虞國宏

【摘? ? 要】：為消除基坑開挖對周邊既有地下管線及構(gòu)筑物影響，提出采用壓力型擴(kuò)體樁錨新型支護(hù)體系替代傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)。以實(shí)際工程為例，采用有限元分析，通過與常規(guī)內(nèi)支撐、樁錨工藝對比，驗(yàn)證了壓力型擴(kuò)體樁錨方案的優(yōu)越性。

【關(guān)鍵詞】：深基坑；復(fù)雜周邊環(huán)境；新型支護(hù)體系；壓力型擴(kuò)體樁錨

【中圖分類號】：U448.35【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）03-24-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.008

Application Analysis of A New Support System-pressure-type Expanded

Pile Anchor

YU Guohong

（Tianjin Municipal Engineering Design & Research Institute Co. Ltd.， Tianjin 300392，China）

【Abstract】：In order to eliminate the influence of pit excavation on existing underground pipelines and structures around， this paper introduces the new supporting system-pressure expanded pile anchor to replace traditional supporting structure. Using actual project as an example， the paper adapts finite element stress analysis， compares with the conventional internal support and pile anchor technology and verifies the superiority of pressure expanded pile anchor.

【Key words】：deep pit；complex surrounding environment；new support system；pressure expanded pile anchor

隨著城市建設(shè)發(fā)展，基坑工程在方案選型時(shí)面臨復(fù)雜的地下條件，需根據(jù)不同要求控制建構(gòu)筑物或管線變形[1～2]。實(shí)際工程中可以采用雙排樁解決錨桿、土釘、支撐等支護(hù)結(jié)構(gòu)受實(shí)際條件限制而無法實(shí)施的問題[3]；但支護(hù)結(jié)構(gòu)選型需考慮經(jīng)濟(jì)性，雙排樁結(jié)構(gòu)可能較多情況下因造價(jià)偏高而不被采用。本文結(jié)合雙排樁、傾斜樁等的作用機(jī)理[[4～5]，創(chuàng)新優(yōu)化出壓力型擴(kuò)體樁錨結(jié)構(gòu)。

1 工程概況

某工程為市政道路與某建筑地下室連接的過渡地下廣場?；影ǖ叵聫V場、進(jìn)出BC通道，呈極不規(guī)則形狀，最大開挖深度約為11.0 m。見圖1。

場地為微丘陵地貌，沿線高程大多在17.886～21.390 m。場地勘察深度范圍內(nèi)地下水類型主要包括上層滯水，賦存于人工填土中；四系孔隙潛水，場地內(nèi)主要含水層為局部分布的殘積砂土層；基巖裂隙水，基巖裂隙水含水層主要為裂隙較為發(fā)育的中風(fēng)化巖。

2 工程難點(diǎn)

基坑南側(cè)為現(xiàn)狀市政道路，地下有供水總管、高壓線、燃?xì)夤艿榷喾N現(xiàn)狀管線存在，保護(hù)要求最高的為DN1 800 mm供水總管（鑄鐵壓力管），與基坑最近約為5.2 m。該供水總管承擔(dān)著該地整個(gè)片區(qū)的水源生命線；因此變形按最嚴(yán)格等級進(jìn)行控制，變形量控制在30 mm內(nèi)。

3 支護(hù)方案

3.1 方案比選

常規(guī)支護(hù)方案有?1 000 mm@1 400 mm灌注樁+混凝土支撐或預(yù)應(yīng)力錨索。見圖2。

此兩種常規(guī)方案存在以下局限性：

1）排樁+內(nèi)支撐方案采用混凝土支撐時(shí)，靠近既有建筑側(cè)亦需要設(shè)置灌注樁，使得基坑整體造價(jià)較高；分工序施工，后期拆撐存在一定安全隱患，施工速度較慢且開挖工作面受限、出土速度慢；分層開挖，需等待支撐施工達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可開挖，工期長；

2）排樁+預(yù)應(yīng)力錨索方案預(yù)應(yīng)力錨索傾斜打入，伸入鄰近地下空間，首道錨索與南側(cè)供水總管豎向空間存在沖突；分層開挖，分層制作腰梁及后期養(yǎng)護(hù)等對工期影響大，工期長。

