論錨索施工對基坑工程的影響

馮曉慶

(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

錨索自20世紀(jì)70年代開始應(yīng)用于基坑支護(hù)以來，獲得廣泛的應(yīng)用，目前已成為不可或缺的支護(hù)構(gòu)件之一。與其他支護(hù)形式相比，錨索具有諸多優(yōu)勢特點(diǎn)，如:可以在空間狹小，周邊環(huán)境復(fù)雜的基坑工程中應(yīng)用;能為土方的開挖和主體結(jié)構(gòu)的施工提供開闊的空間;可施加預(yù)應(yīng)力，控制變形的發(fā)展;施工機(jī)械設(shè)備作業(yè)空間小，適應(yīng)各種場地條件，且錨索的布置位置、間距可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整等。由于錨索技術(shù)的優(yōu)越性與大量使用，錨索的設(shè)計(jì)理論取得了長足的進(jìn)步，越來越完善，然而，工程實(shí)踐中也不乏許多失敗的錨索支護(hù)案例。究其原因，多數(shù)與錨索的施工過程有關(guān)，施工的成敗直接影響到基坑的安全。

1 錨索施工中問題與分析

1.1 成孔的問題

錨索的成孔是施工的第一步，也是錨固質(zhì)量控制的關(guān)鍵工序。各種鉆頭的發(fā)明和改進(jìn)使錨索的成孔不再困難，套管跟進(jìn)的出現(xiàn)也解決了松散易坍塌地層的成孔難題。然而，隨著市場化的伸入，市場競爭日趨激烈，套管跟進(jìn)的操作繁瑣與成本偏高成為其在實(shí)際工程中應(yīng)用的一個(gè)障礙。適應(yīng)市場需求，出現(xiàn)一種筆者稱之為“套管鉆進(jìn)”的鉆孔機(jī)械，直接以套管為鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，這種形式雖然能起到一定的套管跟進(jìn)作用，但在施工中如操作不當(dāng)，仍易造成塌孔，水土流失等問題。筆者所在地區(qū)經(jīng)常會(huì)遇到因“套管鉆進(jìn)”施工引起地面道路裂縫的問題，甚至有少數(shù)基坑因?yàn)殂@孔過程中嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象，造成了地面塌陷，直接影響了道路安全與地下管線的使用。

1.2 注漿的問題

注漿是為了形成錨固段，同時(shí)也為錨索提供防腐的保護(hù)層，在使用二次注漿的錨索設(shè)計(jì)中，一定的劈裂注漿壓力，還可以讓漿液進(jìn)入錨固體周圍的地層之中，填充地層中的裂縫與孔隙，從而提高地層的強(qiáng)度，起到固結(jié)地層的作用。

注漿作用的發(fā)揮需要注漿體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，而在注漿體初凝之前，其作為流體出現(xiàn)，對周邊地層反而產(chǎn)生不利影響，特別是筆者所在地區(qū)經(jīng)常遇到的濕陷性黃土地層，對漿液更為敏感，因此，在施工過程中，應(yīng)采取措施控制注漿漿液的這種不利作用。

另外，在較軟的土層中，由于土體的強(qiáng)度比較低，如果上覆土層的厚度較小，在二次注漿壓力的作用下，極易造成土體強(qiáng)度的破壞，產(chǎn)生隆起、裂縫等問題，或是造成上部建筑物的裂縫與沉降。

1.3 張拉的問題

在周邊環(huán)境復(fù)雜的基坑支護(hù)工程中，對支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形要求非常嚴(yán)格，這時(shí)就需要對錨索施加預(yù)應(yīng)力，以達(dá)到控制支護(hù)結(jié)構(gòu)位移的目的。錨索在施加預(yù)應(yīng)力并鎖定之后，隨著時(shí)間的推移，錨索的預(yù)應(yīng)力會(huì)有所變化，產(chǎn)生一定的損失，這種損失的產(chǎn)生大體是由錨索索體材料的松弛以及受荷地層的徐變造成。其中，與施工有關(guān)的是索體材料的松弛。在實(shí)際工程施工中，出于趕工期或省工序的目的，張拉操作人員往往不顧操作規(guī)程中逐級(jí)加荷的要求，而是采取一拉到底的方式進(jìn)行錨索預(yù)應(yīng)力的施加，從而造成預(yù)應(yīng)力的大幅損失。筆者就曾遇到過預(yù)應(yīng)力損失達(dá)70%之多的情形。預(yù)應(yīng)力大幅損失的直接后果就是控制變形預(yù)期的失效。

1.4 群錨效應(yīng)

在基坑支護(hù)體系中，錨索群中各個(gè)錨索的荷載分布是不均勻的，錨索群的承載效率會(huì)低于單根錨索承載效率之和。這是由于錨索群中的任意一個(gè)錨索的工作狀態(tài)都顯著不同于單個(gè)的孤立錨索，通過錨桿群傳遞的拉力，會(huì)在受拉土層中產(chǎn)生應(yīng)力重疊，相互干涉，從而降低土體對錨固體的摩阻力。因此，必須盡量擴(kuò)大錨索的間距，降低群錨效應(yīng)。群錨效應(yīng)的產(chǎn)生，不僅降低錨索的承載效率，而且在錨固段端頭會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。當(dāng)錨固段端頭位于土質(zhì)較差的土層中，或上覆土層厚度不足時(shí)，往往造成自下而上的貫通裂縫，當(dāng)上部有淺基礎(chǔ)建筑物存在時(shí)，甚至?xí)?dǎo)致建筑物的變形裂縫。嚴(yán)格的講，群錨效應(yīng)并不是施工問題，但是，在施工中采取一定的措施，則會(huì)在一定程度上削弱群錨效應(yīng)的不利影響，不僅能夠提高錨索的抗拔承載力，而且能夠避免對地面以及地表建筑物的影響。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某工程基坑支護(hù)位于太原市小店區(qū)，基坑深12 m，基坑?xùn)|西長約180 m，南北寬約50 m。

