幾種預(yù)應(yīng)力錨索在軟土地區(qū)基坑支護(hù)中的試驗(yàn)及其應(yīng)用分析

云南建工基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司 昆明 650501

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

本基坑建設(shè)場地位于昆明市西山區(qū)陸家社區(qū)片區(qū)，擬建場地東鄰規(guī)劃清水河河道，基坑距離河道3～20 m；南側(cè)緊靠日新中路（十里長街），基坑開挖邊線距道路邊線約20 m，日新中路范圍地下管線較多，日常車流量大；西側(cè)為規(guī)劃道路，北側(cè)緊鄰核心商務(wù)區(qū)。本基坑的開挖深度為11.10～11.50 m，周長約570.00 m，基坑底面積約為15 769 m2，為一級基坑。圖1為基坑平面示意，其中陰影部分為基坑部分。

圖1 基坑周邊環(huán)境位置示意

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報告，擬建場地位于昆明滇池斷陷盆地中部地段，為滇池盆地湖相沉積平原地貌，場地內(nèi)地基土主要為：第四系人工填土層雜填土，第四系沖洪積黏土層，第四系湖沼積黏土、泥炭質(zhì)土、粉土層。

1.3 水文地質(zhì)條件

本工程基坑主要含水層為表層雜填土和深下部粉土，地下水類型主要為賦存于松散雜填土中的孔隙型潛水，以及粉土層中的第四系微承壓孔隙水。表層雜填土中含有少量上層滯水，受大氣降水和地表水（場地附近居民生活用水及地下排水管滲漏水）補(bǔ)給和控制。清水河新河道位于場地東側(cè)并以涵管形式于場地東南角穿過，位于場地外段河道距場地距離3～35 m。河流流量為78.30 L/s，總體流量較小，汛期稍大，河水水面與場地高差約3 m。綜合評價本場地為弱透水土層，但鄰近河道側(cè)需加強(qiáng)防范。

1.4 基坑支護(hù)方案

根據(jù)基坑周邊及場地地層條件，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測標(biāo)高、距離及地下水位等情況，確定以下設(shè)計方案：

1）基坑北側(cè)：采用1∶2兩級放坡加鋼管錨桿支護(hù)，三軸深層水泥土攪拌樁作止水帷幕；

2）基坑?xùn)|側(cè)：采用上部2.00 m放坡加旋挖鉆孔灌注樁加1排地面拉錨方案加2排預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，支護(hù)樁樁徑1 000 mm，樁間距1 500 mm，三軸深層水泥土攪拌樁作止水帷幕；

3）基坑?xùn)|南涵管側(cè)：采用雙排長螺旋鉆孔灌注樁加1排地面拉錨方案加2排預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，支護(hù)樁樁徑800 mm，樁間距1 100 mm，三軸深層水泥土攪拌樁作止水帷幕；

4）基坑南側(cè)：擬采用上部2.00 m放坡加雙排長螺旋鉆孔灌注樁加4排預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，支護(hù)樁樁徑800 mm，樁間距1 300 mm，三軸深層水泥土攪拌樁作止水帷幕；

5）基坑南側(cè)：與擬建J地塊相鄰，擬設(shè)計將2個地塊進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，本基坑采用上部2.00 m放坡加旋挖鉆孔灌注樁加1排地面拉錨方案加2排預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，錨樁為J地塊支護(hù)樁，2個地塊支護(hù)樁用錨索兩端鎖定。本基坑支護(hù)樁樁徑1 000 mm，樁間距1 500 mm，三軸深層水泥土攪拌樁作止水帷幕。

2 錨索試驗(yàn)

2.1 幾種預(yù)應(yīng)力錨索實(shí)驗(yàn)介紹

2.1.1 普通跟管預(yù)應(yīng)力錨索（A組）

1）成孔φ180 mm，孔位允許偏差不大于50 mm，錨索角度為20°，孔深超過設(shè)計長度1.00 m作為沉渣段；

2）錨索鋼絞線材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 860 MPa；

3）成孔導(dǎo)管跟進(jìn)，利用水壓沖切土體并將切割的土體經(jīng)過導(dǎo)管排出；

4）注漿液采用水泥漿，水泥漿采用P.O 42.5水泥拌制，水灰比為0.50；

5）采用二次壓力注漿工藝，第1次采用常壓注漿，第2次壓力注漿應(yīng)在水泥漿初凝后、終凝前進(jìn)行，二次注漿壓力不應(yīng)小于1.50 MPa。

