高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術在深基坑工程中的應用

【摘要】隨著我國城市化進程的高速發(fā)展，各類城市基礎設施建設項目的規(guī)模越來越大，各種大型公用設施結構的深基坑施工工程也越來越多。高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術普遍應用于深基坑工程中，具有施工方便、穩(wěn)定性強、節(jié)省工期等諸多優(yōu)點。本文結合具體工程實例，分析了高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術在深基坑施工中的應用，強調了施工中易出現(xiàn)問題的應對方法和處理措施。

【關鍵詞】深基坑；高壓旋噴加勁水泥土樁錨；施工技術

1、工程概況

某市商業(yè)中心廣場由三棟建筑物組成，包括主樓部分及兩側裙樓，地下部分面積18000m2（主樓與裙樓地下部分連通），總建筑面積69000m2。主樓部分地上16層，裙房部分6層，地下均為2層，均為鋼筋砼現(xiàn)澆結構。本項目挖基坑為長方形，長寬為120.3m×80.4m，總面積約為9700m2，主體開挖深度9.41-9.94m，最深處為12.7m。由于本項目一側已有建筑物存在而其他三側均為城市道路，基坑開挖應避免對其影響。開挖面必須控制在距離道路3m、地下管道3-5m范圍內，與既有建筑物最小距離應控制在14m以上。

2、施工場地內地質與水文資料

經(jīng)實地勘測，施工現(xiàn)場地質及水文狀況如下：

2.1施工現(xiàn)場第1（a）層平均厚度約2.5m，土壤分布較均勻，第1（b）層土質以粘土為主摻有部分粉性土，土中植物根莖及有機物質含量較高，固結程度低土層軟弱，具有高含水量、大孔隙比、抗壓強度低等缺點，尤其在低洼地區(qū)由于積水等原因土層軟弱情況更甚。

2.2基坑范圍內分布有12.70m-13.40m厚的第2（3）層砂質粉土，滲透系數(shù)好、透水性好，水流沖擊下易發(fā)生流沙、水土流失等地質破壞。

2.3施工場地內水文狀況良好，地下水為潛水類型，主要由降雨及地表滲流補充，實地勘測期間地下水靜止水位埋深主要在1.5m-2.5m，計算時取0.45m為設計地下水位。

2.4場地內第7（1）層為主要承壓含水層，其最淺處埋深27.9m，設計時最淺承壓水頭按3.5m計算。

3、基坑支護設計方法

本工程基坑周長較長，采用了一種新的土體支護方法，利用加筋混凝土錨樁進行支護，優(yōu)點在于將鉆孔、灌漿及搗實、加筋等多個工序簡化為一步完成，適用于不同土質之基坑，尤其應用于砂質土中效果明顯。

3.1“高壓旋噴加勁水泥土樁錨”的工作原理

（1）加固原理

高壓旋噴攪拌工藝可使水泥泥漿與土結合更為緊密從而形成大直徑的水泥土體樁有效的提升了樁體的物理力學性能，包括強度、重度等各方面，然而最關鍵之力學性能抗拉及抗剪能力依然較低，而“高壓旋噴加勁水泥土樁錨”即是在水泥土樁體中加入鋼筋及錨固件組成加筋水泥土樁錨系統(tǒng)，從而有效的解決了樁體的抗拉抗剪性能。該系統(tǒng)在軟土層或砂層中組合成結構體時，可控制土質流失及土體移動，提升土體的穩(wěn)定性，形成一種重力錨固式的主動支護與加固體。

（2）對變形的約束

利用設立錨定板及添加外加劑等手段，增強水泥與土體、水泥與錨索之間的粘結力，從而整體提升軟土層中的錨固力；再通過預應力張拉約束邊坡的變形。

（3）提升護墻的受力能力

由于采用了多排樁錨技術，錨固力較大，減小了軟土層的移動時的圍護墻體所承受壓力大大減小，對圍護墻體的變形形成了有效的約束。另一方面，多排樁錨對護墻屬于多點約束方式，由于受力模式的改變，護墻上的最大彎矩減小為原先的1/3。

相比于傳統(tǒng)支護模式，本工程中所采用的支錨方式可在基坑內留出大面積無支撐空間，方便現(xiàn)場施工，縮短工期，且工程造價方面也低于傳統(tǒng)方法。

3.2圍護結構設計方案

本工程圍護采用SMW工法+加筋水泥土錨樁的支護形式、三軸水泥土攪拌樁土體加固，并豎向設置3道（局部4道）加勁水泥土錨樁。

（1）擋土止水設計

本工程采用三軸φ850mm水泥土攪拌樁內插700mm×300mm×13mm×24mm型鋼的形式，樁長26m，型鋼采用“二插一”方式，中心間距600mm。三軸攪拌樁采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻量20%。

（2）撐錨系統(tǒng)

