可拆型預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)在深基坑支護中的應(yīng)用—— 鄭州市某高層住宅深基坑支護設(shè)計與施工

鄭 睿

（河南省冶金規(guī)劃設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450053）

1 前言

我國社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程的加快，為高層建筑和城市公用基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)速度和規(guī)模提供了前所未有的發(fā)展機遇，同時城市土地非常緊張，為充分利用地下空間資源，基坑開挖深度要求越來越深，基坑支護就顯得越來越重要。這就要求我們在選擇支護方案時，既要有安全可靠的操作性，又要經(jīng)濟合理。

2 工程概況及場地環(huán)境

河南省某公司2#高層為一幢高層住宅樓，地上高30層（高104.94 m），地下兩層，總面積28392 m2，基地埋深7.8 m，基坑開挖面積1550 m2。東距政六街主干道4 m，西距（外單位）一幢七層住宅樓3.6 m，南距1#高層（30層）30 m（此部位為待建地下車庫），北距12#住宅樓4 m。

3 工程地質(zhì)情況

根據(jù)地質(zhì)報告顯示，該場地自上而下分布的主要巖土層為：①素填土，層厚1.5 m～2.5 m；②高壓縮性粉質(zhì)黏土，層厚3.3 m～0.3 m；③中壓縮性粉土，層厚3.6 m～0.6 m；④中偏高壓縮性粉質(zhì)黏土層，厚2.2 m～6.5 m；⑤中壓縮性粉土，層厚4.5 m～1.2 m。

對該基坑支護產(chǎn)生影響的地下含水層距地面高僅1.5 m，屬于孔隙潛水類型，由于地下水位較高給基坑開挖和支護可能帶來較大影響，因此，在基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工中必須引起足夠重視。

4 基坑支護方案選擇

基坑平面大致呈正方型，平面尺寸38.8 m×40.8 m，開挖深度7.8 m，由于地下水位較高，四周離建筑物或市政設(shè)施較近，據(jù)實際情況可供選擇的支護方案有：①地下連續(xù)墻加錨桿背拉結(jié)構(gòu)；②沖鉆孔灌注樁與樁間施噴止水帷幕；③土釘墻。

考慮到地下連續(xù)墻造價較高，本工程建設(shè)單位不予考慮；又因基坑南側(cè)為待建的地下車庫，采用土釘墻必然把大量錨拉鋼筋留在南側(cè)土層中，為后續(xù)車庫樁基及土方開挖施工留下隱患，加之基坑四周離建筑物或市政設(shè)施較近以及地下水位較高，這樣支護結(jié)構(gòu)既要抵抗地面附加荷載及土壓力傳來的側(cè)壓力，又要防止大量地下水流入基坑對周圍建筑物產(chǎn)生影響，僅采用鉆孔灌注樁這種懸臂支護結(jié)構(gòu)是不能滿足本工程基坑開挖安全需要的，經(jīng)過與建設(shè)單位多方研究商量決定采用樁頂用圈梁連接的鉆孔灌注樁排樁外施噴止水帷幕（防止開挖期間降水造成周圍建筑物破壞），并施加預(yù)應(yīng)力錨桿連接的支擋體系。

根據(jù)地質(zhì)部門提供的地質(zhì)報告給出的土質(zhì)系數(shù)，基坑開挖深度及周圍的實際情況，要為以后待建車庫施工方便，我們設(shè)計了采用可拆芯錨桿工藝，錨桿采用壓力型全長無粘結(jié)，在基礎(chǔ)底板施工完畢后基坑回填之前，用錨桿拉力機全部拔出進行回收。

可拆型預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu)示意圖，見圖1。

圖1 可拆型預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu)示意圖

可拆型預(yù)應(yīng)力錨桿工作示意圖，見圖2。

圖2 可拆型預(yù)應(yīng)力錨桿工作示意圖

5 基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

5.1 計算說明

主動、被動土壓力按照朗肯土壓力理論計算，水壓力系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗及參考已施工完畢的1#樓取0.3，地面臨時荷載取出Q＝15 kPa，考慮支護結(jié)構(gòu)為臨時性結(jié)構(gòu)安全系數(shù)取1.4，巖土層厚度及物理力學(xué)指標見表（表略）。

5.2 選擇合適的計算剖面及計算結(jié)果

該場地地面比較平整，土層起伏不大，本次設(shè)計按一個剖面進行，將剖面土層的各物理力學(xué)指標代入相關(guān)計算機程序計算，就可得到剖面支護結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。

可拆型預(yù)應(yīng)力錨桿在外力作用結(jié)合應(yīng)力分布狀態(tài)圖，見圖3。

圖3 可拆型預(yù)應(yīng)力錨桿在外力作用結(jié)合應(yīng)力分布狀態(tài)圖

計算過程中不僅考慮了基坑開挖到底的受力狀態(tài)，同時，還驗算了此支護結(jié)構(gòu)體系在不同開挖階段的安全度。

5.3 錨桿設(shè)計

該基坑采用一樁一錨共計135根的結(jié)構(gòu)形式，錨桿間距離同樁間距，錨桿安設(shè)角度為15 °～30 °，通過對支護結(jié)構(gòu)體系的受力分析計算，從而可確定錨桿軸間拉力T＝ND/cosa，式中N為錨桿的水平受力，D為樁距，a為錨桿所需的設(shè)計角度21 °，27 °交錯布置，錨桿錨固長度L可按下式確定L＝KT/3.14d1q式中K為安全系數(shù)（取1.41），d1為錨桿孔直徑，Q為土體與錨固體的粘結(jié)強度。