針對項(xiàng)目工期、造價(jià)和周邊條件的限制，采用壓力型擴(kuò)體樁錨作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，沿基坑側(cè)壁排列設(shè)置由前排支護(hù)樁（墻）、后排豎向拉錨以及樁（墻）頂部與豎向拉錨頂部梁板組成支擋式結(jié)構(gòu)。見圖3。

壓力型擴(kuò)體樁錨支護(hù)體系后排擴(kuò)體錨樁分為錨桿普通錨固段、錨頭擴(kuò)大段。本工程中后排擴(kuò)體錨樁錨固段為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，錨固段長度為6.0 m，錨樁抗拔力特征值180 kN，錨樁擴(kuò)大頭段為水泥土芯體+鋼構(gòu)芯體、高壓旋噴注漿段；實(shí)施時(shí)旋噴擴(kuò)孔后應(yīng)立即植入壓力型擴(kuò)體錨頭及錨桿。擴(kuò)體錨固段注漿采用高壓注漿工藝，水泥凈漿灌注，漿液應(yīng)攪拌均勻并過篩，隨拌隨用，漿液應(yīng)在初凝前用完，注漿水灰比0.5，囊內(nèi)注漿體設(shè)計(jì)強(qiáng)度≮20 MPa。

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證壓力型擴(kuò)體樁錨支護(hù)體系的合理性，基于Plaxis2d有限元軟件建立橫斷面尺寸為50 m×25 m的2D模型，分析基坑的安全性及變形是否滿足要求。見表1-表2和圖4。

支護(hù)側(cè)壁結(jié)構(gòu)最大位移處為樁頂附近主動(dòng)土側(cè)區(qū)域，位移30～32 mm；坑內(nèi)土層呈回彈變形狀態(tài)，最大回彈量為47.5 mm。

對模型中結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力進(jìn)行分析。見圖5。

結(jié)構(gòu)體系中，擴(kuò)體錨樁產(chǎn)生162 kN的拉力；連板的最大剪力和最大彎矩位置均為連板與支護(hù)樁剛接處，最大剪力和最大彎矩分別為166.4、522.7 kN/m；支護(hù)樁的最大剪力和彎矩分別為218.3、548.4 kN/m。

支護(hù)樁水平位移及總位移＞30 mm；坑外供水管周邊土體最大為25.2 mm，小于供水管控制位移30 mm。

4 應(yīng)用效果

支護(hù)樁樁頂水平及豎向變形總體控制在13 mm以內(nèi)。見圖6。

5 結(jié)論及建議

相較于常規(guī)支護(hù)結(jié)構(gòu)方案，壓力型擴(kuò)體樁錨支護(hù)體系在項(xiàng)目實(shí)施過程中，體現(xiàn)了多個(gè)方面的優(yōu)勢：

1）較好控制了周邊地面及供水管等重要地下管線的變形；

2）施工工序相對較為簡單，基坑作業(yè)面較大，無常規(guī)內(nèi)支撐施工及拆撐換撐工序，施工過程相對安全，無分層施工步驟，極大地加快基坑施工速度；

3）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工速度較快，無內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，方便基坑土方開挖與出土、地下室結(jié)構(gòu)施工；

4）不同于常規(guī)水平錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索的水平設(shè)置，新型壓力型擴(kuò)體樁錨為垂直打入，不需要突破紅線、不會(huì)打入到鄰近建構(gòu)筑物基礎(chǔ)下方，對于禁止錨索超過紅線的城市具有較大的技術(shù)優(yōu)勢；

5）與采用常規(guī)內(nèi)支撐排樁或樁錨方案相比，本項(xiàng)目基坑造價(jià)減少約21%～37%，優(yōu)勢明顯。

應(yīng)用新型壓力型擴(kuò)體樁錨支護(hù)體系時(shí)，仍需注意以下事項(xiàng)：

1）當(dāng)基坑頂部荷載較大時(shí)，基坑監(jiān)測變形急劇增加，因此需嚴(yán)格控制基坑頂超載或動(dòng)荷載；

2）當(dāng)坑底土體較軟弱時(shí)，可能較容易發(fā)生變形，對深厚填土、淤泥質(zhì)土等地層應(yīng)用需進(jìn)一步論證和試驗(yàn)；

3）壓力型擴(kuò)體樁錨支護(hù)體系為新型工藝，擴(kuò)體錨樁的成樁質(zhì)量關(guān)乎著基坑安全穩(wěn)定性，對施工施工水平有較高要求。

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