本工程基坑面積較大，開挖深度較深，工期要求緊，采用豎向設置加筋水泥土錨樁作為土層錨桿的圍護形式。豎向設置3道加勁水泥土錨樁。采用φ600mm高壓旋噴樁水泥摻量20%，內插3根φ15.2mm預應力鋼絞線，錨樁傾角20～25°；第一道錨樁以鋼筋混凝土帽梁連接，第二、三道錨樁橫向以雙拼工字鋼腰梁連接，每根錨樁的末端3m，長度范圍擴徑至φ800mm。詳見圖1。

4、“高壓旋噴加筋水泥土錨樁”施工工藝

本工程4個剖面設計均采用3道斜錨樁，錨樁采用旋噴樁，φ600mm，水平間距分別為2.4m、1.8m、1.5m，有效樁長14.0m、16.0m；采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量20%，水灰比0.7（可根據(jù)現(xiàn)場實際情況作適當調整）。旋噴樁內插3根φ15.2mm鋼絞線，進入旋噴樁底，鋼絞線端頭采用φ150mm×10mm鋼板錨盤，待攪拌樁強度達70%后采用200kN的力進行張拉鎖定。圖4圍護結構剖面

4.1設備選取

本項目共采用了3套大型的機械設備以配合斜錨樁的施工工藝，其中包括3臺GXY-1B型的鉆機。自動攪拌站配備3套設備進場施工，其中包括：90型的高壓旋噴泵2臺。

為形成有高強度的錨樁，本工程根據(jù)現(xiàn)場實際情況特制了專門的攪拌鉆頭以卻道施工時基坑四周土體穩(wěn)固。鉆頭有裝有新型旋噴攪拌裝置，旋轉翼片上安裝有長、短兩種噴嘴，機器運行過程中，長短噴嘴會隨鉆頭旋轉而噴射水泥漿，再通過機器旋轉使水泥漿與土體結合更為緊密，從而在噴射完成后得到土體與水泥漿的混合樁體，其直徑為采用普通的單管法旋噴所得到的加固體的1.5倍至2.0倍。

4.2施工工藝及施工方法

本工程采用了特制鉆機來完成加筋水泥土混合錨樁的成孔，錨樁工序必須嚴格按照配合基坑的開挖工作，全面開始施工前應首先開挖到錨樁的設計標高面，錨樁溝槽的工作面寬度一般在6m～7m。

項目所采用的新型旋噴攪拌裝置，是改良一般鉆頭后，在鉆頭上設置直徑為500mm的攪拌葉片，水平方向傾角為20到30度，樁長為12.0至14.0m。鉆機由鉆桿中的空孔，向內側旋噴水泥漿液，水泥漿的水灰比為0.7，泵壓力值大小控制在12Mpa～17Mpa。在鉆頭旋轉的同時，水泥漿通過泵壓及鉆頭處的離心力噴射出來，可很好的完成水泥與土體的結合。同時，鉆頭前進時需要將3束預應力鋼絞線及錨頭部件帶入帶進至設計深度，本項目采用了φ15.2mm的預應力鋼絞線，標準強度可達到1720Mpa。

設置鋼絞線時應注意將鋼絞線尾端露出鋼圍檁外750mm，所有剛僥幸均要確保通過鋼圍檁并與之垂直，形成90度直角。完成后需將鋼絞線從預留孔洞中牽出，伸入水泥漿與土體混合物中，待養(yǎng)護滿1周后，方可使用特定的錨具來固定鋼絞線，本項目中鋼絞線的設計拉力值均為250KN。另外需特別注意的是，鋼絞線設置完成后應做出相應的表示以免后續(xù)的施工步驟勿碰到鋼絞線，造成不必要的破壞甚至返工。

5、施工常見問題及其應對方法

（1）灌漿過程中的斷樁現(xiàn)象是較普遍發(fā)生的施工問題，若出現(xiàn)應及時停止灌漿，采取補樁等手段進行修補，完成后才可繼續(xù)灌漿。

（2）鋼絞線的安放施工精度要求高，放入孔洞前應仔細檢查鋼絞線質量，確保滿足組裝規(guī)范，安放完成后應對其進行保護，不得隨意敲打、移動鋼絞線。

（3）灌漿漿液必須在規(guī)定時間內攪拌并在初凝前完成灌漿，漿液應攪拌均勻并需進行一定程度之過篩，確保無石塊等雜物進入漿液。灌漿過程若持續(xù)過長無法在初凝前一次完成，則需按實際情況加入一定外加劑并用水或稀泥漿沖洗灌漿管口。

（4）于粉砂質土層中施工時易發(fā)生塌孔現(xiàn)象，可通過設置固砂裝置、采用旋噴攪拌等方法來防止塌孔發(fā)生。

（5）為保證灌漿壓力，應該水平泵送距離控制在45m之內，崩口壓力應適中，不易過大，一般應維持在0.5～0.6Mpa之間。

6、結束語

高壓旋噴注漿加勁水泥土樁施工具有施工簡單、效率高，噪聲小，因而適用于城市深基坑地基加固，尤其是在狹小空間進行基礎加固與軟土地基處理，更顯示出其他處理方案無法比擬的優(yōu)越性，值得進一步推廣與應用。