深基坑高壓噴射囊式擴大頭錨桿支護施工技術(shù)

楊士玨，洪人杰，李金園

YANG Shijue1，HONG Renjie2，LI Jinyuan3

(1.龍信建設集團有限公司，江蘇 南通226000;2.浙江眾立建設集團有限公司，

浙江 紹興312000;3.上海魯班工程顧問有限公司，上海200092)

1 工程概況

由海門市城市發(fā)展有限公司投資建設的海門·匯智園工程，總建筑面積139 249 m2，包括17 棟9～18 層住宅，2 棟2～3 層配套商業(yè)，1 棟3 層物業(yè)用房，4 棟變電所，5 棟門衛(wèi)、垃圾轉(zhuǎn)運站、燃氣調(diào)壓站及地下車庫。

地下車庫基坑周長約為860 m，基坑面積約為25 000 m2。整個基坑分成7 個支護段:東、南、西側(cè)周邊環(huán)境良好區(qū)域采用兩級放坡的支護形式，基坑北側(cè)距離紅線較近區(qū)域采用φ850@1 200 三軸攪拌樁，內(nèi)插H700 ×300 ×13 ×24 型鋼(“插一跳一”)加一/兩道囊式擴大頭錨的支護形式，攪拌樁入土深度17 m，型鋼長14 m，間距均為1.2 m。其特征剖面見圖1。

由圖1 可知，囊式擴大頭錨桿自由段長度7 m，錨固段長10 m，直徑φ180。其中8 m 為擴體段，孔徑φ800，桿傾角在20°～30°之間交替，錨桿內(nèi)置3 ×φ15.2 預應力鋼絞線。

2 囊式擴大頭錨桿工作原理

當錨桿桿體強度和桿體與擴大頭之間的握裹力足夠大時，也就是錨固體與土體間的相互作用達到極限時，錨桿抗拔力(T)由非擴大頭錨固段與土體之間的側(cè)摩阻力(T1)、擴大頭錨固段與土體之間的側(cè)摩阻力(T2)、擴大頭端面支撐力(T3)組成，見圖2。錨桿抗拔力(T)的計算公式如下:

其中T1= πdldtτf

式中:d—錨桿鉆孔直徑;

ld—非擴大頭錨固段長度;

τf—鉆孔孔壁摩阻力。

T2= πDlDτfD

式中:D—擴大頭直徑;

lD—擴大頭長度;

τfD—擴大頭的側(cè)壁摩阻力，考慮到高壓噴射擴孔對孔壁的加糙作用，可用τfD= 1.2τf;

圖1 基坑剖面圖

式中:α = 45° - φ/2;

φ—土體內(nèi)摩擦角;

C—土體的內(nèi)聚力;

δ—約束核錐面上的正應力。

圖2 擴大頭錨桿力學模型

3 囊式擴大頭錨桿施工要求

3.1 囊式擴大頭錨桿基本參數(shù)

錨索桿體在地面加工后，采用人工抬運至施工點，直接下入孔中，然后連接注漿機壓漿管注漿，注漿采用“高壓”注漿工藝。待錨索頭部腰梁施工約8 d 后(同時預應力錨索注漿后間隔時間不能小于8～10 d)可進行張拉鎖定。工藝參數(shù)見表1。

表1 錨桿基本參數(shù)

3.2 擴大頭錨桿施工工藝流程

擴大頭錨桿施工工藝流程見圖3。

3.3 錨索施工程序與工藝

3.3.1 測量放線

鉆孔前先根據(jù)要求測放孔位，并用竹簽進行標記。

3.3.2 鉆孔

(1)選擇CH-90 型錨桿鉆機。

(2)鉆機就位后，應保持平穩(wěn)，導桿或立軸與鉆桿傾角一致，并在同一軸線上，傾角25°。

圖3 擴大頭錨桿施工工藝流程

(3)施工中根據(jù)地質(zhì)條件可選擇三角合金鉆頭。

(4)成孔直徑不小于168 mm，在鉆進過程中，應精心操作，精神集中，合理掌握鉆進參數(shù)，合理掌握鉆進速度，防止埋鉆、卡鉆等各種孔內(nèi)事故。一旦發(fā)生孔內(nèi)事故，應爭取時間盡快處理。

(5)鉆孔完畢后，插入轉(zhuǎn)桿進行高壓旋噴注漿擴孔，重新插入D60 mm 鉆桿至錨固段末，插入預制好的錨桿，先在鋼套管內(nèi)進行高壓一次噴射注漿至孔口流出漿液為止，待4 h 后進行高壓二次注漿至孔口流出漿液為止。見圖4。

圖4 鉆孔實景圖片

錨固孔的質(zhì)量必須符合規(guī)范要求。我國工程建設標準化協(xié)會編制的《土層錨桿設計與施工規(guī)范(CECS 22：90)》［1］規(guī)定:

(1)錨桿成孔質(zhì)量檢驗標準為錨孔水平位置偏差±100 mm，錨孔垂直度偏差不宜大于±1%;

(2)鉆孔底部的偏斜尺寸不應大于錨桿長度的3%;