2.1.2 水泥漿跟管預(yù)應(yīng)力錨索（B組）

1）成孔φ180 mm，孔位允許偏差不大于50 mm，錨索角度為20°，孔深超過設(shè)計長度1.00 m作為沉渣段；

2）成孔導(dǎo)管跟進(jìn)，利用壓力水泥漿沖切土體并將切割的土體經(jīng)過導(dǎo)管排出，水泥漿水灰比為1.00～1.20；

3）其他參數(shù)與普通跟管預(yù)應(yīng)力錨索相同，主要區(qū)別在于在成孔時用壓力水泥漿代替清水切割土體。

2.1.3 鋼管內(nèi)插預(yù)應(yīng)力錨索（C組）

1）利用φ76 mm×3.50 mm鋼管直接擊入土體，擊入土體的鋼管長度及角度均與設(shè)計錨索相同，在鋼筋端部進(jìn)行封堵；

2）在鋼管中放入已經(jīng)制作好的鋼絞線錨索，鋼絞線材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 860 MPa；

3）注漿液采用水泥漿，水泥漿采用P.O 42.5水泥拌制，水灰比為0.50；

4）采用二次壓力注漿工藝，第1次采用常壓注漿，第2次壓力注漿應(yīng)在水泥漿初凝后、終凝前進(jìn)行，二次注漿壓力不應(yīng)小于1.50 MPa。

2.2 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1）在錨索長度、角度等參數(shù)相同的情況下，試驗(yàn)以上3種預(yù)應(yīng)力錨索的極限張拉力、錨頭位移、周邊地表沉降量；

2）同種預(yù)應(yīng)力錨索在錨索長度不同的情況下，錨索極限張拉力的增加幅度大小；

3）區(qū)別于普通跟管預(yù)應(yīng)力錨索的其他2種錨索的施工可操作性；

4）復(fù)核地勘報告提出的錨桿的極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；

5）試驗(yàn)以上3種預(yù)應(yīng)力錨索在軟土地基的徐變率大小。

2.3 錨索基本試驗(yàn)、徐變試驗(yàn)參數(shù)

根據(jù)本工程進(jìn)行錨索試驗(yàn)，錨索基本試驗(yàn)分6組（A1、B1、C1、A2、B2、C2），每組3根，共18根錨索（錨索編號A11、A12、A13、B11、B12、B13……）。錨索徐變試驗(yàn)分3組，每組3根，共9根錨索（錨索編號A31、A32、A33、B31、B32、B33……）。其中A1、B1、C1組錨索的桿體索數(shù)為3×7φ5 mm，其余6組錨索的桿體索數(shù)為4×7φ5 mm，孔徑均為180 mm，角度均為20°。A1、B1、C1、A3、B3、C3組錨索的自由段長7 m，錨固段長20 m；A2、B2、C2組錨索的自由段長9 m，錨固段長25 m。A1、B1、C1組錨索的拉力設(shè)計值為500 kN；A2、B2、C2組錨索的拉力設(shè)計值為600 kN；A3、B3、C3組錨索的軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值為450 kN[1,2]。

2.4 錨索試驗(yàn)方法

2.4.1 基本試驗(yàn)（極限抗拔承載力試驗(yàn)）

錨桿極限抗拔承載力試驗(yàn)宜采用多循環(huán)加載法，其加載分級和錨頭位移觀測時間按表1確定，采用單循環(huán)加載時，其加載分級和錨頭位移觀測時間按表1中每一次循環(huán)的最大荷載及相應(yīng)的觀測時間逐級加載，逐級加載百分比見表1。

表1 錨索基本試驗(yàn)加載分級與錨頭位移觀測時間

在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)以下情況之一時，終止繼續(xù)加載：

1）后一級荷載產(chǎn)生的錨頭位移增量達(dá)到或超過前一級荷載產(chǎn)生位移增量的5倍；

2）錨頭位移不收斂；

3）錨頭總位移超過設(shè)計允許位移值；

4）錨索桿體被拉斷。

當(dāng)在某級試驗(yàn)荷載下出現(xiàn)以上4條規(guī)定的終止繼續(xù)加載情況時，應(yīng)取終止加載的前一級荷載，未出現(xiàn)時，應(yīng)取最大試驗(yàn)荷載值。施工現(xiàn)場為節(jié)約資源與時間，所有試驗(yàn)錨索腰梁采用鐵路枕木拼接而成，由于在錨索張拉試驗(yàn)過程中枕木腰梁后方土體會存在壓縮變形，試驗(yàn)錨索錨頭的實(shí)際位移應(yīng)為錨頭的實(shí)測位移減去腰梁后方土體的壓縮量。腰梁后方土體位移量采用分層總和法進(jìn)行計算。

2.4.2 徐變試驗(yàn)

徐變試驗(yàn)的加載分級和錨頭位移觀測時間按表2確定，在觀測時間內(nèi)荷載必須保持恒定。錨索軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值Nk=450 kN，每級荷載按時間間隔1 min、5 min、10 min、15 min、30 min、45 min、60 min、90 min、120 min記錄徐變量。