錨桿設(shè)計時，我們要求水泥用量不少于65 kg/m，水灰比不大于0.6，水泥標號不低于42.5，簽于本預(yù)應(yīng)力錨桿最后要具有可拆除特點，這就要求錨桿的錨固段盡可能短（達到支護的效果條件下），靠近基坑壁的自由段盡可能長，根據(jù)多年的經(jīng)驗采用二次注漿工藝可使q較（土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范）CECS22：90的推薦值提高1.5倍～2.0倍，因此，我們采用二次注漿施工工藝。本工程錨桿參數(shù)：設(shè)計承載力280 kN，鎖定荷載140 kN，安裝角度21 °，27 °交錯布置，自由段5 m，錨固段長13 m，根數(shù)135。

6 可拆型預(yù)應(yīng)力錨桿施工方法及質(zhì)量控制

毫無疑問，本支護工程的關(guān)鍵工序是錨桿在基礎(chǔ)地下室施工完畢后的可拆除。根據(jù)地質(zhì)報告，由于此地段地下含水層較豐富，水位較高，其施工難度大且此工藝國內(nèi)暫無方法及經(jīng)驗可借鑒，只能針對工程中的具體問題具體處理。

由于可拆型錨桿第一次在我省基坑支護中應(yīng)用，為確保本工藝成功，也為大面積施工提供可靠的參數(shù)，我們在大面積施工前先打三根試驗錨桿，以校核設(shè)計的可靠性，現(xiàn)以此三根試驗錨桿說明可回收錨桿的施工工藝。

①定位；②孔成，采用建泥漿擴壁，套管2 m 18 m；③預(yù)應(yīng)力錨桿安放，在達到鉆進深度后，清水洗孔到孔口流出較清水為止，放置預(yù)應(yīng)力錨桿桿體；④注漿，用42.5 MPa普通水泥，水灰比0.6（加入2 %早強劑）一次注漿壓力0.5 kPa，到孔口出漿液時拔出一節(jié)套管，再繼續(xù)注漿到孔口出較濃漿液，拔出全部套管，用玻璃絲封口，第一次注漿12 h后，進行第二次注漿，壓力1.5 MPa，注入0.8 m3，當(dāng)壓力達到3 MPa時停15 min，再注入0.6 m3；⑤張拉，注漿后7 d對錨桿進行分級逐次張拉，其荷載－位位圖曲線見圖4（P取230 kN）。⑥拆除回收，鋼絞線拆除與前期錨桿制作與施工密不可分，只要在錨桿制作中嚴格控制無粘結(jié)鋼絞線的“無黏結(jié)性”，保證錨桿在土層最深處的承載體是光滑和弧型的，鋼絞線的拆除相當(dāng)容易，所須的拆除力也是很小的。用穿心千斤頂拉緊一根鋼紋線一端，25 kN時就可抽動鋼紋線，后用卷揚機30 min左右即可全部收回一根。從此試驗錨桿張拉一位移曲線分析，土層可拆錨桿工作性能可靠，設(shè)計與試驗值吻合好，該技術(shù)理論上是可行的，該技術(shù)已初步具備實用技術(shù)的推廣條件，該技術(shù)關(guān)鍵是二次注漿，注漿時要把口封好，否則二次注漿時壓力不能保證其能達到極限承載力。

按試驗錨桿的工藝及經(jīng)驗，整個工程施工順利。

可拆型預(yù)應(yīng)力錨桿拆除示意圖，見圖5。

圖4 荷載－位位圖曲線圖

圖5 可拆型預(yù)應(yīng)力錨桿拆除示意圖

7 基坑變形的監(jiān)測

基坑主要監(jiān)測樁頂水平連梁位移，預(yù)應(yīng)力錨桿拉力和支護樁鋼筋應(yīng)力梁。

（1）樁頂連梁水平位移，最大位移發(fā)生在基坑北側(cè)中部穩(wěn)定值為22.5 mm，約為工基開挖深度的0.2885 %，未超過設(shè)計值的45 mm，基坑周圍建筑物及市政設(shè)施均未發(fā)生裂縫、沉降等變形，達到預(yù)期目的。

（2）錨桿拉力，總計135根錨桿兩根達到或超過設(shè)計值，其中最大達到設(shè)計值的350 %，總體趨勢各側(cè)中部錨桿比較接近設(shè)計值，端部實際拉力均在設(shè)計值的25 %以下。

（3）支護樁鋼筋應(yīng)力，所測到的鋼筋最大拉力為66 MPa，這小于鋼筋設(shè)計值300 MPa。

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，樁基抗支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計及施工是成功的。

8 結(jié)束語

可拆除錨桿中鋼絞線的拆除與收回是可拆型錨桿的最大優(yōu)點，只有通過拆除，才能避免錨桿埋在地下的鋼筋絞線對臨近的建筑物地下空間造成障礙，避免同周圍其它建筑物物業(yè)業(yè)主的法律糾紛。才能回收重復(fù)利用，降低投資。同時由于實施了回收技術(shù)，相對其它支護案而言，消除了其他支護方案中埋在地下鋼筋等材料對后繼相臨建筑物的施工造成麻煩，又合理利用了地下空間，總之采用并大力推廣可拆型錨桿技術(shù)，經(jīng)濟效益和社會效益都是巨大的。