劉 琦

（遼寧省建筑設計研究院巖土工程有限責任公司，遼寧 沈陽 110005）

1 概述

在上覆深厚填土，下臥花崗片麻巖的典型“上軟下硬二元地層”地區(qū)，當基坑臨近樁基礎的既有建筑物時，采用大角度錨索將錨索錨固段進入到樁基礎樁端以下的穩(wěn)定巖層中，既可以避免采用內(nèi)支撐方案對地下結(jié)構(gòu)施工的影響，又可以減小錨索對周邊樁基礎的影響。本文通過介紹大角度錨索的方案，旨在總結(jié)該方案支護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的變形規(guī)律，以提出相關注意事項供工程技術人員參考。

2 工程概況

某工程位于撫順市城東新區(qū)，場區(qū)所處地貌單元為河流沖積階地。

擬建26#～28#高層建筑，采用框剪結(jié)構(gòu)，筏板基礎，地上34 層，大底盤地下室為地下2 層。場區(qū)整平地面標高為88.80m，基礎底標高為78.20m，開挖深度10.60m，強風化巖層頂標高為77.47～78.93m，基坑底部位于強風化花崗片麻巖層頂±0.73m?；幽媳睂挾燃s54m，東西長約223m，周長554m，占地面積12518m2。

2012年之前場區(qū)局部因人工挖砂取土致使大部分區(qū)域原始土層缺失,堆積大量回填物且未整平,擬建場區(qū)挖砂后未及時回填而形成一水塘，2014 年前后，因45#～47#樓建設的需要，對本場區(qū)進行了回填。

本文主要針對支護難度較大的南側(cè)ABC段基坑進行論述。

ABC 段基坑外側(cè)臨近建筑物：擬建高層地下室外墻與南側(cè)圍擋距離為3.1m，地下室外墻與45#樓的距離為11.0m，與46#樓外墻的距離約9.0m，45#～47#樓場地回填土層底標高為78.16～81.96m，回填土厚度為6.84～10.64m。45#～47#樓為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上6 層，設1層半地下室，地下室埋深約2.2～2.5m，樁基礎（螺旋鉆孔壓灌混凝土樁，樁徑為400mm）單樁豎向承載力特征值為450kN，采用2～4 樁承臺，樁端進入持力層強風化巖0.8～1.0m。

ABC 段基坑外側(cè)臨近管線：擬建高層地下室與45#～47#樓之間埋藏眾多管線，管線主要分布于45#～47#樓外墻以北6.5m 范圍內(nèi)。管線有供電、通訊、自來水、供暖、燃氣、雨水、污水管線，最靠近基坑邊的為供暖管線?；悠矫鎴D見圖1。

圖1 基坑平面圖

3 工程地質(zhì)條件

3.1 水文條件

場內(nèi)地下水埋藏類型為第四系松散層孔隙潛水，局部具承壓性，地下水主要含水層為砂土和圓礫層，相對隔水層為粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)土層，天然條件下其補給源主要為大氣降水及河流側(cè)向補給，排泄以蒸發(fā)和地下徑流為主，水位有季節(jié)性變化，年變化幅度為1.50m 左右，地下水抗浮設防水位標高為85.30m。表1為各土層的滲透系數(shù)經(jīng)驗值。

表1 各層土的滲透系數(shù)經(jīng)驗值

3.2 地層條件

2012 年年初對擬建場地進行勘察，勘察鉆孔深度范圍內(nèi)揭露地層主要為雜填土層與第四系全新統(tǒng)沖洪積層，基底由太古界花崗片麻巖組成，各巖土層工程地質(zhì)特征分述如下：

①雜填土層：場區(qū)因人工挖砂致使大部分區(qū)域原始地基土被剝離，地表廣泛分布雜填土層，其呈雜色或黃褐色，主要成分為砂土、碎石、碎磚、粘性土、灰渣及建筑垃圾等組成，局部層底為擾動淤泥質(zhì)土、砂土，欠固結(jié)，松散，稍濕—飽和。層底埋深0.80～10.50m，層厚0.80～10.50m，層底標高78.08～86.01m。

①1素填土層：該層分布不連續(xù)。黃褐色，主要成分為砂土、粘性土、碎石組成。松散，稍濕—飽和。層底埋深1.50～7.10m，層厚1.50～7.10m，層底標高80.97～82.34m。

