錨桿支護(hù)在華能大廈基坑中的應(yīng)用及提高錨桿抗拔力的措施

陳喜友

（北京市地質(zhì)工程公司，北京 100143）

0 引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，在國(guó)內(nèi)各大城市涌現(xiàn)出大量的高層建筑和大規(guī)模的市政工程，城市變得越來(lái)越擁擠，地下空間的開(kāi)發(fā)利用也隨之日益的增多。這些超大、超高工程的興建必然出現(xiàn)大量的深基坑工程，地下建筑成了現(xiàn)代建筑的趨勢(shì)，對(duì)基坑變形的要求也越來(lái)越高，選擇合理、經(jīng)濟(jì)的支護(hù)方案是基坑工程的首要任務(wù)。而基坑工程又是整個(gè)工程的質(zhì)量、工期和造價(jià)重要組成部分。因此，一個(gè)合理的基坑支護(hù)體系決定著整個(gè)基坑工程的成敗。

1 緒論

由于地質(zhì)類(lèi)型變化復(fù)雜，地下水位高且水量大，加上與周?chē)薪ㄖ锘驑?gòu)筑物相距近，地下管線(xiàn)多等復(fù)雜原因，給深基坑支護(hù)和土方開(kāi)挖工程帶來(lái)了很大的困難。這就要求基坑設(shè)計(jì)和施工人員必須選擇技術(shù)可行、造價(jià)合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)方案，以確?；又?chē)盎又ёo(hù)體系的安全和施工進(jìn)度，而錨桿技術(shù)在當(dāng)今深基坑支護(hù)工程中被普遍的采用，錨桿的設(shè)計(jì)理論及施工工藝也得到了很快的發(fā)展。

錨桿技術(shù)是將受拉桿件的一端固定在邊坡或地基的巖層或土層中，另一端與工程建筑物相聯(lián)結(jié)，用以承受土壓力、水壓力或風(fēng)壓力等所施加于建筑物的推力，從而利用地層的錨固力以維持建筑物（或巖土層）的穩(wěn)定。隨著土木建筑工程的發(fā)展,為了充分提高地下空間的利用率,高層建筑地下部分也不斷增加,基坑也越來(lái)越大,越來(lái)越深，對(duì)基坑變形的控制也越來(lái)越高。錨固技術(shù),尤其是預(yù)應(yīng)力錨桿(索)以其主動(dòng)受力的特性,在深基坑支護(hù)中起著相當(dāng)重要的作用。它既可與土釘結(jié)合,形成復(fù)合土釘墻,又可與護(hù)坡樁聯(lián)合使用,形成樁錨結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力錨桿不僅決定支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,而且對(duì)控制基坑的變形相當(dāng)重要。

目前，深基坑支護(hù)工程多采用排樁或地下連續(xù)墻加支撐的支擋型結(jié)構(gòu),而錨桿支護(hù)已成為深基坑支護(hù)中普遍采用的支護(hù)技術(shù)。這是由于錨桿支護(hù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：施工速度快、施工難度較小、以及具有開(kāi)闊的基坑作業(yè)空間而有利于土方開(kāi)挖及地下室施工等特點(diǎn)；作業(yè)空間不大，可應(yīng)用于各種地形及場(chǎng)地；較好地控制結(jié)構(gòu)的變形量；建筑市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，錨桿造價(jià)下降幅度也頗大，錨桿支護(hù)方式的選擇也減小了工程造價(jià)。

2 錨桿支護(hù)在華能大廈基坑中的應(yīng)用

2.1 工程概況

擬建工程緊鄰長(zhǎng)安街南側(cè)，南起東鐵匠胡同、北至復(fù)內(nèi)大街、東起教育西街、西至草坪東路，總用地面積約37000m2，總建筑面積約136600m2，地下三層，地上13層。基礎(chǔ)埋深-20.45m，實(shí)際挖深19.85m.。

（1）工程地質(zhì)概況

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)區(qū)地層情況為：①層填土，標(biāo)高38.01～40.91m；②層粘質(zhì)粉土，標(biāo)高36.081～37.08m；③層細(xì)砂，標(biāo)高30.61～31.54m；④層砂質(zhì)粉土，標(biāo)高25.23～27.56m；⑤層卵石，標(biāo)高18.09～19.65m；

（2）水文地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)區(qū)局部有一層地下水，為上層滯水，埋深約-9.00m，另有一層地下水為孔隙潛水，其穩(wěn)定水位埋深為23.80～25.50m，標(biāo)高為20.55～22.71m。

