桩锚支护体系在北京-地铁车站深基坑中的应用

第２６卷　第４期　市　政　技　术　Ｖｏ１．２６　Ｎｏ．４　２００８年７月　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｊｕｌ，２００８　文章编号：１００９—７７６７（２００８）０４—０３４８—０３　桩锚支护体系在北京一地铁车站深基坑中的应用　李　波　（北京市轨道交通建设管理有限责任公司，北京　１０００３７）　摘要：以北京地铁１０号线亮马河车站北侧深基坑支护为例，阐述了应用钻孑Ｌ灌注桩及预应力土层锚杆（索）的设计与　施工，并以现场监控量测数据为依据，分析了桩锚护壁体系的安全稳定性，得出了一些初步结论，对土质地层钻孑Ｌ灌注桩　及预应力土层锚杆（索）的设计与施丁有一定的参考价值。从施＿Ｔ效果来看，柔性支护比刚性支护更能真实反映基坑变形　及安全状态，施工质量和过程支护监测对深基坑安全的控制效果较好，可在同类地下ｈＩ二程中推广应用。　关键词：钻孑Ｌ灌注桩；预应力土层锚杆（索）；深基坑支护；监控量测　中图分类号：ＴＵ　９４２　文献标志码：Ｂ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　Ａｎｃｈｏｒ　Ｐｉｌｅ　ｆｏｒ　Ｄｅｅｐ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｐｉｔ　ｏｆ　ａ　Ｓｕｂｗａｙ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｌｉ　Ｂ０　１工程概况　①层、粉土③层、粉质黏土③１层、粉土③层、粉质黏　北京地铁１０号线亮马河站位于东三环北路和亮　土③１层、粉质黏土④层、粉土④２层、粉质黏土④层、　马桥路交岔路口的东侧。沿东三环北路东侧南北向布　粉细砂⑤２层、粉质黏土⑥层、黏土⑥１层、中粗砂⑦１　置，是目前北京最深的地铁基坑之一。亮马河站主体　层、卵石⑦层等土层，基底处于粉质黏土⑥层上。　总长２０８．９　ｍ，宽２０．９　ｍ。纵向由３段结构组成，北端结　２．２水文地质　构长４９．４　ｍ。采用明挖顺作法施工，为地下三层三跨　场地范围有３层地下水。第１层水为上层滞水。　的箱型框架结构；中间段长８６．９　ｍ，由于受４　３００　ａｒｍ￣　第２层水为潜水，第３层水为承压水。　２　８００　ａｍ的热力方沟埋深的限制。采用暗挖法施工．　上层滞水水位标高３４．５８　ｍ，实际位于地面以下　为单层三跨双连拱的暗挖结构；南端结构长７２．６　ｍ．　２～５　ｍ。潜水水位标高为２２．３　１　ｍ（水位埋深为ｌ　５．７０　ｍ）。　采用中跨局部盖挖顺作法施工。　第３层水属承压水。水位埋深为１９．６～２２．７　ｍ。车站　车站两端设有区间盾构接收井，明挖基坑标准段　底板已进入承压水，地下水丰富。　深约２２　ｍ。端头井深约２３．８　ｍ。顶板覆土约４．３　ｍ；标　３工程重点与难点　准段宽２０．９　ｍ，端头井宽２４．４　ｍ，北侧最宽处为２８．２　ｍ；　１）该基坑是目前北京最深的地铁基坑之一。最深　车站北端基坑结构东侧紧临后施工的汇佳大厦。　达２３．８　ｍ：周边环境复杂。重要地下管线多，且紧临东　本文主要论述车站北基坑的设计与施工情况。　三环。对地层变形要求严格，施工风险大。　２工程地质与水文地质　２）基坑东侧与后建的汇佳大厦相邻，净距１．２　ｍ，　２．１工程地质　汇佳大厦的基坑深度为１８．６　ｍ，如何为后建的汇佳　车站范围地面标高约３８．８２　ｍ，场地范围内的土　大厦预留施工条件是该站施工的重点之一。　层自上而下分别为：人工杂填土①１层、人工填土　４　围护结构设计与施工方案的确定　收稿日期：２００８—０３—３１　４．