①2冰水層：該層分布在場區(qū)北側(cè)26#～28#地下室和46#、47#樓處的水塘之中，冰水層厚度0.60～3.70m，水底標高81.12～85.18m。

②淤泥質(zhì)土層：該層分布不連續(xù)?；液稚蚧液谏?，團粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，無搖震反應，干強度低，韌性低，切面略有光澤，具腥臭味，流塑，很濕，夾砂土薄層。層底埋深為3.00～6.80m，層厚0.50～3.10m，層底標高80.70～84.41m。

②1粉質(zhì)粘土層：該層分布不連續(xù)。黃褐色，局部灰綠色，局部夾有粉土或砂土薄層。軟塑，稍濕—濕。層底埋深為2.00～5.50m，層厚0.60～1.30m，層底標高83.44～85.32m。

③粗砂層：該層分布較連續(xù)。黃褐色，局部灰褐色，混有少量礫石，局部夾中細砂或淤泥質(zhì)土薄層。濕—飽和，松散，局部與粘性土或圓礫互層。層底埋深為2.30～9.20m，層厚0.50～6.20m，層底標高78.21～83.63m。

④圓礫層：該層在場區(qū)內(nèi)分布較連續(xù)，局部因人工取土已尖滅。礫石一般粒徑2～20mm，最大粒徑40～80mm，充填中粗砂，密實狀態(tài)多變，各亞層形狀不再贅述。

⑤構(gòu)造破碎帶：灰白色，局部灰綠色，主要成分為構(gòu)造蝕變次生礦物及構(gòu)造巖屑，充填斷層泥，構(gòu)造巖屑原巖成分為花崗片麻巖。

⑥1花崗片麻巖（強風化）：該層為場區(qū)基底巖石層。黃褐色，局部灰綠色，軟巖，巖體破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

⑥2花崗片麻巖（中等風化）：灰色或灰綠色，中等風化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，較軟巖，巖體較破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。

ABC段基坑外側(cè)典型地質(zhì)剖面參見圖2，相應地基土(巖)層物理力學指標參見表2。

表2 地基土(巖)層物理力學指標統(tǒng)計表

圖2 典型地質(zhì)剖面圖

2014年，因45#～47#樓建設的需要，對場區(qū)原水塘、低洼進行回填?；靥詈髨龅氐钠骄鶚烁呔?9.00m左右，形成上部為深厚填土的地層分布情況。

4 支護選型及降水設計

本文僅針對支護難度較大的南側(cè)ABC段進行論述。

支護方案：鑒于復雜、不利的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境，南側(cè)必須垂直支護，需要采用支護樁，支護樁需要嵌巖，并保證3.0m 以上的嵌固深度?？紤]到北側(cè)基坑放坡，則南北兩側(cè)難以形成連續(xù)貫通的水平內(nèi)支撐體系。如采用斜支撐，則斜撐需要穿越頂板、地下室側(cè)墻，地下結(jié)構(gòu)留置洞口太多；且基坑肥槽工作面狹窄，較大截面的混凝土圍檁難以實現(xiàn)。故不建議采用內(nèi)支撐、斜撐的方案。同時考慮現(xiàn)場平面尺寸，也不具備雙排樁施工條件，故考慮采用單排樁+錨索支護方案。

支護樁可有三種選擇：第一種螺桿樁，該設備功率較長螺旋大，鉆進過程基本不返土，可進入強風化巖，完成600mm直徑的支護樁；第二種旋挖樁，該設備預計需要280型以上，鉆進過程采用鋼護筒或泥漿護壁，可進入強風化巖，完成600～1000mm支護樁；第三種沖擊成孔，適用地層廣，速度慢。

南側(cè)錨索可采用如下方案：第一種，通過躲避45#～47#樓樁基礎的方式，施工傾角為10°～20°的普通錨索；第二種，采用大角度錨索，錨固段達到45#～47#樓樁基礎樁端以下。由于45#～47#樓回填土質(zhì)量無法評判、回填土類多種、而且存在原有水塘底層淤泥，眾多不確定性及考慮到錨索躲避45#～47#樓工程樁的難度，故決定采用第二種錨索方案。

最終確定支護方案確定為：單排樁+錨索支護。經(jīng)計算：支護樁采用?800@1300，設2～3 排45°角錨索，腰梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與支護樁植筋相連。支護方案詳見圖3、圖4。