（3）周邊環(huán)境

施工場(chǎng)地緊鄰東側(cè)是正在進(jìn)行主體建設(shè)的武警總部招待所，高22層;緊鄰南側(cè)為7層的居民樓；北側(cè)為西長(zhǎng)安街馬路；西面為平房、二層居民樓建筑群，待拆遷中。由于施工場(chǎng)地地處長(zhǎng)安街繁華地帶，對(duì)噪聲、粉塵等環(huán)境污染要求十分嚴(yán)格。

2.2 支護(hù)方案

根據(jù)華能工地的地層條件、水文地質(zhì)條件及周邊環(huán)境，做出具體的支護(hù)方案為擋土墻、土釘墻和樁錨聯(lián)合支護(hù)等方式進(jìn)行分區(qū)支護(hù)，既符合安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)，又能節(jié)約工程造價(jià)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 錨桿在基坑施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

錨桿施工工藝的選擇是否得當(dāng)，決定著錨桿的工程質(zhì)量，從而影響著整個(gè)支護(hù)工程是否安全可行。根據(jù)地層條件，本次錨桿施工選用XY-300型錨桿鉆機(jī)進(jìn)行成孔，在實(shí)際施工中存在以下問(wèn)題：

（1）灌漿工藝

在華能大廈基坑支護(hù)工程第三道錨桿施工過(guò)程中，土層灌漿工藝卻采用了鋼絞線(xiàn)和注漿管同時(shí)下入孔底，這些孔鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)了很多的稀泥，而這種灌漿工藝會(huì)使錨桿在下入孔底過(guò)程中粘滿(mǎn)稀泥，使得鋼絞線(xiàn)和水泥漿之間的握裹力大大減小，在這道錨桿鎖定時(shí)候出現(xiàn)了兩根錨桿分別在10t.、16t.時(shí)被拉出.（鎖定值為20t）。

（2）桿體的制作

支架間距過(guò)大，綁扎不牢，在下入孔底過(guò)程中易松動(dòng)，使得鋼絞線(xiàn)下垂彎曲，注漿后不能保證居桿體中心，保護(hù)層不夠，握裹力部分損失。

（3）桿體的下入

在桿體下入孔底的過(guò)程中往往受到阻力較大，就群力強(qiáng)行推其至孔底，外露長(zhǎng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)就注漿，否則拔出重新掏孔。桿體在強(qiáng)行推動(dòng)過(guò)程中，支架易松動(dòng)錯(cuò)位甚至壞損（在被抽出的鋼絞線(xiàn)出現(xiàn)過(guò)此類(lèi)），使得部分鋼絞線(xiàn)與孔壁接觸，失去保護(hù)層。

（4）鉆進(jìn)

砂層成孔過(guò)程中鉆桿易被墊起，因此在鉆進(jìn)過(guò)程中使螺旋鉆桿在孔內(nèi)頻繁的抽動(dòng)，及時(shí)并盡可能多的導(dǎo)出孔內(nèi)的殘?jiān)?，而不要一味的追求鉆進(jìn)速度，要保證成孔質(zhì)量和施工安全。

4 錨桿抗拔力的影響因素及保證措施

錨桿能否正常工作取決于它的抗拔力是否滿(mǎn)足要求，而錨桿的抗拔力由鋼絞線(xiàn)與灌漿體之間的握裹力和灌漿體與孔壁土層之間的摩阻力共同決定。在基坑工程中的土層錨桿抗拔力一般主要考慮鋼絞線(xiàn)與灌漿體之間握裹力，土層中的摩阻力一般都是大于握裹力的，提高錨桿的抗拔力就是提高錨桿的握裹力和摩阻力。

4.1 提高錨桿握裹力的方法

（1）飽和水狀態(tài)土層中的施工

在飽和狀態(tài)的土層中采用普通螺旋錨桿機(jī)進(jìn)行施工，螺旋鉆桿在不斷旋轉(zhuǎn)進(jìn)尺工程中對(duì)孔壁的擾動(dòng)比較大，將飽和水?dāng)嚢璩鰜?lái)，使孔中產(chǎn)生了大量的稀泥與泥塊，雖然通過(guò)螺旋葉片排出部分稀泥、泥塊于孔外，但起鉆后孔中仍然有部分稀泥和泥塊落入孔壁下側(cè)的斜面上，當(dāng)斜面上稀泥厚度超過(guò)支架支起鋼絞線(xiàn)高度時(shí)，若采用錨桿帶一根注漿管同時(shí)插入孔底的工藝，在緊靠孔壁的斜面上，下的鋼絞線(xiàn)沾滿(mǎn)了稀泥與稀泥覆蓋。雖然帶有注漿管，自下而上的注漿，但也不能將鋼絞線(xiàn)的稀泥沖洗干凈，造成水泥素漿和鋼絞線(xiàn)隔開(kāi)，失去了大部分握裹力，千斤頂一拉便呈抽心狀拉出，錨桿幾乎無(wú)噸位或達(dá)不到設(shè)計(jì)鎖值，造成錨桿失效。這是由于握裹面積不夠所造成上述的抗拔力不能滿(mǎn)足要求，因?yàn)殄^桿沒(méi)有足夠的握裹力，所以水泥柱的摩阻力也就失去了意義。

