論可回收預(yù)應(yīng)力錨索在基坑支護(hù)中的應(yīng)用研究

陳書明

(福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 福建福州 350003)

0 引言

當(dāng)前，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式普遍采用于城市建筑中的地下室基坑工程建設(shè)中，要求在施工前選擇支護(hù)方案時(shí)，既要考慮到施工的安全可靠和可操作性，又要做到經(jīng)濟(jì)合理。從長期看，可回收式預(yù)應(yīng)擴(kuò)孔錨索施工將會(huì)較大節(jié)約施工成本，而且產(chǎn)品回收對周邊建筑的影響較小，還能節(jié)約社會(huì)資源，并取得可觀的社會(huì)效益?；厥蘸笪雌茐牡匿摻g線又可以利用在其他項(xiàng)目工程中,具有材料充分利用、環(huán)保、節(jié)省費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。

1 工程案例

福州高新區(qū)馬排安置房一期工程，位于閩侯縣福州高新區(qū)馬排村，地上27層，地下1層，分為南、北區(qū)2個(gè)獨(dú)立地下室，總建筑面積為37 115 m2，基礎(chǔ)約有6.20 m～6.40 m埋置深度，工程東側(cè)緊臨居民住宅，無放坡開挖和內(nèi)支撐支護(hù)的條件。根據(jù)該場地的水文、地質(zhì),周邊環(huán)境等條件分析,該工程基坑深度需要開挖至淤泥層和細(xì)中砂層，基坑支護(hù)采用排樁+擴(kuò)孔式錨索，上部1.5 m～2.0 m范圍采用1∶1.2放披，卸載平臺寬度為0.50 m～3.0 m。支擋排樁采用SMW工法樁型鋼水泥土攪拌墻[1]，即在三軸水泥攪拌樁之間插入型鋼HM488×300×11×18,樁間距為900 mm；三軸水泥攪拌樁樁徑為650,樁中心距為450 mm，在冠梁處施工預(yù)應(yīng)力擴(kuò)孔錨索，為保證臨近建筑物地下空間的利用和避免后期施工困難，采用可回收式錨索(3ΦS15.2無粘結(jié)鋼絞線)形式，在地下室結(jié)構(gòu)施工完成且周邊回填土之前，用拉力機(jī)拔出予以回收，如圖1所示。

圖1 型鋼混凝土攪拌墻+可回收式錨索示意圖

2 工程地質(zhì)條件

該項(xiàng)目臨近閩江沿岸地區(qū)，水系發(fā)達(dá)，經(jīng)勘探報(bào)告顯示，工程場地巖土層主要為粉質(zhì)粘土、淤泥、細(xì)中砂、淤泥質(zhì)土和碎卵石層，下部為花崗巖及其風(fēng)化產(chǎn)物[2]?？辈斓膸r土層自上而下可劃分為①粉質(zhì)粘土、②淤泥、③細(xì)中砂、④淤泥質(zhì)土、⑤細(xì)中砂、⑥碎卵石、⑦砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑧碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和⑨中等風(fēng)化花崗巖，共計(jì)9層。 開挖范圍內(nèi)的土層為①粉質(zhì)粘土、②淤泥、③細(xì)中砂三個(gè)土質(zhì)分布，而錨索底端必須穿過④淤泥質(zhì)土層伸入⑤細(xì)中砂的土質(zhì)層。

3 可回收式錨索工作機(jī)理

該工程采用的可拆卸錨索為強(qiáng)度等級≥1860 MPa的預(yù)應(yīng)力無粘結(jié)鋼絞線，承載體應(yīng)采用鋼質(zhì)承載體，頂推式快速解鎖回收錨索。可拆卸錨索由導(dǎo)向頭、承載板、連接頭、隔離塑料管、鋼絞線張拉承壓板和錨具組成(圖2)。其回收工作原理：使用千斤頂將中間1根回收索卸荷后，拔出回收索，使錨環(huán)往中心孔方向縮回，部分夾套脫開松弛，從而解除對2個(gè)工作索的前端夾持，方便快速拔出工作索，達(dá)到回收目的[3]。

圖2 可回收錨索大樣圖

回收機(jī)理是：基于錨索裝置，可回收錨索鋼絞線分為一根回收索和若干根(1～5)工作索；回收索不張拉，在基坑支護(hù)中不施加預(yù)應(yīng)力，僅作為解鎖手段用千斤頂在回收時(shí)拔出，使錨環(huán)縮回夾套脫開，從而工作索前端夾持解除，其數(shù)量為1根；工作索必須張拉鎖定，按設(shè)計(jì)要求施加預(yù)應(yīng)力，數(shù)量按設(shè)計(jì)要求。錨索的拉力作用先傳遞給錨具，再由錨具傳力給凝固達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的噴漿混凝土，然后傳遞給周邊土層中，形成由端部受力的承壓式錨索體系[4]。