圖3 AB段支護設計剖面圖（單位：mm）

圖4 BC段支護設計剖面圖（單位：mm）

降水方案：大口井降水+明排+盲溝。降水井布置于支護樁的外側(cè)（基坑外側(cè)降水）。盲溝縱橫網(wǎng)格狀布置于地下室大底板范圍內(nèi)，將水導向坑內(nèi)集水井。盲溝內(nèi)填充大粒徑碎石。支護結(jié)構(gòu)下部1.0m 左右不噴護，支護樁部位采用樁身插筋塞砂草袋進行反濾及排水，放坡部位采用堆碼砂袋進行反濾及排水，具體方案視工作面寬度而定?？觾?nèi)底板范圍內(nèi)的降水井施工過程中注意做好封井防水措施。

為保證基坑施工及使用期間安全，本工程采用動態(tài)設計法，信息化施工。

5 支護樁施工設備

根據(jù)調(diào)查，撫順當?shù)刈畲蠊β实拈L螺旋鉆機該場地可進入強風化巖1.2m；根據(jù)本工程場地的施工經(jīng)驗帶合金鉆頭的普通長螺旋鉆機可進入強風化巖0.8m；螺桿樁施工800mm直徑支護樁難度較大。綜合考慮施工機械的實用性及生產(chǎn)能力，最終采用旋挖鉆機進行支護樁的成孔施工?，F(xiàn)場實際先后采用了山河260 型旋挖鉆機及徐工280型旋挖鉆機，根據(jù)施工情況，本工程采用280型旋挖鉆機更適合。

6 錨索施工設備

不具透氣性且抗風能力差的地層采用高壓氣動的施工機械進行錨索或土釘成孔時，會使孔周邊土體產(chǎn)生很大的塑性區(qū)，即擾動影響比較大[1]。為保證基坑周邊建筑物及管線的正常使用，本工程設計方案要求錨索不得采用風壓鉆機成孔，應采用液壓頂驅(qū)鉆機或帶合金鉆頭的回轉(zhuǎn)鉆機成孔，鉆進過程應采用套管跟進。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，結(jié)合本工程的特點，選用安曼HDL-180C 型頂驅(qū)鉆機施工，該類型鉆機采用頂驅(qū)鉆機，避免了高壓氣動對土體的塑性破壞。在施工過程中，該鉆機的日進尺約為100m。

7 基坑監(jiān)測

本基坑工程ABC 段安全等級為一級，對基坑的樁頂水平位移、地面沉降、建筑物沉降、周邊管線沉降、錨索內(nèi)力等進行了監(jiān)測，監(jiān)測平面圖詳見圖5。

圖5 基坑監(jiān)測點平面圖

本工程于2020 年9 月開始基坑支護樁的施工，并于2020年11月中旬完成南側(cè)支護樁的施工，2020年12月4日開始挖土方至第一排錨索標高。受新冠疫情等影響，項目施工進展緩慢。2021 年3 月24 日開始挖土并陸續(xù)開始第一排錨索施工，2021 年6 月10 日第一排錨索張拉、鎖定；2021 年6 月14 日施工第二排錨索，2021 年7 月23 日第二排錨索張拉鎖定；然后陸續(xù)施工第三道錨索，大約于2021 年8 月30 日完成了第三排錨索的施工、張拉及鎖定。截至2022年3月7日，本項目尚在進行地下室主體的施工，南側(cè)局部區(qū)段基坑已回填。樁頂水平位移、地面沉降、建筑物沉降及周邊管線沉降的監(jiān)測數(shù)據(jù)（累計值）詳見表3～表6。

表3 基坑ABC段樁頂累計水平位移一覽表

表4 基坑ABC段地面累計沉降一覽表

表5 基坑ABC段臨近建筑物累計沉降一覽表

表6 基坑ABC段臨近管線累計沉降一覽表

基坑ABC段支護樁的水平位移主要發(fā)生在基坑開挖至第一排錨索標高的階段（圖6），分析原因為：2020年12月～2021年3月，錨索尚未施工，支護樁上部懸臂段土壓力較大，且經(jīng)歷冬季，基坑側(cè)壁受凍脹力影響較大；該階段的變形量約占到累計總變形量的50%～70%。第二、三排錨索施工階段，樁頂水平變形的增量較小。但在2022年11月～2022年3月，基坑第二次越冬，期間樁頂變形量均大于錨索施工各階段累計的變形量。根據(jù)分析，可知：基坑在越冬期間，支護樁懸臂高度及凍脹力對支護樁頂?shù)乃阶冃斡绊懽畲蟆?/p>