針對(duì)上述飽和地層中施工出現(xiàn)的問(wèn)題，為了擴(kuò)大握裹面積，改進(jìn)灌漿工藝。在土層尤其是粘土層中鉆進(jìn)成孔，角度容易控制，孔壁不易坍塌，就是孔壁的土受螺旋鉆桿的擾動(dòng)比較大而產(chǎn)生大量的稀泥從而影響了錨桿的灌漿質(zhì)量。在鉆進(jìn)成孔后，先將一根注漿管插入空底，距孔底50cm，然后從孔底子自下往上返漿，使稀泥、小土塊和水泥漿混合成渾漿返出孔口，當(dāng)孔口出現(xiàn)了新鮮的純水泥漿時(shí)，此時(shí)下鋼絞線(xiàn)，先注水泥漿同時(shí)也對(duì)孔壁起到潤(rùn)滑、護(hù)壁的作用，使得鋼絞線(xiàn)下入過(guò)程中受到的阻力大大減小，減小了群力強(qiáng)行推至孔底造成支架破損的幾率，最后在孔口補(bǔ)漿封口。這樣注漿可以先對(duì)空中的稀泥排出，鋼絞線(xiàn)在下入過(guò)程中又有水泥漿的保護(hù)，沾上稀泥的可能性要大大減小，從而保證鋼絞線(xiàn)和水泥漿之間的握裹力。

（2）在無(wú)飽和水砂層中施工

無(wú)飽和水砂質(zhì)地層中施工，采用普通錨桿鉆機(jī)干作業(yè)成孔，鉆進(jìn)應(yīng)循序漸進(jìn)，通過(guò)螺旋桿葉片將孔中松砂、土排出孔外，并應(yīng)該多次抽動(dòng)鉆桿加大排土的力度，以免由于鉆桿在空中停留過(guò)長(zhǎng)發(fā)生埋鉆桿事故而造成很大的損失。砂層孔壁的穩(wěn)定性要比粘土層孔壁的穩(wěn)定性差的多，砂層孔壁受螺旋鉆桿的擾動(dòng)恨容易出現(xiàn)塌孔，造成鋼絞線(xiàn)下不去又要重新掏孔，而重新掏孔過(guò)程中成孔質(zhì)量更不易保證，往往孔底部坍塌的比較大，浪費(fèi)大量的水泥漿。因此在砂層施工時(shí)切勿一味求進(jìn)尺速度，要頻繁的抽動(dòng)螺旋鉆桿，使螺旋葉片及時(shí)、大量的倒出孔中的砂土。砂的穩(wěn)定性不好，遇水易塌，在成孔后將鋼絞線(xiàn)和注漿管同時(shí)插入孔底，從孔底自下往上返漿，這時(shí)即使砂子塌落鋼絞線(xiàn)中，水泥漿和少量的砂子混合也不會(huì)對(duì)鋼絞線(xiàn)的握裹力有太大的影響，最后在孔口補(bǔ)滿(mǎn)漿封口，從而保證了鋼絞線(xiàn)在砂層的握裹力。

（3）在土層和砂卵石層交替的地層中施工

當(dāng)采用普通錨桿機(jī)械施工時(shí)，在砂或土含圓礫底層中鉆進(jìn)時(shí)，圓礫不易排出孔外，鋪墊在螺旋鉆桿下面，將螺旋鉆桿墊起，使孔逐漸上飄。鉆進(jìn)工程中通過(guò)觀察鉆桿，若鉆桿難卸、螺旋桿扣嚴(yán)重?fù)p壞，主動(dòng)鉆桿與孔內(nèi)鉆桿不同心，便可知鉆孔已上飄。成孔后鉆孔底部標(biāo)高高于孔口，灌漿如不采取有效方法則鉆孔底部的鋼絞線(xiàn)無(wú)法握住，常規(guī)灌漿的方法會(huì)造成孔下部無(wú)水泥素漿，或灌漿不飽滿(mǎn)，從而影響錨桿的抗拔力。偶爾會(huì)見(jiàn)到張拉時(shí)水泥柱被拉出，原因有握裹力，但是摩阻力不夠。可采用一根注漿管在孔底自下而上注漿，另外一根在孔內(nèi)插入1m長(zhǎng)，另一端吊起一定高度（高于空底標(biāo)高），孔口用編織袋裝土堵500m厚堵嚴(yán)，進(jìn)行壓漿時(shí)，從吊管口流漿為上，在漿液呈動(dòng)態(tài)時(shí)，隔10分鐘便進(jìn)行二次、三次壓漿，這種方法既握住鋼絞線(xiàn)又使鉆孔下部有了摩阻力。