１　基坑保护等级及变形控制标准　作者简介：李波（１９６６一），男，辽宁沈阳人，工程师，主要从事铁道工程　亮马河站基坑最深２３．８　ｍ，根据基坑规模与周边　建设技术管理。　环境条件，主体基坑保护等级定为一级。基坑变形控　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第４期　桩锚支护体系在北京一地铁车站深基坑中的应用　・３４９・　制标准：地面最大沉降量≤０．１５％日（３３　ｍｍ）；支护结　构最大水平位移≤０．２％Ｈ（４４　ｍｍ），且≤３０　ｍｍ。　４．２设计方案确定　度。根据北京地区的施工经验，如按规范的公式计算，　锚杆的锚固段一般较长，普遍偏于保守，另外该工程　锚杆采用高压二次灌浆工艺，通常采用该工艺后锚固　体的拉拔力要提高很多，因此，该工程锚杆锚固体的　长度主要是以工程类比为主，计算为辅。首先根据经　验确定一个值，然后主要通过在相同地层做锚杆的拉　拔力试验进行调整，如果锚杆的承载力不能满足设计　要求．需要重新调整设计参数和施工工艺，直至满　足为止。现以该工程第４层锚杆为例，锚杆的拉拔力　（轴力）设计值为ｌｌ１９　ｋＮ，设计参数为锚固体直径　０２００　ｍｍ，锚固段长度２１　ｍ，锚杆的拉拔力试验的　根据北京地区的经验和计算，基坑围护型式采用　０８００＠１４００钻孑Ｌ灌注桩，桩的人土深度为６～７Ⅱ】’桩　顶设冠梁，内支撑形式通常采用钢支撑。但该工程基　坑北端为后建的汇佳大厦，车站施工时应为后建的汇　佳大厦预留施工条件，为此，北端基坑采用桩锚支护　体系，横向为一桩一锚，竖向设４层锚杆。具体方案如　下：西侧基坑的护坡桩外放７００　ｍｍ，施作主体结构侧　墙时锚杆、腰梁及锚具不拆除，以便基坑东侧的汇佳　大厦施工时起到支挡基坑西侧土体的作用，确保建成　的地铁结构的安全。　４．３围护结构计算　极限值１　５８４　ｋＮ，锚杆的分项系数为１．３，１　５８４／１．３＝　１　２１８　ｋＮ＞１　ｌｌ９　ｋＮ．满足设计要求。　２）钢绞线承载力验算　明挖支护型式为多支点桩结构．采用同济大学　“启明星”软件进行内力变形及稳定性计算。即采用弹　性支点杆系有限元法计算，被动土压力按弹性地基梁　考虑，其水平抗力系数采用“ｍ”法。　计算结果如下：施工期间桩体的最大水平位移　２１．８　ｍｍ；桩最大弯矩设计值１　０８６　ｋＮ．ｍ；锚杆最大拉　拔力ｌｌ　１９　ｋＮ（第４层锚杆）。　５锚杆支护结构的计算与施工　５．１锚杆的计算　锚杆的计算主要包括锚杆锚固力和钢绞线承载　力的计算。　１）锚杆锚固力计算　以该工程第４层锚杆为例：采用１　８６０级７０ｓ　１５．２　ｍｍ（１ｘ７型）钢绞线，设计抗拉强度１　３２０　ｋＰａ；钢　绞线截面积１３９ｘ７＝９７３　ｍｍ　；钢绞线设计承载力：Ⅳ＝　９７３ｘ１　３２０＝１　２８４．３６　ｋＮ＞１　１１９　ｋＮ，满足设计要求。　５．２土层锚杆的施工　１）施工工艺流程　根据设计．北基坑深度方向设置锚杆４层，每层　参数详见图１所示，分别内设２根、４根、６根和７根　０１５．２　ｍｍ的高张低松弛预应力钢绞线，桩问采用挂　网喷射Ｃ２０混凝土，并设２１２５和２１３２两种钢腰梁，锚　杆水平一桩一锚、间距为１．４　ｍ，锚杆倾角１５。，设计　拉力值分别为１６３　ｋＮ、６３８　ｋＮ、１　０５５　ｋＮ和１　ｌｌ９　ｋＮ，　锚杆锚固力的计算主要是进行锚固体与其周围　土体摩阻力的计算．以确定锚固体的直径和锚固段长　锁定值为设计值的６０％～７０％。　施工工艺流程如下：　地面标高３８　８　、　＼＼＼＂　一　＼　＼　积　ｃ＼＼　＝ｌ　Ｏ。ｋ＾Ｐａ＼＼　＼＼＼＼＼＼　ｒ　　－　‘　！　ｊ　；ｒ＝１９　ｋＨ　粉细砂　ｃ＝Ｏ　ｋＰａ　如２２。