預(yù)應(yīng)力錨索與鉆孔咬合樁相結(jié)合的樁錨支護(hù)體系*

褚錫星 ， 殷　建

(1.湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 浙江　湖州　313000；2.長(zhǎng)興縣政府投資項(xiàng)目招投標(biāo)事務(wù)處, 浙江　長(zhǎng)興　313003)

大型地下空間的開發(fā)使深基坑的支護(hù)技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展，在基坑平面尺寸較小的深基坑中常選用排樁加多層內(nèi)支撐來支護(hù)，因有多層內(nèi)支撐使得機(jī)械土方開挖非常不便，拖延工期的現(xiàn)象非常普遍，施工和拆除內(nèi)支撐所費(fèi)的人力、物力都相當(dāng)多，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。特別是遇到平面尺寸長(zhǎng)、寬都比較大且無法施工角撐、對(duì)撐的深基坑時(shí)，排樁加多層內(nèi)支撐的支護(hù)方案就無法滿足要求。樁錨支護(hù)體系是一種新型深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，特別是預(yù)應(yīng)力錨索與鉆孔咬合樁結(jié)合的樁錨支護(hù)體系，可以解決上述機(jī)械土方開挖不便延誤工期、無法施工角撐、對(duì)撐、需要施工和拆遷內(nèi)支撐的弊端，為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展開辟了新的途徑。錢江新城波浪文化城(一期)工程基坑圍護(hù)就采用了此類支護(hù)結(jié)構(gòu)，本文就此深基坑支護(hù)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)闡述。

1　工程概況

錢江新城波浪文化城(一期)工程，為全埋式地下二層建筑，長(zhǎng)358.60m，寬112.80m，基坑開挖深度13.50m～18.175m，底板為1.0mm厚的筏板，基坑?xùn)|北面與杭州大劇院露天廣場(chǎng)相鄰，東、西面距離大劇院屋脊桁架支座樁距離約13m，東南面與之江路地下通道最近處相距4.5m，采用敞開式明挖法施工。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)地土開挖范圍內(nèi)大部分為含水量豐富的填土及粉砂土，場(chǎng)區(qū)地下水埋深位于地表下3m左右，土的滲透系數(shù)為10-4cm/s數(shù)量級(jí)。因此與杭州大劇院、之江路地下通道相鄰側(cè)圍護(hù)設(shè)計(jì)采用鉆孔咬合樁加三、四道預(yù)應(yīng)力錨索的復(fù)合樁錨支護(hù)體系，兩側(cè)大劇院屋脊桁架支座位置為內(nèi)支撐組合預(yù)應(yīng)錨索，與國會(huì)中心相鄰側(cè)及波浪文化城二期交接處采用土釘支護(hù)和放坡開挖。

2　預(yù)應(yīng)力錨索與鉆孔咬合樁結(jié)合樁錨支護(hù)體系的概念及特點(diǎn)

所謂的樁錨支護(hù)體系就是使土方開挖后豎向的懸臂圍護(hù)樁在預(yù)應(yīng)力錨索的反拉作用下保持豎向穩(wěn)定，利用預(yù)應(yīng)力錨索的反拉力來抵消基坑開挖時(shí)外側(cè)土體、水對(duì)樁的側(cè)壓力，從而有效地控制土體的變形，保持基坑穩(wěn)定的新型深基坑支護(hù)體系。

預(yù)應(yīng)力錨索是通過對(duì)錨索施加預(yù)應(yīng)力，使樁外側(cè)的土體受到預(yù)壓, 錨固體與周圍土體產(chǎn)生抗拔摩阻力，抵消基坑開挖時(shí)釋放的土壓力，有效地控制土體的變形，保證基坑安全的一種新型深基坑支護(hù)技術(shù)。其由錨固段、自由段和張拉鎖定端三部分組成，其中錨固段是經(jīng)過一、二次壓力灌漿形成受力體與土層錨固，是受力段；自由段是在每根鋼絞線上涂滿黃油、外套波紋管，在張拉時(shí)此段錨索可以活動(dòng)；張拉鎖定端主要由鋼筋混凝土錨梁、錨墊板、錨具、夾片組成，見圖1至圖4。