4.2 提高錨桿摩阻力的方法

（1）二次高壓注漿

因?yàn)橛倌噘|(zhì)土、粘土、生活垃圾的抗剪強(qiáng)度小或流砂等原因鉆孔達(dá)不到設(shè)計(jì)孔深，不能滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)要求，這時(shí)可采用二次高壓灌漿的補(bǔ)救措施。具體操作方法如下：在飽和的地層中施工可預(yù)壓漿后下拉桿，干地層下拉桿可進(jìn)行第一次灌漿，但它們都帶有兩根管，一根常規(guī)25m注漿管和一根20m劈裂管隨拉桿同時(shí)下入孔中。劈裂管底部1m至2m鉆5mm小孔，間距5cm，梅花型布置。然后用封條貼嚴(yán)，第一次灌漿時(shí)，確保劈裂管內(nèi)無(wú)水泥素漿。當(dāng)?shù)谝淮喂酀{后8～10小時(shí)內(nèi)（水泥漿達(dá)到終凝），灌漿體強(qiáng)度約5N/mm..2時(shí)，可進(jìn)行高壓注漿，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)劈不開(kāi)第一次灌漿體，時(shí)間短了起不了高壓注漿之作用，水泥漿會(huì)從孔口流出。注漿時(shí)采用2～3Mpa的壓力。將高壓管接在劈裂管上，在孔口處綁緊。塑料管在孔外過(guò)長(zhǎng)，注漿時(shí)容易迸裂。漿液劈開(kāi)第一次灌漿體后向土層滲透、擠壓和擴(kuò)散，形成不規(guī)則的鑲嵌體，提高錨固與土體的摩擦面積，因而使錨桿的抗拔力成倍增長(zhǎng)。

（2）錨桿擴(kuò)大頭與增強(qiáng)摩阻力的原理

此種辦法在粘土和無(wú)粘土中都可適用，當(dāng)?shù)谝淮纬煽缀?，采用特殊的擴(kuò)孔機(jī)械，通過(guò)中心壓力將擴(kuò)張式刀具緩緩削土成型，擴(kuò)大一個(gè)或幾個(gè)圓柱體，此法類(lèi)似于擴(kuò)底樁的施工的工法，增加了摩擦面積，從而增強(qiáng)摩阻力，提高了錨桿的抗拔能力。

（3）經(jīng)錨桿的傾角高度來(lái)增加摩阻力，提高錨桿的抗拔力

傾角是錨桿與水平線(xiàn)的夾角，它的選擇與施工機(jī)械、地層土質(zhì)有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，傾角大時(shí)，垂直分力大，對(duì)樁及錨桿腰梁受力大。由于錨桿需要好的承載力，故傾角稍大些為好。也便于灌水泥素漿。在同一層錨桿中由于角度的不同，會(huì)使錨桿的錨固段過(guò)的地層不同，從而錨桿的摩阻力大小不一樣，承載力也不相同。無(wú)論傾角的大小，只要錨固段穿過(guò)顆粒粗的地層越多，則錨桿的承載力越高?？赏ㄟ^(guò)角度的高度，使錨固段在粗顆粒的砂層、圓礫層中的增長(zhǎng)，增加摩阻力，從而提高抗拔力。

5 結(jié)語(yǔ)

本基坑工程根據(jù)工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件及周邊環(huán)境條件的不同，支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足安全環(huán)保的條件的前提下，針對(duì)基坑側(cè)面的特點(diǎn)分段優(yōu)選不同的支護(hù)方式，最大限度的節(jié)約了費(fèi)用，在確保工程質(zhì)量的前提下，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。

在錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方案合理的同時(shí)，應(yīng)對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，對(duì)施工過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題做必要的技術(shù)指導(dǎo)，要注重施工過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，并做到及時(shí)的質(zhì)量監(jiān)督和檢查，確保錨桿鉆進(jìn)、灌漿等工序達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，保證整個(gè)工程的質(zhì)量?；邮┕み^(guò)程中要做到信息化施工，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)更改設(shè)計(jì)方案，確保工程進(jìn)展順利進(jìn)行。

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