基坑北側(cè)緊貼排洪暗渠，暗渠北側(cè)為在建高層建筑，東側(cè)距城市道路約17 m，該側(cè)作為施工臨時(shí)場地使用，南側(cè)距城市道路6.5 m～13 m不等，寬闊處將搭設(shè)臨時(shí)建筑，西側(cè)5 m外為一相鄰基坑，坑深10 m，該基坑亦采取樁錨支護(hù)，其錨索的施工導(dǎo)致了南側(cè)城市道路沿基坑長度方向的裂縫，裂縫寬度5 cm～10 cm。

基坑涉及的各主要土層及厚度自上而下如下:人工填土4.62 m;粉土2.47 m;粉質(zhì)粘土6.12 m。穩(wěn)定水位埋深在現(xiàn)地面下9.20 m～9.90 m之間，承壓水穩(wěn)定水位高于潛水水位0.5 m～1.0 m。

2.2 設(shè)計(jì)方案

基坑西側(cè)利用相鄰基坑的支護(hù)體系。基坑北、東、南三側(cè)采用放坡+樁錨支護(hù)，放坡高度3 m;灌注樁樁徑800 mm，樁長18.0 m，間距1.2 m。錨索標(biāo)高位于灌注樁樁頂以下3 m，水平間距為1.2 m，傾角15°，長度23.0 m，錨固段16.5 m，自由段6.5 m，鉆孔孔徑不小于150 mm。注漿采用P.S.A32.5 水泥，水灰比0.5 ～0.55 純水泥漿，一次灌漿，二次高壓注漿，注漿壓力2.5 MPa～5.0 MPa，保持壓力3 min～5 min，兩次注漿量總和大于40 kg/m。設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力為300 kN。

2.3 錨索施工

由于相鄰基坑在錨索施工中已經(jīng)出現(xiàn)道路裂縫的問題，該工程在錨索施工過程中除嚴(yán)格按規(guī)范要求操作外，還采取了一定的改進(jìn)措施。1)成孔采用“套管鉆進(jìn)”的施工工藝，根據(jù)地質(zhì)條件控制鉆進(jìn)速度，接套管時(shí)停止供水，采取隔孔施工的方法。成孔后，立即驗(yàn)孔，安裝錨索索體，并進(jìn)行一次灌漿，必須在一次灌漿至少12 h后才能進(jìn)行相鄰孔的成孔作業(yè)。2)注漿作業(yè)時(shí)，一次灌漿與成孔順序保持一致，二次高壓注漿采取隔三孔注一孔的方式，同時(shí)，采取小壓力慢注的方法，避免高壓注漿之間的相互影響，以及壓力過高對土層產(chǎn)生的破壞。3)錨索的張拉嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行。先按設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的10%進(jìn)行單根鋼絞線的預(yù)張拉;再按照分級(jí)循環(huán)張拉的方法進(jìn)行整體張拉，循環(huán)次數(shù)不少于三次;控制加載速率不超過設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的10%/min;按照設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的5%～10%進(jìn)行超張拉。4)為降低群錨效應(yīng)的危害，在JGJ 120-2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程允許的范圍內(nèi)，對錨索的傾角進(jìn)行刻意調(diào)整。將一個(gè)錨索角度向上調(diào)整2°，即將錨索角度調(diào)整為13°，同時(shí)將相鄰的錨索角度向下調(diào)整2°，即將錨索角度調(diào)整為17°。這樣，在錨固段端頭，相鄰錨索的豎向距離將擴(kuò)大為1.55 m，不僅避免了端頭的應(yīng)力集中，而且削弱了群錨效應(yīng)，提高了單根錨索的承載力。

2.4 基坑支護(hù)效果

通過在錨索施工中嚴(yán)格控制，采取改進(jìn)措施，有效的避免了施工過程中的常見問題，周邊建筑物與城市道路未出現(xiàn)任何裂縫;基坑開挖后，支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移最大不超過30 mm，在支護(hù)設(shè)計(jì)的預(yù)期范圍以內(nèi)。

3 結(jié)語

錨索的施工是基坑支護(hù)工程實(shí)踐中的重要環(huán)節(jié)，也是基坑支護(hù)能否發(fā)揮應(yīng)有功能的關(guān)鍵，直接影響到基坑支護(hù)體系的安全和基坑周邊建構(gòu)筑物、管線、道路等的安全，因此，在工程實(shí)際中，錨索的施工應(yīng)得到必要的重視。本文通過分析錨索施工中出現(xiàn)的問題，提出了解決問題的方法和可以采取的改進(jìn)措施，并且這些方法和措施在實(shí)踐中取得了明顯的效果。

［1］王 偉，汪友平.錨索施工中的事故處理與注漿改進(jìn)［J］.探礦工程，2006(9)：43-45.

［2］劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊［M］.第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［3］JGJ 120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］侯育森.預(yù)應(yīng)力錨索在高邊坡支護(hù)中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2013，39(33)：46-47.