～３０　６ｌ００　｝　底板底标高　　ｆ６　７００　砂ｌ卵石层夹细中租砂，几ｕ几　ｅ＇８００￣灌注桩　图１基坑支护体系及地质图　维普资讯 http://www.cqvip.com ・３５０・　市政技术　桩体位移／ｍｍ　．第２６卷　挂网喷射桩间混凝土一测量定位锚索位置一钻　机定位一钻进下锚一拔套管一冲孑Ｌ一灌浆一安设钢　腰梁、锚具一张拉一锁定锚杆。　—０　０　Ｊ２　＿６　－、　一。　｝　２）施工控制要点　８　ｌＯ　ｌ２　，　①钻孔定位水平方向误差不大于５０　ｍｍ，垂直　一／　／　方向误差不大于１００　ｍｍ：②锚杆安放角误差不大于　±０．５。；③锚固体强度大于１５　ＭＰａ时，方可进行张拉；　④锚杆分级施加锚固力至设计锚固力的１．１倍，再释　放到锁定值张力后锁定。　６监控量测与结果分析　６．１监控量测项目及成果　地表沉降监测（基坑有８个侧壁，所布地面点垂　直侧壁８个方向共设２４个点。监测基坑外１３．７　Ｉｎ范　围）；支护结构水平位移（基坑每个侧壁安装１个，共　安装８个桩体侧斜管）；土层锚杆轴力（每层安设８个　监测点）。监测项目及主要成果见表１。土层锚杆轴力　变化值见表２，地表横向沉降曲线图见图２，支护水平　位移见图３。　表１监测项目及主要成果表　序号　监测项目　控制基准　实测最大值　１　地表沉降／ｍｍ　３０　２４　支护结构水平位　移（桩体侧斜）／瑚ｍ　３０　２３．５　３　土层锚杆轴力　设计锁定值６０％剩余锁定值６５％　距基坑壁距离，ｍ　耋ｋ薹　　图２地表横向沉降曲线图　６．２监控量测成果分析　从以上监测成果分析。可得出以下结论：１）基坑　侧地表横向沉降槽底靠近基坑壁，沉降槽呈抛物线分　布，基坑侧影响范围为４０ｍ，约为２　；锚索长度２６ｍ，　主、被动土压作用后，会在基坑远端呈现裂缝，显著影　醋点一——２ｌ４６８０　．：一　　一。　口，　，Ｆ　一。／／—２２＿　／　／／　／　基坑底ｔ２４　ｔ　－２６　８　柱底一３ｏ　图３支护结构水平位移曲线图　响区域为基坑底部（０／２＋４５。）范围，此处约为２６　ｍ。　２）基坑支护结构水平位移为２３．５　ｍｍ，与计算值较为　接近．约为开挖深度的０．１％．这说明支护结构承受　了较大的主动土压力。３）土层锚杆的拉拔力最大值保　持在５００　ｋＮ左右，远小于锚杆的承载力设计值和计算　值，说明锚索处于低应力水平，基坑是安全的、稳定　的。４）锚索的变化直接反映基坑受力情况的分布，单　方向锐减和激增都是存在的，但必须注意及时与其他　监测手段结合进行综合分析、评定支护结构的安全状　态．该工程遇到轴力锐减后，综合分析并进行重新张　拉后发现锚杆的锚固力并未减少．我们认为支护结构　是稳定的。　７结论与建议　１）该工程采用钻孔灌注桩加４层土层锚杆的支　护方案为后建的汇佳大厦预留施工条件．实践证明是　可行的；该工程锚杆间距１．４　Ｉｎ，突破了《土层锚杆设计　与设计规范＞＞（ＣＥＣＳ　２２：１９９０）要求，实践证明是可以的。　２）从基坑的监测数据看，锚杆的拉力仅为设计值　的５０％～６０％．说明该地区实际土压力远比设计值要　小．可为今后的设计和施工提供一些参考。　３）监控量测是施工过程中的必要手段．可通过量　测数据的不断反馈。进一步指导设计和施工。　参考文献：　［１】闫莫明，徐祯祥，苏自约．岩土锚固技术手册［Ｍ】．北京：人民　交通出版社．２００４．　［２】冶金部建筑研究总院．ＣＥＣＳ　２２：１９９０土层锚杆设计与施工　规范『ｓ】．北京：中国建筑工业出版社，１９９０．　［３】余志成，施文华．深基坑设计与施工［Ｍ】．北京：中国建筑工　业出版社，２０００．　［４］黄强，惠永宁．深基坑支护Ｔ程实例集［Ｍ】．北京：中国建筑　工业出版社。１９９９．