正在开挖基坑支护锚索切断的安全施工方法技术领域
本发明涉及的是一种地下建筑工程技术领域中的施工技术，具体是一种正在
开挖中的基坑支护锚索切断的安全施工方法。
背景技术
在深基坑开挖施工中采用预应力锚索作为挡土结构物的支撑，具有节省基
坑内部空间、确保开挖作业面、开挖施工效率高、节省支撑费用等优点。因此
自上世纪九十年代初起，在我国城市建筑深基坑中得到了广泛的应用。在广州、
北京、武汉等大城市中，每年有成千吨钢材通过基坑支护锚索被埋于地下。当
基坑边上进行新基坑或其它地下工程施工时，需要将既有基坑的锚索挖出或切
断。这时为了确保正在开挖施工中的基坑的安全，需要将位于施工中基坑内的
锚索切断挖出，并在相应人工挖孔桩位置重新锚固支护锚索。
通过对现有的技术文献检索发现，虽然已有大量关于基坑可回收锚索的专
利文献，如中国发明专利申请号200410027469.0，发明名称：土木工程的可回
收锚索，以及发明专利申请号200910197095.X，发明名称：可回收软土支护预
应力锚索及其施工方法，另外还有发明专利申请号201020138405.9，发明名称：
U型锚头可回收预应力锚索。但这些专利的内容大多集中于在基坑开挖前安装时
如何锚固，以及基坑回填结束后如何回收，并没有针对施工中基坑的锚索切断
挖出然后锚固的技术手段与方案。对于正在进行开挖施工的深基坑，将其支护
锚索挖出或切断是很危险的。因此，需要重新锚固以确保施工安全。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述缺陷，提供一种将既有基坑锚索挖出后再锚固
的施工方法，克服上述技术背景所缺乏的如何妥善处理正在开挖的基坑内锚索
以保证基坑施工安全的技术手段与方案的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括如下步骤：
第一步，现场水文地质勘测，取土钻孔，划分土层，确定工程影响范围内
各土层的顶板和底板深度，确定地下水分布。同时取天然原状土的试样，通过
室内试验测定土体的各项物理力学参数。
所述的通过室内试验测定土体的各项物理力学参数，整理成土工试验成果
表。参数包括：各层土体的压缩模量Es，孔隙比e，天然重度γ，泊松比μ，粘
聚力c，摩擦角![]()
所述的现场钻孔取土，主要采用薄壁取土器在施工现场从地面至桩的设计
深度取土，取土量根据试件量确定，以每层土不少于三个试件为宜。
所述的室内试验包括：单向压缩试验，密度试验，剪切试验，三轴压缩试
验。
所述的单向压缩试验是指：通过室内单向压缩试验仪测得各土层的压缩模
量Es。
所述的密度试验是指：通过环刀法等密度试验方法测得各土层的湿密度ρ，
并计算相应的天然重度γ；通过烘干法测出各土层土体含水率w和单位土壤烘干
后土颗粒干重ms，然后结合湿密度ρ和水的密度ρw可求得孔隙比：
e
=
wm
s
ρ
w
-
wm
s
·
ρ
]]>
所述的剪切实验是指：通过不固结不排水试验确定土体的黏聚力c。
所述的三轴压缩试验是指：通过三轴仪测定土体的静止侧压力系数K0，然
后根据泊松比μ与静止侧压力系数K0的关系：
μ
=
K
0
1
+
K
0
]]>
计算出泊松比μ；通过三轴试验做出不同围压下土的应力莫尔圆，求出土的
摩擦角![]()
第二步，施工钻孔灌注桩：在已建好基坑的围护桩旁边施工一排钻孔灌注
桩。桩施工时应注意避开锚索位置，桩的尺寸、间距与桩深按有限元方法计算
确定。
所述有限元方法为，根据室内土工试验表内的各项土体参数，并预先假设
