大角度锚杆在紧邻地铁深大基坑中的应用

1??工程概况

国家会议中心二期项目地上3层，高45m，设2层地下室，结构型式为钢筋混凝土框架–剪力墙结构，基础型式为平板筏形基础，设计室内±0.000标高为45.2m，设计室外地坪标高为43.800m。本工程基坑深14.3m，东南角局部开挖深度21m，基坑平面东西长约196m，南北宽约465m，面积约91140㎡。

该工程周边环境较为复杂。基坑南侧分别有：环隧、大屯路下沉道路、15号地铁线、15号线地铁奥林匹克公园站F出口。其中，环隧匝道断面尺寸7.15?m×8?m，其埋深约4~9?m，采用明挖方式施工，支护方式为支护桩+土钉墙。环隧匝道到结构外墙线最近距离为4.1?m，最远距离为24.9?m；其支护桩长度约12?m，埋深为4~6?m，支护桩距离外墙最近距离仅有2.3?m。下沉道路断面为32.6?m×5.8?m，采用明挖方式施工，支护方式为明开挖+围护桩，下沉道路距离结构外墙线距离约21.9?m。15号线地铁断面尺寸24.2?m×8.98?m；埋深约19?m，采用盾构方式施工。

2??工程地质、水文地质条件

本工程场地勘探范围内的土层划分为人工堆积层（ Q _m ^l ）、第四纪沉积层（ Q ₄₁ ^al+pl ）两2大类。勘察期间在勘探深度范围内观测到4层地下水。第一层潜水：稳定水位埋深为4.90~8.30?m（标高40.20~36.590?m），该层水主要赋存于 ② 砂质粉土~粘质粉土、 ② 2粉细砂、 ③ 1砂质粉土~粘质粉土、 ③ 2细砂层中。第二层层间水：稳定水位埋深为12.10~ 15.50?m（标高32.630~29.700?m），该层水主要赋存于 ④ 1粘质粉土～砂质粉土、 ④ 2细砂层中。第三层层间水：稳定水位埋深为16.30~19.10?m（标高28.480~ 25.790?m），该层水主要赋存于 ⑤ 1砂质粉土~粘质粉土、 ⑤ 2细砂层中。第四层承压水：承压水测压水头稳定水位埋深为24.10~26.80?m（标高20.960~ 17.270?m），该层水主要赋存于 ⑥ 1砂质粉土~粘质粉土、 ⑥ 2细砂、 ⑦ 细砂及以下含水层中。

3??基坑支护设计概况

本工程围护结构采用双排 ? 1000@1500钻孔灌注桩+2道大角度预应力锚杆支护体系。位于双排支护桩中间的旋喷桩即用作止水，又起到加固双排桩间土的作用。钻孔灌注桩桩长22.3?m，嵌固深度长为8?m，桩身混凝土为C30；共设置两道锚索，锚杆长度24.5~25.5?m，直径150?mm，水泥采用P·O42.5水泥。锚杆标准值250~260?kN。本工程锚索由于南侧地下环隧及大屯路下拉槽道路的缘故，锚杆倾角设置为40°，属于大角度锚索。

4??设计难点及解决措施

4.1??设计难点

基坑支护临近地铁、环隧等重要地下构筑物时，当基坑深度较深且周边环境敏感复杂时，多用内支撑支护体系。由于工期较为紧张，采用内支撑体系会大幅度增加工期及结构施工难度，采用大角度锚杆，锚杆所提供的水平向锚固力能否满足基坑土压力需求是本工程的重点及难点。采用桩锚支护对于基坑周边的变形控制较内支撑来说相对较弱，尤其是对沉降变形要求严格的地铁及环隧区域而言，如何控制大角度锚杆支护下的变形也是本工程的重点及难点。

4.2??解决措施

（1）对于变形控制要求严格的区域。1）设计按照2‰ H （ H 为基坑深度）控制基坑水平位移。2）采用双排钻孔灌注桩，桩间旋喷桩加固，增大竖向支护构件的刚度，南侧后开挖，坑内预留反压土支护。3）采用全套管钻机避免孔壁坍塌，应先施工后排桩，再施工前排桩，间隔成桩的施工顺序。4）地下水位以下的锚杆成孔时采用套管护壁成孔工艺以保证孔壁稳定，成孔完成后立即灌浆，防止孔壁坍塌；并进行多次补浆，注浆饱满密实，注浆过程中应减小水对孔壁冲刷，进而减小土体损失，降低沉降。5）对基坑周边重要建筑物，特别是南侧紧邻地铁处加强观测。

（2）对于锚杆施工过程中，锚杆打穿止水帷幕造成的地下水流失而导致的地表沉降，在锚杆施工结束后，尽快对锚杆孔进行封堵，并在二次注浆过程中，水泥浆中掺入少量水玻璃，进行二次封堵。

（3）临近地铁肥槽优先回填，采用C20素混凝土回填，肥槽回填应对称、均匀进行；邻近地铁侧的地下室底板外挑至支护桩侧，并与其顶紧；在地下室楼板结构施工过程中，在楼板标高处设置换撑板带。

