量控制。

2.1 樁身質(zhì)量控制

樁位：嚴(yán)格根據(jù)圖紙進(jìn)行樁位放線，控制其水平位置和高程位置，偏差不應(yīng)超過50mm。

垂直度：樁身成孔過程中一定要控制其垂直度，垂直度偏差不應(yīng)超過0.5%。若采用組合加勁混凝土樁，型鋼要控制好與冠梁中心線的垂直。

2.2 預(yù)應(yīng)力錨索（桿）質(zhì)量控制

錨索（桿）成孔：孔位置準(zhǔn)確，統(tǒng)一在支護(hù)樁上標(biāo)記，鉆孔傾角按照?qǐng)D紙要求，偏斜不超過5%，孔中嚴(yán)禁注水，及時(shí)做好成孔保護(hù)。

錨索（桿）安裝：當(dāng)成孔深度達(dá)到圖紙要求，放入錨索（桿），不能將孔放置時(shí)間長(zhǎng)。錨索采用鋼絞線，錨桿采用錨筋，安裝時(shí)每隔1.5m設(shè)置一對(duì)中支架。

注漿：采用兩次注漿方式，第一次低壓注漿為重力注漿，第二次高壓注漿，兩次注漿的時(shí)間間隔為4～5h，控制兩次注漿的水灰比。

自由段留置：自由段要不受水泥漿影響，一般采用黃油涂抹并用塑料薄膜纏裹或者外套PVC管。

預(yù)應(yīng)力張拉：當(dāng)錨固段強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的75%后方可張拉，先進(jìn)行預(yù)張拉1～2次，然后按設(shè)計(jì)荷載的1.05～1.1倍進(jìn)行超張拉，穩(wěn)定5～10min后，減少至設(shè)計(jì)荷載鎖定。

3 深基坑支護(hù)施工優(yōu)化

將BIM技術(shù)運(yùn)用到深基坑支護(hù)施工管理中，根據(jù)三維模型模擬施工，對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化處理，可節(jié)約施工工期和施工成本。

3.1 工程概況

某項(xiàng)目地處主干道交口，屬于車流、人流密集地段及沉降敏感區(qū)域，該工程深基坑工程施工較為復(fù)雜，原設(shè)計(jì)有一側(cè)采用排樁+雙斜撐支護(hù)形式。

通過BIM建模，模型如圖3所示，模擬施工過程發(fā)現(xiàn)：第一次開挖土方至第一道斜撐安裝后，第二次開挖的預(yù)留土范圍只有4.5m高，水平寬度6.3m的空間，小挖機(jī)不具備施工作業(yè)面，如采用人工破碎的方式，工期將延后3個(gè)月以上。即使第二次開挖預(yù)留土能夠成功實(shí)施，第二道斜撐順利安裝，但是第二道斜撐下至筏板底標(biāo)高只有4.95m高，且斜撐下角度只有35度，挖機(jī)無(wú)法作業(yè)。只有采用人工開挖形式，工期遙遙無(wú)期。

3.2 優(yōu)化方案

通過與設(shè)計(jì)單位溝通，建議取消兩道斜撐、樁頂擋板，取消轉(zhuǎn)角處鋼筋砼支撐，不改變樁徑，增加支護(hù)樁長(zhǎng)度，采用放坡+樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，見圖4所示。設(shè)計(jì)單位對(duì)該方案重新進(jìn)行計(jì)算，滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，同時(shí)建設(shè)單位也認(rèn)為此方案施工可行。

利用BIM建模軟件，構(gòu)建三維模型，設(shè)計(jì)開挖順序，模擬施工過程。用小型挖掘機(jī)挖至工作面，即可調(diào)用大型挖掘機(jī)翻土。當(dāng)挖土挖至坑底最內(nèi)側(cè)時(shí)，采用小型挖土機(jī)械進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。這樣設(shè)計(jì)挖土順序和機(jī)械，提高整個(gè)基坑的土方開挖效率。土方開挖中嚴(yán)格基坑變形監(jiān)測(cè)，隨著基坑深度增加，監(jiān)測(cè)到基坑坡頂水平、豎向位移離報(bào)警值較遠(yuǎn)。雖然測(cè)出軸力增加，但在規(guī)范允許范圍內(nèi)，基坑周邊道路及建筑物也未發(fā)現(xiàn)沉降及其他變形異?，F(xiàn)象。

3.3 優(yōu)化效果

經(jīng)過對(duì)原設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，有利于現(xiàn)場(chǎng)土方大型機(jī)械施工，出土難度減小、出土速度快，減少支護(hù)工程施工難度，縮短支護(hù)施工周期。開挖由人工轉(zhuǎn)為大型機(jī)械，開挖成本降低，經(jīng)濟(jì)效益增加。從基坑監(jiān)測(cè)來(lái)看，基坑的累計(jì)變形及日變形速率均沒達(dá)到報(bào)警值。

4 結(jié)語(yǔ)

樁+錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)是目前深基坑處理中的經(jīng)濟(jì)效益和工程效益都較好的支護(hù)方案，該方法比地下連續(xù)墻施工難度小，成本低，同時(shí)施工需要的作業(yè)面小，適用的土質(zhì)范圍廣，能處理10m以上的深基坑。但樁錨支護(hù)也存在資源浪費(fèi)、影響環(huán)境及影響周圍地下工程等的缺點(diǎn)，希望后期能采用樁錨支護(hù)材料的綠色回收。