出钻孔灌注桩尺寸、间距和桩深，然后利用有限元软件模拟基坑开挖，从而计
算得到满足开挖安全的钻孔灌注桩尺寸、间距和桩深的一种方法。具体步骤如
下：
①几何建模，根据设计图纸，将包括既有基坑和新建基坑在内的一定范围
内的土体进行几何建模。
土体范围取值的确定：
a.水平范围的确定：水平方向分别取基坑的两条边方向为X、Y方向，模型
土体水平范围取包括两个基坑在内并从基坑边沿分别沿X、Y方向向外两倍基坑
长度的范围。
b.深度范围的确定：取较高基坑表面为土体顶面，较深基坑坑底向下1.5倍
其基坑深度为土体底面。
②土体参数取值，按照步骤一中的室内试验参数取值。取值参数包括各层
土体的压缩模量Es，孔隙比e，天然重度γ，泊松比μ，粘聚力c，摩擦角![]()
③假设出一种钻孔灌注桩的尺寸、间距和桩深和分布，尺寸一般取直径为
600～1800mm范围内；间距则一般取300mm以上；桩深一般取1.5倍基坑深度，
当基坑下土层有地基加固措施或者持力岩层等时，则取到加固层或持力岩层以
上即可；布置分布形式的时候应注意避开锚索位置，通常钻孔灌注桩外径应离
锚索一倍桩径以上，以防止钻孔施工时对锚索产生影响。
④根据③中灌注桩参数，利用有限元软件模拟计算新建基坑在该种情况下
的开挖，如果满足开挖安全度要求，则停止计算；若不满足开挖安全度要求，
则重新假设灌注桩参数，通常加大桩径或减小间距，然后继续模拟计算，直至
安全度满足为止。此时可得出满足开挖安全度的钻孔灌注桩参数。
第三步，施工人工挖孔桩，即当钻孔灌注桩达到设计强度后，选择锚具，
并在拟建基坑和在建基坑的围护桩之间施工一排人工挖孔桩，确定人工挖孔桩
平面位置和参数。
所述的人工挖孔桩平面位置按以下方法确定：取两侧围护桩中心连线的垂
线与锚索相交点为人工挖孔桩的中心位置。
所述的人工挖孔桩参数是指：人工挖孔桩桩径和桩深。具体按以下方法取
值：
直径在800～1200mm内取值，取值时保证桩与桩之间间隔300mm以上；桩
深取1.2倍拟建基坑设计深度和1.2倍最后一层锚索埋深之间的较大值，当基坑
下土层有地基加固措施或者持力岩层等时，则取到加固层或持力岩层以上即可。
人工挖孔桩具体施工步骤如下：
①进行土体开挖直至第一层锚索下20cm处，露出第一层锚索。当挖至离第
一层锚索还有35mm的时候应降低施工速度，避免施工过快挖断锚索。
②将锚具夹在第一层锚索中部并固定好。
③重复第①～②步，直至挖至桩设计深度，并把所有锚具固定好。
④吊装钢筋笼，吊装完毕后撤出施工人员和施工器械，进行混凝土浇筑施
工，完成人工挖孔桩施工。
第四步，确定每层锚索锚固圈梁的位置和尺寸，施工顶部围檩圈梁。
所述的锚固圈梁是指：在拟建基坑侧的钻孔灌注桩上浇筑圈梁，作为锚索
剪断后的端头锚固端。其中，在拟建基坑侧钻孔灌注桩顶部施工顶部围檩圈梁，
以提高钻孔灌注桩的整体性。锚索采用膨胀型锚栓锚固。
所述的锚固圈梁位置是指：以每层锚索在拟建基坑侧钻孔灌注桩处的位置
作为此层锚索的锚固圈梁中心的位置。其中，顶部围檩圈梁的位置为拟建基坑
侧钻孔灌注桩上端头处。
所述的锚固圈梁的尺寸是指：每层锚索锚固圈梁的梁宽和梁高，具体按以
下步骤确定：
①确定锚索的有效锚固深度。
所述的锚索的有效锚固深度满足以下公式：
hef＝5d
其中，hef为锚索的有效锚固深度；d为单根锚索的最大直径，根据在建基坑的
锚索设计方案取值。
②确定锚索锚固圈梁的梁高和梁宽。
所述的锚固圈梁的梁高按满足以下公式：
h＝1.5hef
其中，h为锚固圈梁的梁高。
所述的锚固圈梁的梁宽满足以下公式：
b＝1.2hef
其中，b为锚固圈梁的梁宽。