5??施工及监测

5.1??施工关键技术要求

5.1.1??坡面排水

基坑周边采用C20混凝土打设地坪，与基坑冠梁相接部位设置排水沟，及时进行坡顶排水。

5.1.2??旋挖全套管施工

（1）桩机就位。由信号工指挥桩基就位，就位过程中要时刻观察周边环境，一旦出现突发状况，及时停机。由当班班长统一指挥，桩机就位移动前看清上、下、左、右各方面情况，发现障碍物应及时清除。桩机移动结束后认真检查定位情况并及是纠正。

（2）护筒埋设。护筒埋设时利用旋挖扭力护筒旋转插入土中，边下沉护筒边用起重机吊放接头护筒到位进行拼接下沉。护筒中心与桩位中心偏差不得大于50?mm。护筒埋设保持垂直，倾斜率应小于1%。

（3）钻进成孔。开钻前应根据护筒标高、桩顶设计标高及桩长，计算出桩底标高，以便钻孔时加以控制（用百米测绳）。钻进过程中经常检查钻杆垂度，确保孔壁垂直，并须控制钻头在孔内的升降速度，以防因浆液对孔壁的冲刷及负压而导致孔壁塌方。

（4）下钢筋笼、浇筑混凝土。钢筋笼吊放时使钢筋笼中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。下完钢筋笼后检查沉渣量，混凝土灌注连续进行，中间不得间断，待混凝土浇筑完毕，卸完导管后起拔钢护筒。

（5）凿除桩头。为确保桩顶混凝土强度，灌注桩施工完毕后，将桩顶浮浆层剔凿至少0.5?m，至设计桩顶标高。 

5.1.3??预应力锚杆施工

（1）基坑南东侧靠近地铁，施工速度不能过快，且必须跳打施工。成孔时必须双管双进，内管不能大于外管10?cm，防止土层被水过度冲刷。锚杆成孔采用套管跟进工艺。

（2）预应力锚杆采用（3~4） φ 15.2钢绞线，抗拉强度标准值1?860?MPa。锚杆孔径150?mm，每1.5~ 2.0?m设一个定位环，前部设导向帽。锚杆全长度注 浆，采用水灰比0.5~0.6水泥浆，水泥采用P·O42.5普通硅酸盐水泥。

（3）锚杆均采用二次注浆工艺，且二次注浆压力不得小于2.0~2.5?MPa。

（4）锚杆施工范围有留下的土钉及部分环隧施工护坡桩，本次锚杆施工时不可避免会遇到，施工时采取如下方法解决：1）选用凿岩能力强的套管钻机，可直接凿碎桩体混凝土，遇到钢筋直径不大时能直接凿穿；2）遇钢筋直径较大（如大于16?mm），改用金刚石岩芯钻头切除。

（5）锚杆须严格按照计算的入射角施工以躲避地铁等地下构筑物。

5.2??基坑开挖及回填

在围护结构封闭且地下钻孔灌注桩、冠梁达到设计强度后方可开挖，采用分层对称均衡的开挖原则，临近重要地下构筑物时采用抽条开挖的方式。土方开挖过程中，不得超挖欠挖，需提供锚杆成孔施工工作面宽约6?m。锚杆施工完成并张拉完成1?d以上可进行土方开挖，开挖时铲头不得撞击钢腰梁及锚头。开挖的弃土应堆放在远离重要地下构筑物侧，基坑边线2倍基坑深度外。开挖至基底以下0.3?m时，改用人工开挖至基底。临近地铁等重要地下构筑物侧优先回填肥槽，减少暴露时间，肥槽采用C20素混凝土。

5.3??基坑监测

本工程属于超大深基坑，周边存在地铁、环隧等对变形敏感的地下建筑物，施工监测需严格按照设计要求频率及精度来进行测量。为保证测量精度的准确性，本工程采用人工监测与自动化监测并行，由于临近地铁和大屯路隧道等重要建筑物，除按照一级基坑监测要求布置观测点设置监测限值以外，还需采用有限元计算模拟、其他类似相关工程经验经过评估的变形控制指标，将控制值的80%作为报警值，70%作为预警值。通过对照人工测量及自动化测量数据，及时处理并分析数据，一旦出现数据变化异常的情况，需及时分析数据异常原因并采取必要的措施，保证基坑及周边地铁及环隧的安全稳定运行（图1）。

图1??基坑监测点平面布置示意

因南侧紧邻地铁等重要地下构筑物，因此变形控制要求严格，支护结构水平变形预警值分别为11?mm, 12?mm，控制值为15?mm，变形速率为2.0?mm/d。变形最大值发生在基坑1009号点，累计最大水平位移量13.9?mm；第三方监测的数据小于控制值要求，一切均符合地铁等部门的相关要求。

6??结束语

基坑施工各项监测数据均在设计及产权单位要求之内，根据基坑监测数据分析及现场施工情况反馈，基坑及周边构建筑物均处于稳定状态。各项监测结果表明，大角度的锚杆下穿地铁等地下建筑物底板的双排桩基坑支护结构在基坑开挖及地下室施工期间的工作状态是安全有效的，强度和变形均在安全使用范围，说明基坑支护结构设计考虑全面，安全经济，施工质量良好。