基坑ABC 段地面沉降主要發(fā)生在兩個階段，第一階段為2021 年3 月之前，該階段的沉降變形量約占到累計總變形量的60%。第二階段為2021年3～8月，沉降量約占到累計總變形量的40%。基坑第二次越冬期間，地面沉降或隆起量較小，可不予考慮。根據(jù)經(jīng)驗，第一階段的沉降主要是因為基坑采用上部放坡+下部樁錨支護的方案對地面沉降影響較大；第二階段主要是施工工藝（比如震動等）及支護結(jié)構(gòu)受力變形所造成的地面沉降。見圖7。

基坑ABC 段建筑物沉降主要發(fā)生在2021 年3～8月（圖8），該階段的沉降變形量約占到累計總變形量的50%～70%。即：樁基礎的沉降一直伴隨著錨索的施工持續(xù)發(fā)展，直至錨索施工完畢，沉降變形方才收斂、穩(wěn)定。由于建筑物采用的是樁基礎，與基坑的最小距離為6.2m，支護結(jié)構(gòu)的變形對建筑物的沉降影響較小。根據(jù)經(jīng)驗分析，建筑物沉降的主要原因應是錨索施工時的震動影響，受基坑開挖支護過程產(chǎn)生的變形的影響較小。

基坑與臨近建筑物之間的地下管線，沉降主要是發(fā)生在2021年3月23日～5月13日（圖9），即第一層錨索施工階段。有個別監(jiān)測點沉降過大，但經(jīng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)后期沉降都基本穩(wěn)定。該階段沉降較大的原因主要是錨桿施工時的震動，造成松散的雜填土產(chǎn)生了豎向變形。第二排、第三排錨索施工時，由于錨索角度較大，震動對上部管線的影響明顯減弱。

圖9 基坑ABC段管線沉降時程曲線

結(jié)合基坑周邊建筑物的沉降、管線的沉降，發(fā)現(xiàn)支護樁頂部的水平位移一直處于較小的狀態(tài)，尤其是錨索施工期間，樁頂水平變形增量不大于10mm?？梢酝茰y，錨索采用頂驅(qū)鉆機成孔的工藝對樁頂?shù)乃阶冃斡绊懖淮蟆?/p>

8 結(jié)論

（1）在上覆填土，下臥基巖的典型“上軟下硬”二元地層地區(qū)，基坑臨近采用樁基礎的既有建筑物時，采用大角度錨索并將錨索錨固段設置在樁基礎樁端以下的穩(wěn)定巖層中，既可以避免采用內(nèi)支撐方案對地下結(jié)構(gòu)施工的影響，又可以減小錨索對樁基礎的影響。大角度錨索方案具有適用性、可靠性，可為類似工程借鑒參考。

（2）對于上述地層的地區(qū)，確定合理的施工方案及選擇合理的施工設備都十分重要?；油鈧?cè)存在重要建筑物時，為避免高壓氣荷載的影響，錨索的施工設備不宜采用風壓成孔的鉆機，而應采用液壓頂驅(qū)鉆機或帶合金鉆頭的回轉(zhuǎn)鉆機成孔。從基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)規(guī)律可知，頂驅(qū)錨桿鉆機施工時的震動亦會對臨近采用樁基礎的建筑物產(chǎn)生影響，而且樁基礎的沉降一直伴隨著錨索的施工持續(xù)發(fā)展，直至錨索施工完畢，沉降變形方才收斂、穩(wěn)定，但樁基礎的累計沉降值基本都處于可控范圍；淺層錨索施工時的震動對上部管線的影響較大，隨著一排排錨桿標高的降低，底層錨索施工時的震動對上部管線的影響明顯減弱。采用頂驅(qū)鉆機進行錨索成孔時，對樁頂?shù)乃阶冃斡绊懖淮?，但應注意對周邊建筑物的沉降、管線的沉降的監(jiān)測。

（3）越冬期間的基坑，受凍脹力的影響，樁頂?shù)乃轿灰戚^大。建議越冬的基坑，盡量減小支護樁懸臂段高度，以控制樁頂?shù)乃阶冃巍?/p>

（4）采用放坡+樁錨支護的方案，上部放坡段的穩(wěn)定性及沉降控制同樣重要；放坡段較高時，可適當采用放緩坡度、土釘墻、注漿加固等方式對上部土體進行處理，以免地面發(fā)生過大沉降。