为保证顶部围檩圈梁发挥整体性作用，顶部围檩圈梁取其余圈梁尺寸中最
大的作为其尺寸。
所述的施工顶部围檩圈梁是指：分别在新建基坑围护桩与既有基坑围护桩
的顶部凿击砼，露出砼内钢筋。将围檩圈梁的钢筋笼焊接固定于桩顶凿击的钢
筋上，并固定好锚索、连接装置。
第五步，新基坑土方开挖。土方开挖的施工方法为：竖向分层，纵向分块。
在竖向上按照钢支撑设计位置上下分多层进行开挖，分层标高为每层钢支撑下
0.5～0.8m。
新基坑侧第一层土方开挖：按照基坑土方开挖方案进行。当开挖深度至固
定锚索的第二道圈梁的底部5cm处，露出第一道锚索。
第六步，将锚具固定于锚索穿出圈梁并远离人工挖孔桩的一端，为第二道
圈梁支模，浇注第二道圈梁，养护两周，待圈梁达到设计强度后继续开挖，挖
出第一道锚索。
第七步，切断第一道锚索，回收切断的锚索并回收锚具。第一道锚索挖出
结束。
第八步，新基坑侧继续开挖至第二道锚索位置，后浇注第二道圈梁，重复
上述第五～七步，第二道锚索挖出结束。
第九步，重复步骤五至步骤八，直到最后一道锚索挖出停止。
第十步，施工结束，基坑底板与内部结构回填。
与现有技术相比，本发明是将开挖施工中的基坑内锚索切断回收并重新锚
固于基坑侧人工挖孔桩位置的施工方法，可有效保证开挖基坑的施工安全，并
回收锚索和夹具以循环利用，是一种经济且高效的工法。
附图说明
图1为应用本发明的锚索布置平面图；
图2为应用本发明的锚索布置纵断面图；
图3为应用本发明的锚索切断后纵断面图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提
下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的适用范围
不限于下述的实施例。
实施例某地下工程开挖基坑的设计深度为14m，拟采用钻孔灌注桩围护结
构。拟建基坑一侧8.5m处为另一在建基坑的围护桩，在建基坑设计深度10m，
其靠近拟建基坑一侧采用桩锚结构支护，锚索设置3道，水平间距1.5m，竖向
间距为3.0m、3.0m、3.0m，锚索长度15m，伸入拟建基坑范围内6m。两基
坑平面布置均为矩形，在建基坑长180m，宽157m，拟建基坑长66m，宽25m，
相邻边相互影响长度为50m。拟采用将正在开挖基坑内的支护锚束切断的安全
施工方法，本实施例中没有详细说明的部分，按照发明内容描述的技术方案进
行操作，发明内容中也没有说明的部分，采用本领城常规操作进行。
本实施例具体施工步骤简述如下：
第一步，通过现场钻孔取土对拟建基坑开挖区域进行土层划分，同时获取
施工现场土样进行室内常规土工试验，获得土层的分层信息及物理力学参数。
具体分层信息和各土层物理力学参数如下：地面至地下24m范围内土体划分为
5层：第一层为素填土，土层的压缩模量Es＝3.40MPa，孔隙比e＝0.80，天然重
度γ＝17.934kN/m3，泊松比v＝0.3，粘聚力C＝20kPa，摩擦角φ＝15°，底板标
高为-1.2m，层厚1.2m；第二层为粉质粘土，土层的压缩模量Es＝4.60MPa，孔
隙比e＝0.87，天然重度γ＝18.228kN/m3，泊松比v＝0.32，粘聚力C＝20kPa，摩
擦角φ＝15°，底板标高为-3.3m，层厚2.1m；第三层为砂质粘土，土层的压缩
模量Es＝3.76MPa，孔隙比e＝0.93，天然重度γ＝17.542kN/m3，泊松比v＝0.29，
粘聚力C＝19kPa，摩擦角φ＝20°，底板标高为-10m，层厚6.7m；第四层为全
风化花岗岩，土层的压缩模量Es＝4.38MPa，孔隙比e＝0.75，天然重度γ