圖1預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)大樣圖圖2錨梁與鉆孔咬合樁連接大樣

圖3預(yù)應(yīng)力錨索錨固端相對(duì)位置圖圖4預(yù)應(yīng)力錨索錨梁配筋圖

鉆孔咬合樁是由中間一根鋼筋混凝土樁及兩側(cè)各一根素混凝土樁(采用超緩凝混凝土)相互咬合(樁周相嵌)組成，施工時(shí)先施工兩側(cè)素混凝土樁(采用超緩凝混凝土)，在兩側(cè)素混凝土樁未終疑前施工中間的鋼筋混凝土樁，最終使其共同終凝，從而形成無縫、連續(xù)的“樁墻”， 達(dá)到擋土、止水效果的新型深基坑圍護(hù)樁，見圖5(A樁為素混凝土樁、B為鋼筋混凝土樁)；

圖5　鉆孔咬合樁平面示意圖

3　施工工藝

3.1　預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程

預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝比較復(fù)雜，主要工藝包括預(yù)應(yīng)力錨索的制作、開挖土方。請(qǐng)理樁身、測(cè)量，第1次注槳、第二次注漿等步驟，具體流程見下圖。

圖6　預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程

3.2　鉆孔咬合樁排樁的施工工藝流程

圖7　鉆孔咬合樁排樁施工藝流程圖

4　施工要點(diǎn)

4.1　預(yù)應(yīng)力錨索施工要點(diǎn)

(1)預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用ΦS15.2鋼絞線，直徑15.2 mm，系由7根Φ5鋼絲絞合而成的低松弛高強(qiáng)鋼絞線， ptk=1 860 MPa，錨具采用群錨體系的張拉端錨具，所用的錨具及夾具均應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ85-2010)的規(guī)定。錨墊板采用與錨具配套的產(chǎn)品[2]。

(2)鉆孔直徑150 mm。鉆孔深度應(yīng)比設(shè)計(jì)的錨索長(zhǎng)0.5 m，鉆孔在入口處任一方向上的誤差不得大于2.5度；孔口位置在垂直方向上的誤差不得大于50 mm；鉆孔在鉆進(jìn)長(zhǎng)度方向上的孔斜偏差不大于鉆孔長(zhǎng)度的3 %。

(3)采用二次高壓注漿。注漿液采用純水泥漿，水泥采用42.5 MPa普通硅酸鹽水泥，水灰比0.5。一次注漿壓力0.5 MPa，待漿液從口流出后停止注漿，一次注漿錨固體的強(qiáng)度達(dá)到5 MPa(約需40 h)時(shí)用二次注漿管進(jìn)行高壓注漿，注漿壓力為2.5-3 Mpa，穩(wěn)壓時(shí)間2分鐘以上(可以根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整)。

(4)錨固段沿錨索體每1.5 m設(shè)隔離架(塑料成品配件)，自由段每1.5-2 m設(shè)對(duì)中支架(塑料成品配件)，使錨索體在鉆孔內(nèi)居中，鋼絞線周圍漿體比較均勻[3]。自由段的鋼絞線用塑料套管保護(hù)，套管與鋼絞線之間的空隙用油脂充填，使自由段鋼絞線受力后能自由伸縮。套管在自由段與錨固段之間應(yīng)有可靠止?jié){密封措施。一次注漿管和二次高壓注漿管應(yīng)與隔離架綁扎牢固，以防向孔內(nèi)下錨索時(shí)將其損壞。桿體內(nèi)的綁扎材料不宜采用鍍鋅材料。

(5)鉆孔完畢后應(yīng)立即將錨索下入孔中，以防時(shí)間過長(zhǎng)坍孔。下錨索前應(yīng)先將孔清洗干凈，以確保注漿體與孔壁的粘結(jié)強(qiáng)度，在地下水中鉆孔時(shí)易流砂、管涌、坍孔，應(yīng)加套管鉆進(jìn)予以保護(hù)，必要時(shí)增設(shè)降水設(shè)施，盡可能在地下水位以上成孔，防止流砂、管涌、坍孔等問題的發(fā)生，以確保錨桿的施工質(zhì)量。

(6)預(yù)應(yīng)力錨索張拉時(shí)，錨固段水泥漿錨固體強(qiáng)度須大于15 MPa，錨梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75 %(GB50666-2011)，鉆孔咬合樁樁身強(qiáng)度達(dá)到100 %。