與傳統(tǒng)的錨索(錨索或鋼筋與注漿體形成整體，無法拔出永久埋置于土層中)不同的是，可回收錨索端部處于承壓狀態(tài)，隔離塑料管內(nèi)部填充防漏劑與注漿體隔離，錨索處于自由伸長狀態(tài)。錨索承載力作用，一部分為錨索錨固段與孔壁之間產(chǎn)生的摩阻力，另一部分為錨索的端阻力；依靠錨索周邊土體的抗剪強(qiáng)度提供抵抗力,并起到擋土作用，錨索錨固段剪應(yīng)力分布如圖3所示。

圖3 錨索錨固段剪應(yīng)力分布示意圖

4 可回收式錨索施工及質(zhì)量控制

可回收式預(yù)應(yīng)力錨索的施工工序?yàn)?鉆孔噴漿→拔出鉆桿→頂入錨索桿體→拔出鉆桿復(fù)噴→注入水泥漿(二次注漿)→錨固體凝固→張拉→鎖定→回收。

錨索在地下室施工完畢，基坑周邊回填土前進(jìn)行錨索回收，是本基坑支護(hù)工程的關(guān)鍵工序。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，由于此地段距閩江較近，地下含水量豐富，水位較高，其施工難度大，降水和基坑監(jiān)測在施工中應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。

可回收錨索(預(yù)應(yīng)力錨具各構(gòu)配件詳見圖4)的具體實(shí)施步驟為：①將2根工作索3和1根回收索4分別穿入有對應(yīng)孔位的錨墊板20、張拉錨環(huán)21，其中，回收索4穿在中心孔內(nèi)，回收索4無需安裝夾片，同時(shí)在張拉錨固時(shí)無需張拉回收索4。將工作索3與錨環(huán)對應(yīng)錐孔內(nèi)安裝工作第二夾片22；②當(dāng)混凝土達(dá)到要求時(shí)，用專用張拉機(jī)具(千斤頂)按施工規(guī)范，對錨索進(jìn)行荷載張拉至設(shè)計(jì)值最后錨定；③待完成基坑基礎(chǔ)施工，土方回填前，按設(shè)計(jì)要求，需對錨索進(jìn)行回收，先用張拉機(jī)具千斤頂將回收索4加荷拉拔，再將工作索上咬合的工作第二夾片22卸載并推卸，待千斤頂升長20 cm時(shí)退出；用人工抽拔回收索4和工作索3，至此完成錨索整體工作內(nèi)容。

圖4 預(yù)應(yīng)力錨具各構(gòu)配件

具體采用人力回收錨索的流程：拆除錨固裝置(解除錨具夾片)→采用千斤頂夾緊回收索，對其施加 2～3T的拉拔力，千斤頂拔出回收索，端部解鎖裝置完成解鎖→直接人力拉出剩余錨索。

施工質(zhì)量控制：

①鉆孔施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求定出并標(biāo)記好錨索的孔位，允許偏差：鉆孔水平及垂直方向孔距為士100 mm,角度為2°；鉆孔長度應(yīng)超過設(shè)計(jì)長度0.5 m；

②預(yù)應(yīng)力錨索擴(kuò)孔注漿施工時(shí)，鉆進(jìn)速度控制為120 mm/min，水泥使用量不低于250 kg/m，二次注漿不少于50 kg/m水泥用量；錨索注漿采用 42.5級普通硅酸鹽水泥，純水泥注漿。

③預(yù)應(yīng)力錨索采用鉆機(jī)在土體中進(jìn)行鉆孔,通過鉆桿的中空通道,向孔壁周邊高壓旋噴注漿并連續(xù)施工作業(yè),形成直徑400 mm的密實(shí)水泥砼錨固體；

④中砂層噴錨混凝土施工時(shí)，壓力應(yīng)為20～25 MPa范圍內(nèi),鉆桿退至距離孔口3 m左右，應(yīng)將噴射壓力減至5 MPa以下[5]；

⑤預(yù)應(yīng)力錨索鎖定值為0.8倍錨索軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值(200～250 kN)，預(yù)應(yīng)力錨索軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值按設(shè)計(jì)剖面圖錨索標(biāo)注，值冠粱砼強(qiáng)度及錨固體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%以上后，方可進(jìn)行張拉及鎖定。錨索鎖定時(shí),先分五級進(jìn)行張拉，先達(dá)到1.1倍鎖定荷載，再松弛至鎖定荷載持荷進(jìn)行鎖定，預(yù)應(yīng)力錨索張拉、鎖定如圖4所示。