(3)錨固孔深度應不小于設計長度，也不宜大于設計長度的0.1 m。

作為鉆孔質(zhì)量監(jiān)控的一項措施，施工人員必須認真填寫鉆孔鉆進中原始記錄表，詳細記錄每個孔的進尺情況、地層變化、施工時間及其他特殊情況。

3.3.3 錨索制作

(1)按設計要求制作錨索，錨索采用3 ×φ15.2鋼絞線。錨索定中架或隔離架均按設計要求制作和安裝，使錨索處于鉆孔中心。錨索自由段須抹一層黃油，并密裹塑料布，套塑料軟管、扎牢。

(2)本工程錨索必須嚴格按照設計圖紙中對自由段和錨固段的要求執(zhí)行，鋼絞線錨固段架線環(huán)與緊箍環(huán)每隔1.5 m 間隔設置，緊箍環(huán)系16 號鉛絲繞制，不少于兩圈，自由段每隔2 m 設置一道架線環(huán)，以保證鋼絞線順直。

(3)安放錨索桿體時，應防止筋體扭曲，注漿管宜隨錨索一同放入孔內(nèi)，管端距孔底為50～100 mm，筋體放入角度與鉆孔傾角保持一致，安好后使筋體始終處于鉆孔中心，錨索孔口外露1 200 mm以便張拉。

(4)若發(fā)現(xiàn)孔壁坍塌，應重新透孔、清孔，直至能順利送入錨索為止。見圖5。

圖5 錨索制作實景圖片

3.3.4 擴孔

采用高壓旋噴進行擴孔，水泥漿為水灰比1.0 純水泥漿，旋噴壓力25～30 MPa，漿量75 L/min。拔管速度為0.1～0.2 m/min，水泥采用42.5R 普通硅酸鹽水泥中斷噴射后，恢復注漿時搭接長度不小于0.5 m。

3.3.5 注漿

囊式擴體錨固段注漿采用高壓注漿工藝，水泥凈漿灌注，漿液應攪拌均勻并過篩，隨拌隨用。漿液應在初凝前用完，注漿水灰比0.4～0.5，注漿體設計強度不小于30 MPa，漿體強度檢驗采用的試塊每50 根錨桿不少于1 組，每組不少于6 個試塊。錨索成孔采用套管跟進，到底后下入錨索，然后從第一次注漿管注入水泥漿至孔口流漿為止，拔出第一次注漿管，屆時進行第二次注漿。見圖6。

圖6 注漿工藝

3.3.6 張拉、鎖定

錨索施工后，應進行驗收試驗，驗收試驗的錨索數(shù)量根據(jù)設計圖紙按總量的5%進行。進行土層錨索驗收試驗時，加載宜按設計荷載的25%、50%、75%、100%、120%、150%依次進行。

(1)錨索張拉前至少先施加一級荷載(即1/10的錨拉力)，使各部緊固伏貼和筋體完全平直，保證張拉數(shù)據(jù)準確。

(2)錨固體與臺座混凝土強度均大于21 MPa 時(或注漿后至少有8～10 d 的養(yǎng)護時間)，方可進行張拉。

(3)錨索張拉至1.0～1.5 倍設計軸向拉力值Nt，土質(zhì)為砂土時保持10 min，為黏性土時保持15 min，然后卸荷至鎖定荷載進行鎖定作業(yè)。

(4)錨索鎖定后，若發(fā)現(xiàn)有明顯預應力損失時，應進行補償張拉。見圖7。

圖7 預應力施加實景圖片

4 技術(shù)經(jīng)濟性分析及優(yōu)點

通過“高壓噴射囊式擴大頭錨桿支護施工技術(shù)”在海門·匯智園基坑工程中的應用，其技術(shù)性能和經(jīng)濟效益方面有如下表現(xiàn):

4.1 抗拔力高且位移小

擴大頭錨桿與普通錨桿相比，擴大頭直徑可達到0.6～2.0 m，所提供的抗拔力大，擴大頭錨桿的錨頭位移小，特別適合于對位移限制要求高的地方，甚至對位移有特殊要求的，可以按位移控制進行設計和施工;而且，擴大頭錨桿具有承壓型錨桿的特性，加之高壓噴射對孔壁有明顯的“加糙”作用，其可靠性比普通錨桿高。

4.2 節(jié)省基坑支護造價和減少工期

在深基坑支護(錨拉排樁)工程中采用擴大頭錨桿，錨桿根數(shù)比采用普通錨桿可減少60%～70%，單根錨桿的長度可縮短約30%，錨桿工程的總造價可以節(jié)省約30%。擴大頭錨桿可以更好地控制基坑位移;單根擴大頭錨桿的抗拔力可以相當于4 根普通錨桿的抗拔力，從而擁有更好的經(jīng)濟性。

5 結(jié) 語

海門·匯智園基坑工程擴大頭錨桿對于控制圍護結(jié)構(gòu)變形起到了很明顯的作用，整個基坑開挖的過程中，支護結(jié)構(gòu)的水平位移控制在設計預期的范圍內(nèi)，這與設計的初衷是相符合的，達到了安全性能和經(jīng)濟效益均優(yōu)的效果。高壓噴射囊式擴大頭錨桿支護施工技術(shù)為深度大、土質(zhì)條件差、變形要求高的基坑提供了一種很好的借鑒。

［1］ 冶金部建筑研究總院. CECS 22 ： 90 土層錨桿設計與施工規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1990.