＝18.228kN/m3，泊松比v＝0.26，粘聚力C＝22kPa，摩擦角φ＝24°，底板标高
为-17.6m，层厚7.6m；第五层为强风化花岗岩，土层的压缩模量Es＝4.38MPa，
孔隙比e＝0.70，天然重度γ＝18.424kN/m3，泊松比v＝0.25，粘聚力C＝22kPa，
摩擦角φ＝25°，底板标高为-24m，层厚6.4m。
第二步，在已建好基坑的围护桩与拟建基坑围护桩的中间施工一排钻孔灌
注桩。
具体步骤如下：
①根据设计图纸，确定建模范围，然后进行几何建模。土体建模范围为：
长×宽×高＝410m×346m×21m。
②确定土体参数。按照第一步中室内试验获得的参数取值。
③通过有限元计算确定，本实例中钻孔桩直径为1.2m，桩与桩之间间隔为
300mm，深度为21m，桩的分布如附图1所示。
第三步，施工人工挖孔桩。
调查在建基坑锚索设计方案确定锚索分布，确定人工挖孔桩的桩径，桩深
和间距。本实例中人工挖孔桩桩径取1000mm，桩深取16.8m，间距为1500mm。
人工挖孔桩开挖完成后，在锚索上将锚具固定好，吊装钢筋笼，吊装完毕后撤
出施工人员和施工器械，进行混凝土浇筑施工，完成人工挖孔桩施工。
第四步，确定每层锚索锚固圈梁的位置和尺寸，施工顶部围檩圈梁。
①确定锚索的有效锚固深度。本实例共有3道锚索，单根锚索的最大直径
为80mm，锚索的有效锚固深度为400mm。
②确定锚索锚固圈梁的梁高和梁宽。本实例需要浇筑4道圈梁(含顶部围
檩圈梁)。圈梁尺寸为600mm×480mm。采用钢绞线规格为15.24的M15-N锚
具，锚固方法为一端固定于开挖基坑围护桩各层圈梁上，另一端埋在相邻基坑
土体中。两端锚头采用圆台体型夹具。图2为应用的锚索布置纵断面图。
施工顶部围檩圈梁：分别在新建基坑围护桩与既有基坑围护桩的顶部凿击
砼，露出砼内钢筋。将围檩圈梁的钢筋笼焊接固定于桩顶凿击的钢筋上，并固
定好锚索及连接装置。然后支模浇注圈梁，本实例中按照由两侧到中间的顺序，
上下共分三层进行浇注。
第五步，开挖新基坑侧第一层土方。开挖深度至5.35m，，露出第一道锚索。
第六步，将锚索两端用夹具固定住，为第二道圈梁支模，浇注第二道圈梁，
养护二周后继续开挖，挖出第一道锚索。图3为应用的锚索切断后纵断面图。
第七步，切断第一道锚索，回收切断的锚索并回收锚具，第一道锚索挖出
结束。挖出的锚具大部分符合工程中的使用要求，本实例中将之循环利用，以
节省工程费用。
第八步，新基坑侧第二层土方开挖。继续土方开挖，开挖深度至8.35m处，
此时露出第二道锚索。重复上述第六～七步，第二道锚索挖出结束。
第九步，重复五～七步，此时开挖深度为11.35m，直至最后一道锚索(本
实例为第三道)挖出。锚索施工结束。
第十步，清理基坑底部，对基坑底板与内部结构进行回填施工。本工程实
例采用沙质粘土，分层回填与夯实。回填结束后，完成施工。
本实施例将既有基坑锚索挖出后再锚固，克服如何妥善处理正在开挖的基
坑内锚索以保证基坑施工安全的问题，可有效保证开挖基坑的施工安全，并回
收锚索和夹具以循环利用，降低了工程造价。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到
上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容
后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范
围应由所附的权利要求来限定。