⑥錨索在施工中，必須留出不少于70 cm張拉工作長度(冠梁外側(cè))。

⑦拆卸錨索施工的最小工作面至少100 cm以上，否則無法進(jìn)行拆卸錨索的施工。放松卸荷錨索時(shí)應(yīng)注意鋼絞線回彈力，千斤頂施工附近不得站人。

工作錨索拆除與回收的前提條件是，必須嚴(yán)格控制無粘結(jié)鋼絞線與錨索底部可拆卸式錨固段的“無黏結(jié)性”，確保錨索最深處的承載體是光滑和帶半圓弧型的；同時(shí)二次注漿的關(guān)鍵管控點(diǎn)在于注漿時(shí)嚴(yán)格封口，確保水泥漿體不進(jìn)入隔離塑料管內(nèi)。

5 錨索回收施工過程中遇到的問題及處理措施

(1)錨索鋼絞線隔離塑料管破損，導(dǎo)致水泥漿進(jìn)入，鋼絞線回收索困難。

處理措施：用千斤頂直接對鎖定的工作鋼絞線施加拉力，緩慢拉出鋼絞線。

(2)留出鎖定的鋼絞線被工人切除，導(dǎo)致回收索長度不足無法解鎖。

處理措施：挖除冠梁后方土體，使錨索有足夠長度回收索進(jìn)行解鎖。

(3)錨索在混凝土冠梁內(nèi)卡死，無法進(jìn)行張拉鎖定。

處理措施：在冠梁施工時(shí)，需增加 PVC套管進(jìn)行隔離，以便順利張拉。

(4)鉆孔時(shí)根據(jù)施工要求頂入錨索，隔離塑料套管松動(dòng)，導(dǎo)致二次注漿的水泥漿進(jìn)入管內(nèi)。

處理措施：頂入錨索時(shí)不能硬頂，隔離塑料套管松動(dòng)時(shí)應(yīng)將錨索拉出，更換錨索，重新包扎隔離套管后頂入。

(5)在張拉時(shí)，拉動(dòng)回收索，造成工作索無法鎖定。

處理措施：需在專業(yè)人員指導(dǎo)下，進(jìn)行錨索張拉鎖定的施工，張拉前應(yīng)對工作索和回收索進(jìn)行標(biāo)明記號，嚴(yán)禁張拉回收索，否則會(huì)造成錨索孔報(bào)廢。

6 現(xiàn)場實(shí)施情況

該工程北、南地塊均進(jìn)行監(jiān)測，布置圍護(hù)頂部沉降與水平位移監(jiān)測點(diǎn)，土體深層變形(測斜)監(jiān)測點(diǎn)、地下水位監(jiān)測點(diǎn)，道路、地下管線變形(沉降與水平位移)監(jiān)測點(diǎn)，臨近建筑沉降觀測點(diǎn)、錨索內(nèi)力監(jiān)測點(diǎn)。

2018年11月進(jìn)行錨索支護(hù)工程，2019年3月開始回收錨索施工，2019年5月全部回收完成。現(xiàn)場經(jīng)26次監(jiān)測，深層土體水平位移累計(jì)最大值5.02～11.63(C26#)mm；坡頂位移量0.01～0.47 (P2#) mm,位移速率0.01～0.24(P2#)mm/d,累計(jì)位移量0.00～10.10(P54#)mm；坡頂沉降量0.01～0.29(P3#)mm，沉降速率0.01～0.15(P3#)mm/d,累計(jì)沉降量3.48～6.63 (P51#)mm；周邊道路及地下管線水平位移沉降量0.01～0.29(D19#)mm，沉降速率0.01～0.15(D19#)mm/d,累計(jì)沉降量2.90～4.83(D2#)mm；臨近建筑沉降量-0.27～0.28(J26#)mm,沉降速率-0.14～0.14(J26#)mm/d,累計(jì)沉降量0.92～4.01(J14#)mm；錨索內(nèi)應(yīng)力150.06～205.93 kN，變化量為-0.28～0.83 kN，累計(jì)變化量1.88～6.88 kN?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)未見明顯異?，F(xiàn)象，周邊環(huán)境裂縫無明顯變化，監(jiān)測結(jié)果正常，經(jīng)建設(shè)、監(jiān)理現(xiàn)場確認(rèn)，效果良好。

7 結(jié)語

該工程采用可回收式預(yù)應(yīng)擴(kuò)孔錨索基坑支護(hù)形式，既保證了基坑支護(hù)的施工質(zhì)量與安全，又能夠消除臨近建筑物利用地下空間的顧慮，具有回收速度快、費(fèi)用降低、效果良好的特點(diǎn)，對于類似施工空間狹窄而且周邊臨近建筑的地下室及基坑工程，能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，值得進(jìn)行推廣。