桩锚联合支护在地铁深基坑中的应用

陈 峰

(嘉民管理咨询(上海)有限公司，上海 200021)

近年随着城市交通规划的需要，城市轨道交通建设得到高速的发展。轨道交通的建设首先面临的是城市内地铁车站深基坑工程的开挖，在基坑工程施工过程中，由于城市内地质情况的不同以及紧邻周边建筑物，基坑开挖对地层产生扰动影响，可能会引起地表或附近构筑物沉陷和变形，危及基坑安全且失事后果严重，社会影响较大。因此，在地铁深基坑开挖过程中，要特别注意其施工安全性。在这过程中，一种合理支护方式的选择对基坑围护相当重要。

本文通过对北京地铁常营车站基坑桩锚支护体系的设计及施工工艺进行介绍，为以后类似施工提供工程借鉴。

1 工程概况

北京地铁6号线常营站位于朝阳北路与双桥东路十字路口之间，沿朝阳北路东西方向布置。为地下双层三柱四跨混凝土结构，站长为394 m，标准宽度为36.7 m。车站顶板埋深约3.8 m，底板埋深约18.6 m，端头井段最大开挖深度约为20.7 m。车站基坑支护采用桩锚支护体系。

车站地质情况主要如下:①1层粉土填土、①层杂填土、③层粉土层、③1层粉土层、④层粉质粘土、④2层粉土层、④3层粉细沙、⑤1层中粗砂、⑤2层粉细砂、⑥层粉质粘土、⑥1层粘土层、⑥2层粉土层、⑦2层粉细层。

拟建场地内赋存4层地下水，基坑开挖影响范围内地下水类型分别为上层滞水(一)、潜水(二)。上层滞水(一)水头标高一般在8 m～9 m之间，潜水(二)水头标高一般在9 m～14 m之间，含水层分别为④3层粉细砂及⑤1层中粗砂和⑤2层粉细砂。

2 支护方案

常营站支护形式采取钻孔灌注桩+锚索支护。围护桩采用φ800@1200 mm钻孔灌注桩。锚索设置为4道，第一道锚索为3桩2锚，杆体配筋为3根1860级1×17-15.2钢绞线;第二、四道锚索为一桩一锚，杆体配筋4根1860级1×17-15.2钢绞线;第三道一桩一锚，杆体配筋为5根1860级钢绞线。端头井局部扩大部位采用桩锚支撑体系和阴角处加设钢管支撑(φ609，t=16 mm)，桩间网喷C20混凝土。桩顶做钢筋混凝土冠梁。冠梁顶设置240 mm砖砌挡土墙，墙后土回填压实(见图1，图2)。

图1 车站支护结构平面图

图2 车站支护结构断面图

由于存在地下水，在基坑四周开挖线以外设置环形降水井，要求将水位降至底板下500 mm。

3 桩锚联合支护施工步骤

基坑土方开挖及支护工程是一项系统性很强的分部工程，且属于危险性较大分部分项工程，施工之前需要根据其地质条件、周边环境、基坑深度等实际条件，编制详尽的涉及施工方案的选择、环保、监测、质量、安全等专项安全施工方案，经审批且专家论证通过后，方可施工。

地下工程中，水是涉及其安全性的重要一点，故本工程在开挖一周前已完成降水、排水措施的设计及布置，并开始预降水，保证后续工作顺利进行。

桩锚联合支护施工工艺具体为:测放基坑上口边线→布设降水管井并预降水→上部放坡开挖至护坡排桩桩顶标高部位并做坡面土钉喷护→测放并施工基坑周边支护桩→施工冠梁连接支护桩→结合降水分层开挖土方并施工预应力锚索并做好基坑监测→根据监测结果调整施工进度直至基坑开挖和支护结构完成→持续监测、降水维持水位降深以满足要求。支护体系施工的关键是要与土方开挖相结合，施工顺序及工序衔接要恰当，严禁土方开挖施工超挖现象发生。

本工程具体施工步骤如下:

1)降水井成井施工及预降水。

降水井采用反循环工艺成井，降水井的布置、井深、管径、水管的选择严格按照设计图纸要求。本工程中降水井采用无砂水泥管，外包两层滤网，管径400 mm，滤料选择时应重点关注其粒径及含泥量。成井后应及时洗井，保证单井出水量，对井深进行测量保证符合设计要求。土方开挖之前需提前1周进行预降水，保证土方开挖时，水位在开挖面以下，同时安排专人每天对水位进行观测，及时发现水位变化。

