高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索在復(fù)雜條件下基坑支護(hù)中的應(yīng)用

□□ 姚曉偉

(甘肅省第五建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 天水 741020)

引言

隨著基建規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大，城市建設(shè)用地日趨緊張，對城市地下空間的需求日益突顯，超大、超深的基坑支護(hù)工程也隨之出現(xiàn)。但地質(zhì)條件和周邊環(huán)境更加復(fù)雜，使得施工難度進(jìn)一步增大。

在基坑支護(hù)工程中普通預(yù)應(yīng)力錨索得到了廣泛的應(yīng)用，但存在著一定的局限性。由于填土組成成分復(fù)雜，且堆填方法、時(shí)間和厚度的隨意性，其不均勻性顯著；其次土質(zhì)疏松，孔隙率大，密度低，壓縮性高[1]。某工程基坑支護(hù)位于大厚度回填土區(qū)域，通過采用高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索工藝，不僅解決了錨索成孔過程中塌孔、縮頸等問題[2-3]，而且承載力也得到了提高，保證了基坑邊坡的穩(wěn)定性。

1 工程概況

該項(xiàng)目位于陜西省西安市，總占地面積58 550.85 m2，由15棟13～17層的住宅樓、3棟2～4層的多層建筑、地下車庫組成。該工程基坑?xùn)|西長為167 m，南北寬為135 m?；釉纪谕撩娼^對高程約為465 m，地下車庫基底絕對高程為452.58 m，紅線內(nèi)基坑深度為5.72～13.5 m，紅線外邊坡高度為6 m，總的最大高度為17.90 m。

2 巖土工程地質(zhì)條件

2.1 支護(hù)層地基土工程地質(zhì)評價(jià)

擬建場地橫跨浐河一級階地及少陵塬前緣兩大地貌單元，在勘探深度范圍內(nèi)，地基土主要由填土、黃土狀土、黃土、卵石、粉質(zhì)黏土及砂層等組成，支護(hù)層地基土位于填土層，現(xiàn)對其工程地質(zhì)評價(jià)如下：

支護(hù)層位于填土①層，整個(gè)場地大部分區(qū)域均有該層，平面上分布較為連續(xù)，但厚度變化大，層頂面(現(xiàn)狀地面)起伏大，層底面起伏大。

填土①層，均勻性差，工程性質(zhì)差，會發(fā)生固結(jié)壓縮變形及濕陷變形，未經(jīng)處理不能直接用作基礎(chǔ)持力層。包括素填土、雜填土。該層層厚為0.40～46.00 m，層底高程為431.05～456.37 m。素填土，黃褐色，稍濕，局部飽和以粉質(zhì)黏土為主，含磚瓦碎片、灰渣、砂粒等；雜填土，雜色，以混凝土塊、磚瓦碎塊、樁頭、爐渣等建筑垃圾為主，局部少量含織物、塑料袋等生活垃圾。

2.2 水文地質(zhì)條件

浐河一級階地，自現(xiàn)地面起水位埋深為8.50～47.90 m，自設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高為458.00 m，起水位埋深為22.70～23.90 m，水位標(biāo)高為434.10～435.30 m。地下水位埋深大于基坑開挖深度，故不設(shè)計(jì)降水施工。

3 基坑支護(hù)方案

根據(jù)巖土勘察報(bào)告，設(shè)計(jì)主要采用土釘墻、復(fù)合土釘墻、樁錨支護(hù)三種結(jié)構(gòu)支護(hù)形式，該基坑支護(hù)工程由12個(gè)區(qū)段組成，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖如圖1所示。支護(hù)形式見表1。

圖1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖

表1 邊坡支護(hù)表

主要設(shè)計(jì)參數(shù)：復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)、樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)均設(shè)置二級放坡，一級坡率為1∶1.5，坡面插筋1Φ14@1 500，L為1 000(水平、豎向間距)，80 mm厚C20噴射混凝土面層，內(nèi)配Φ6@200×200雙向鋼筋網(wǎng)片；基坑坡頂、平臺及坑底均設(shè)置300×300排水溝或截水溝。復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置土釘1Φ18@1 500，孔徑為150 mm，入射角為15°，100 mm厚C20噴射混凝土面層，內(nèi)配Φ8@200×200雙向鋼筋網(wǎng)片。鉆孔灌注樁Φ800@1 500，樁長為16.1 m、18 m。復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)、樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)均設(shè)置二排高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索3Φs15.2，預(yù)加拉力為150 kN；雙拼腰梁采用20型槽鋼(Q235鋼)，OVM型錨具。坡面設(shè)置Φ50PVC泄水孔(水平間距為3 m，L≥500 mm，坡度為10%，管壁鉆孔Φ5@50外包一層密目網(wǎng))。錨索信息見表2，典型支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖2所示。