4）業(yè)務(wù)支持。業(yè)務(wù)支持是指打破傳統(tǒng)的以部門和業(yè)務(wù)為核心建立的應(yīng)用系統(tǒng)，建立統(tǒng)一的軟件應(yīng)用平臺(tái)，提供統(tǒng)一認(rèn)證、權(quán)限管理、業(yè)務(wù)應(yīng)用、單點(diǎn)登錄和訪問控制等多項(xiàng)服務(wù)。業(yè)務(wù)支持將之前分散的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行集成和整合，破解了跨部門業(yè)務(wù)流程打通的難題，實(shí)現(xiàn)了校園內(nèi)智慧業(yè)務(wù)的應(yīng)用。通過整合各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)，將建設(shè)粒度由“系統(tǒng)”級(jí)細(xì)化為“功能”級(jí)，突破現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能獨(dú)立及業(yè)務(wù)分散的難題。

(7)預(yù)應(yīng)力錨索張拉控制荷載為0.75倍極限抗拔力，張拉采用先單根預(yù)張拉再整體張拉。單根預(yù)張拉加載為0.05倍控制荷載。整體張拉分級(jí)加載依次為0.5、0.75、1.0倍控制荷載，每級(jí)持續(xù)5分鐘，分級(jí)記錄預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值，鎖定荷載0.65倍控制荷載(以上控制荷載與鎖定荷載值可以設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整)。

(8)預(yù)應(yīng)力錨索張拉后，多余部分應(yīng)用砂輪切割，嚴(yán)禁使用電弧焊切割。預(yù)應(yīng)力索截?cái)嗪箦^具外保留的預(yù)應(yīng)力索長(zhǎng)度應(yīng)預(yù)留二次張拉時(shí)所需的千斤頂張拉工作長(zhǎng)度。

(9)錨墊板上部的錨頭部分用C30混凝土進(jìn)行防護(hù)，混凝土覆蓋層厚度不小于250 mm，錨頭被混凝土覆蓋厚度不小于15 mm。在澆筑防護(hù)混凝土前，宜涂環(huán)氧樹脂類粘結(jié)劑，以加強(qiáng)新老材料的粘結(jié)，防止收縮裂縫。

(10)為防止氯化物對(duì)預(yù)應(yīng)力索的侵蝕，在水泥砂漿中不得使用含有氯離子的外加劑。

(11)在錨桿施工前，必須詳細(xì)了解周邊管線、樁及承臺(tái)的位置和深度。錨桿施工應(yīng)逐根施工，避開管線、坑外自流深井和工程樁。

(12)下層土方須在預(yù)應(yīng)力錨索鎖定后才能開挖。

(13)錨桿全面施工前應(yīng)進(jìn)行張拉試驗(yàn)，以確定合理的張拉工藝、下一道錨桿張拉對(duì)上一道錨桿的影響、是否需要二次補(bǔ)償張拉等。每層錨桿中各取 3根進(jìn)行抗拔試驗(yàn)(其中每層錨桿中各取 1根做基本試驗(yàn)以確定錨桿施工工藝)。

4.2　鉆孔咬合樁施工要點(diǎn)

(1)為了保證鉆孔咬合樁底部有足夠咬合量,應(yīng)對(duì)其孔口的定位誤差進(jìn)行嚴(yán)格的控制,孔口定位誤差的允許值，一般為±10 mm。

(2)為保證鉆孔咬合樁底部足夠咬合量，除對(duì)其孔口定位誤差嚴(yán)格控制外，還應(yīng)對(duì)垂直度進(jìn)行嚴(yán)格控制，樁的垂直度控制標(biāo)準(zhǔn)為≤3 ‰[4]。

(3)超緩凝混凝土主要用于素混凝土樁，其作用是延長(zhǎng)素樁混凝土的初凝時(shí)間，確保相鄰鋼筋混凝土樁的成孔在素混凝土樁混凝土初凝之前完成，為咬合創(chuàng)造條件，混凝土緩凝時(shí)根據(jù)T=3t+K 的公式進(jìn)行計(jì)算(T混凝土緩凝時(shí)間、t為單樁成樁時(shí)間，一般取t=15 h、儲(chǔ)備時(shí)間一般取1.0 t)，混凝土緩凝時(shí)間應(yīng)≥60 h。

(4)克服“管涌”措施：

1)套管底口應(yīng)始終保持低于開挖面深度≥2.50 m形成“瓶頸”，阻止兩側(cè)素樁未初凝的混凝土涌入。

2)套管底口深度無法滿足上述深度時(shí)，可向套管內(nèi)注水，使其管內(nèi)保持一定的壓力來平衡素樁混凝土的壓力，阻止“管涌”的發(fā)生。

3)鋼筋混凝土樁成孔過程中注意觀察相鄰兩側(cè)素樁混凝土頂面，如發(fā)現(xiàn)素樁混凝土下陷應(yīng)立即停止鋼筋混凝土樁開挖，并一邊將套管盡量下壓，一邊向鋼筋混凝土樁內(nèi)填土或注水，直到完全制止住“管涌”為止[5]。