表2 錨索徐變試驗(yàn)加載分級與錨頭位移觀測時間

3 錨索試驗(yàn)結(jié)果

3.1 錨索基本試驗(yàn)結(jié)果

1）A11、A12、A13極限抗拔承載力平均值為524.67 kN，極差值為34 kN，小于平均值的30%，取其平均值524.67 kN為錨固段20 m的普通跟管預(yù)應(yīng)力錨索在該場地的極限抗拔承載力，地表平均沉降值為12.30 mm。

2）B11、B12、B13極限抗拔承載力平均值為645.33 kN，極差值為42 kN，小于平均值的30%，取其平均值645.33 kN為錨固段20 m的水泥漿跟管預(yù)應(yīng)力錨索在該場地的極限抗拔承載力，地表平均沉降值為5.62 mm。

3）C11、C12、C13極限抗拔承載力平均值為503.33 kN，極差值小于平均值的30%，取503.33 kN為錨固段20 m的鋼管內(nèi)插預(yù)應(yīng)力錨索在該場地的極限抗拔承載力，地表平均沉降值為2.01 mm。

4）A21、A22、A23極限抗拔承載力平均值為630 kN，極差值為46 kN，小于平均值的30%，取630 kN為錨固段25 m的普通跟管預(yù)應(yīng)力錨預(yù)應(yīng)力索在該場地的極限抗拔承載力，地表平均沉降值為14.58 mm。

5）B21、B22、B23極限抗拔承載力平均值為730.67 kN，極差值為43 kN，小于平均值的30%，取730.67 kN為錨固段25 m的水泥漿跟管預(yù)應(yīng)力錨索在該場地的極限抗拔承載力，地表平均沉降值為8.65 mm。

6）C21、C22、C23極限抗拔承載力平均值為564 kN，極差值小于平均值的30%，取564 kN為錨固段25 m的鋼管內(nèi)插預(yù)應(yīng)力錨索在該場地的極限抗拔承載力，地表平均沉降值為3.69 mm。

3.2 錨索徐變試驗(yàn)結(jié)果

本基坑共有9根試驗(yàn)錨索進(jìn)行徐變試驗(yàn)，結(jié)果如下：

1）A31、A32、A33普通跟管試驗(yàn)錨索在≤1.20Nk（540 kN）加載值的情況下，徐變率均未超過2 mm；在1.50Nk（675 kN）加載值的情況下，3根錨索的徐變率均大于2 mm，不符合要求。

2）B31、B32、B33水泥漿跟管試驗(yàn)錨索在1.50Nk（675 kN）加載值的情況下，3根錨索的徐變率均小于2 mm，符合規(guī)范要求。

3）C31、C32、C33鋼管內(nèi)插試驗(yàn)錨索在≤1.20Nk（540 kN）加載值的情況下，徐變率均未超過2 mm；在1.50Nk（675 kN）加載值的情況下，錨索錨頭位移不收斂，所測數(shù)據(jù)不規(guī)律，無法計算其徐變率，不符合要求。

4 結(jié)語

本基坑支護(hù)工程改變錨索施工工藝后獲得了很好的支護(hù)效果，尤其是對周邊環(huán)境的影響，同時通過在軟土地區(qū)的錨索應(yīng)用得出了以下結(jié)論與建議[3,4]：

1）在昆明市軟土地區(qū)基坑工程中應(yīng)用普通跟管預(yù)應(yīng)力錨索時，在水洗成孔過程中，若水壓過大則基坑周邊地表沉降嚴(yán)重；若水壓過小，則難以將所切割土體排出 。

2）水泥漿跟管預(yù)應(yīng)力錨索與普通跟管預(yù)應(yīng)力錨索相比，在成孔過程及成孔后，其對周邊環(huán)境的影響要小很多，因?yàn)橛靡欢舛人酀{沖切土體時，水泥漿液進(jìn)入土體裂隙中，對土體進(jìn)行一定程度的加固，改善了其物理力學(xué)指標(biāo)；但如果漿液濃度過高，水泥漿跟管預(yù)應(yīng)力錨索在施工過程中可能會存在堵管現(xiàn)象。

3）在本次錨索基本試驗(yàn)中，同等條件下，水泥漿跟管預(yù)應(yīng)力錨索極限抗拔承載力較普通跟管預(yù)應(yīng)力錨索能夠提高20%，同時徐變現(xiàn)象、錨索張拉力衰減情況也較輕。

4）在以上3種不同工藝的施工中，鋼管內(nèi)插預(yù)應(yīng)力錨索對周邊環(huán)境影響最小，因?yàn)殄^索外套鋼管，在成孔過程中，周邊地表沉降幾乎不受影響。但同時，由于受鋼管直徑大小的限制，錨索的極限承載力較其余2種小。

5）鋼管內(nèi)插預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝成本較高，但錨索養(yǎng)護(hù)期短，可作為軟土地區(qū)基坑變形的一種應(yīng)急措施。