2)围护桩和冠梁施工。

本工程采用钢筋混凝土灌注桩作为围护桩，围护桩采用桩径φ800，间距1200 mm沿基坑周边布设，桩身强度C30。施工采用旋挖钻机成孔，水下混凝土灌注，施工完成后对围护桩桩身完整性进行检测，优良率达100%。冠梁高800 mm，宽800 mm，混凝土强度等级与桩身强度相同。

3)锚索施工。

a.钻孔:锚索钻孔施工采用潜孔冲击式钻机。锚索钻孔主要内容有:设备就位、施工放线、钻进、检测、注浆、扫孔和终孔验收等。

b.锚索制作:预应力锚索是用钢丝缠绕组成的直径15.2 mm钢绞线，下料长度按孔深+钢围檩+钢垫板+千斤顶工作长度+0.30 m，每股长度偏差控制在50 mm以内，采用冷切割下料。在锚固段范围内对每孔三束以上的锚索每隔1.0 m设一个架线环或中支架，自由段钢绞线外包塑料波纹管。在锚索端头套上导向帽。

c.锚索安装:锚索安装前，需核对锚索编号与孔号是否一致，并用高压风清孔。安装时在保持钻机原有钻孔角度不变的情况下，确保钻杆放入锚索的角度与钻孔角度保持一致，钻杆钻进放送要均匀，以保证不相互交叠和防止张拉时受力不均匀。入孔就位后，应检查锚束是否扭曲、弯曲，并保证自由段波纹管不受损伤。

d.锚固注浆:锚索安设完毕，对锚孔及钢绞线验收合格后进行注浆。注浆采用42.5号普通硅酸盐水泥配制水泥浆，水灰比控制在0.4 ～0.45，注浆压力控制在 0.6 MPa～0.8 MPa并稳压注浆5 min，拔出注浆管，注浆充盈依实际情况确定，大于理论计算量。施工包括水泥浆制备和注浆两道关键工序。水泥浆制作时，浆体搅拌时间不小于2 min，制备好在储浆桶中的浆体应不停地搅拌，防止沉淀。利用钻杆作为注浆管，注浆采用从孔底到孔中返浆式注浆，锚固段内注浆一次连续完成。锚固段注浆必须按设计压力控制进行注浆，对自由段必须能够保证锚孔周边的岩体稳定为前堤，防止过量注浆。

e.锚索的张拉:张拉锚索前需对张拉设备进行标定。锚索张拉采用整体分级张拉的程序，每级稳定时间2 min～3 min;为了提高锚索各钢绞线受力的均匀度，先采用预张拉设计张拉力的10%～20%，稳定一定时间后，放张然后再进行张拉。本工程各层锚索预应力自上向下分别为210 kN，350 kN，500 kN，470 kN。

f.封孔注浆:经过补偿张拉后，立即进行封孔注浆。注浆管从预留孔插入，直至管口进到锚固段顶面约500 mm。孔中的空气经由设在定位止浆环处的排气管排出。

4)土方开挖。

土方开挖应分层分步开挖，不得超挖，严格按方案进行施工。通常出现基坑险情如地面沉降过大、基坑水平位移过大等导致地面开裂甚至坍塌等事故，其主要原因往往是土方超挖，没有与锚索施工协调配合进行。另外还需注意挖方时不应碰撞或损伤支护结构和降水设施，坡顶2 m内不应堆置土方或其他机械材料等重物。

5)加强施工监测。

基坑自土方开挖开始至主体结构全部完工全过程中，需要对基坑进行监测，以确保基坑及周边建筑物的安全。主要监测内容如下:地下水位变化、地表沉降、桩顶位移、锚索锚固力变化、桩体测斜等。监测数据需定时提交技术人员，以及时指导施工，确保工程安全。

4 结语

1)本工程在整个地铁车站基坑桩锚支护及主体结构施工过程中，通过合理的控制施工进程，严格按照施工方案施工，经变形观测，基坑边坡稳定，基坑水平位移及垂直沉降实际累计变形量均未达预警值，未对周围环境造成影响;

2)虽本工程周边地表环境及地质、水文环境情况较为复杂，处于交通中心地段，但通过桩锚支护方案的设计和有效的施工技术措施，合理安排施工，使得地铁工程顺利进行，亦为以后同类基坑边坡支护设计、施工积累了经验。

［1］常 江，张 君.北京地铁义和庄站基坑支护结构及变形监测［J］.中国安全生产科学技术，2009，5(3):149-153.

［2］李 波.桩锚支护体系在北京地铁车站深基坑中的应用［J］.市政技术，2008，26(4):348-350.

［3］曹友杰，贾述望，肖光庆.郑州郑东新区某深基坑桩锚支护施工与监测［J］.探矿工程，2012，39(1):53-56.