(5)地下障礙物處理：

1)直接取出或開挖處理法：①對(duì)一些比較小的障礙物(直徑在50 cm以內(nèi))，如卵石層、體積較小的孤石等，用錘式?jīng)_抓取土器清除；②如障礙物位置正好部分在套管內(nèi)部分在套管外，可以采用“十”字形沖錘將套管內(nèi)的部分沖碎后用錘式?jīng)_抓取土器取出；③大于孔徑1/2的條塊石，埋深在2.0-3.0 m以內(nèi)，在導(dǎo)墻施工前開挖清理，然后回填素土或建筑垃圾碾壓密實(shí)，再進(jìn)行導(dǎo)墻制作；④長(zhǎng)度在2.0 m以內(nèi)的木樁等用取土器取出，超過2.0 m，采用鋼絲繩與樁機(jī)連接，吊車配合拔出；⑤邊長(zhǎng)或直徑超過1.0 m的大體積障礙物，采用人工風(fēng)鎬破碎處理。

2)二次成孔法處理：第一次成孔：障礙物處理。

障礙物深度≤8.0 m時(shí)：待導(dǎo)墻制作好后，用鉆機(jī)成孔至障礙物底部下≥1.0 m，成孔過程中用沖抓或十字沖錘等進(jìn)行處理，然后素土或砂回填夯實(shí)。

障礙物深度>8.0 m或水量較大且障礙物直徑或邊長(zhǎng)≥1.0 m時(shí)：采用沖擊鉆沖擊成孔，處理完障礙物后用C10素混凝土回填。

第二次成孔：按咬合樁工藝流程施工。

(6)分段施工處接頭的處理方法。多臺(tái)鉆機(jī)分段施工接頭處理采用砂樁法，前施工段的端頭設(shè)置一個(gè)砂樁(成孔后用砂灌滿)，后施工段施工到此接頭時(shí)挖出砂澆灌混凝土，接縫外側(cè)增加兩根旋噴樁作止水處理

(7)事故樁處理方法。在鉆孔咬合樁施工過程中，素混凝土樁因機(jī)械設(shè)備故障等原因，有可能造成樁身異常而形成事故樁，其處理方法如下：

1)如其兩側(cè)素混凝土樁的混凝土均已凝固，采用背樁補(bǔ)強(qiáng)法，即放棄中間鋼筋混凝土樁的施工，調(diào)整樁序繼續(xù)后面咬合樁的施工，爾后在原鋼混凝土樁外側(cè)增加一組咬合樁(中間一間鋼筋混凝土樁，兩側(cè)各一根素混凝土樁及)并作止水處理。

2)如一側(cè)素混凝土樁的已經(jīng)凝固，采用平移法，即移動(dòng)鋼筋混凝土樁位置，使其與已凝固的素樁樁側(cè)緊貼，樁接縫處外側(cè)增加一根旋噴樁作止水處理。

5　圍護(hù)監(jiān)測(cè)

(1)預(yù)應(yīng)力錨索軸力監(jiān)測(cè)：按設(shè)計(jì)剖面設(shè)置監(jiān)測(cè)，每個(gè)剖面處的每屋錨桿均設(shè)軸力監(jiān)測(cè)。

(2)對(duì)整個(gè)樁錨支護(hù)體系進(jìn)行土體深層位移，坑外地面沉降等監(jiān)測(cè)，基坑開挖期間每天測(cè)一次，遇監(jiān)測(cè)數(shù)值過大或變化速率過大應(yīng)增加監(jiān)測(cè)次數(shù)，直至土方回填后停止監(jiān)測(cè)。

6　結(jié)　語

預(yù)應(yīng)力錨索與鉆孔咬合樁結(jié)合的樁錨支護(hù)體系是充分結(jié)合并利用鉆孔咬合樁(無縫樁墻)優(yōu)異的止水、擋土性能和預(yù)應(yīng)力錨索優(yōu)異的抗拔性能的一種新型深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)基坑平面較大且周邊施工區(qū)域較窄的、不能設(shè)置支撐或設(shè)置支撐后機(jī)械土方開挖不便的項(xiàng)目比較適用，可以大大的節(jié)縮施工資源，節(jié)省造價(jià)，縮短地下室施工工期，為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展開辟了新的途徑。

參考文獻(xiàn)：

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