表2 錨索信息表

圖2 典型基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

4 高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索施工

基坑支護(hù)施工與土方開挖作業(yè)密切配合，應(yīng)分層、分段開挖，嚴(yán)禁超挖。開挖標(biāo)高為相應(yīng)錨索位置下300 mm，每區(qū)段長度為20 m。坡面噴射混凝土面層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上，方可進(jìn)行下一工作面的開挖。

4.1 工藝原理

高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索通過旋噴鉆機(jī)鉆頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動能與高壓注漿泵產(chǎn)生的高壓噴射流共同作用下切削土體，破壞原有土體結(jié)構(gòu)，噴射漿體與土體發(fā)生固化作用形成高強(qiáng)度的錨固體，在成孔、噴射漿體的過程中利用鉆頭將鋼絞線帶入孔體中，增加噴漿壓力擴(kuò)大錨固段直徑，形成大直徑水泥土樁體，增大錨固體與土體的摩擦阻力，從而提高錨索的承載力[4]。按設(shè)計(jì)參數(shù)施加預(yù)應(yīng)力，通過錨索承受基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)背側(cè)的水平應(yīng)力(土壓力、水壓力等)，以此來控制基坑邊坡的水平位移量在設(shè)計(jì)和規(guī)范要求范圍內(nèi)，保證基坑的穩(wěn)定性。

4.2 工藝流程

高壓旋噴錨索施工流程如圖3所示。

圖3 高壓旋噴錨索施工流程圖

4.3 施工要點(diǎn)

4.3.1錨索制作與安放

根據(jù)設(shè)計(jì)要求制作鋼絞線，端頭采用Φ150×10鋼板錨盤，錨頭采用冷擠壓法與錨盤固定[5]。

4.3.2鉆孔施工

將液壓履帶式旋噴鉆機(jī)鉆頭對準(zhǔn)孔位并調(diào)整好角度。旋噴錨索成孔時(shí)，采用帶索鉆進(jìn)工藝，一次性施工成型。嚴(yán)格控制鉆進(jìn)和提升速度，提升速度≯0.2 m·min-1[3]，旋轉(zhuǎn)速度宜為20 r·min-1。

4.3.3擴(kuò)孔施工

(1)預(yù)應(yīng)力旋噴錨索自由段開孔孔徑為150 mm，樁體擴(kuò)大頭直徑應(yīng)≮500 mm，擴(kuò)大頭區(qū)段的長度應(yīng)≮2 m。擴(kuò)大頭區(qū)段旋噴攪拌的往返擴(kuò)孔次數(shù)比樁體錨固段應(yīng)≮2次，以保證樁體擴(kuò)大頭的直徑滿足設(shè)計(jì)要求。旋噴錨索大樣圖如圖4所示。

圖4 旋噴錨索大樣圖

(2)高壓噴射注漿采用強(qiáng)度等級M20純水泥漿，水灰比1∶0.8～1∶1，水泥摻入量為35%(采用P·O 42.5水泥)。

孔徑為150 mm段旋噴壓力控制在10～15 MPa；孔徑為500 mm段旋噴壓力≮20 MPa，擴(kuò)孔注漿鉆進(jìn)速度為0.1～0.15 m·min-1，注漿量為60 L·min-1。

高壓旋轉(zhuǎn)鉆頭(噴頭)旋轉(zhuǎn)、提升或下沉進(jìn)行高壓噴射擴(kuò)孔時(shí)均應(yīng)保持勻速，噴射管分段提升或下沉的搭接長度≮100 mm[6]。

4.3.4墊板、錨板、支架、腰梁施工

高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索養(yǎng)護(hù)到期，安裝雙拼槽鋼腰梁，制作應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙及標(biāo)準(zhǔn)圖集11SG814《建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造》的要求。安裝時(shí)必須加工異型支承板，調(diào)整腰梁角度，保證與預(yù)應(yīng)力錨索作用力方向垂直[3]。同時(shí)腰梁的轉(zhuǎn)角及端頭應(yīng)有加勁板及封頭板。鋼腰梁應(yīng)在坡面進(jìn)行有效固定后，再進(jìn)行錨桿的張拉鎖定。

4.3.5預(yù)應(yīng)力錨索張拉與鎖定

預(yù)應(yīng)力錨索張拉前，千斤頂應(yīng)與張拉油泵、壓力表等張拉設(shè)備進(jìn)行配套標(biāo)定，并且配套使用，嚴(yán)禁混用；檢查錨具、夾具及連接器是否合格。錨固段漿體強(qiáng)度>15 MPa并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的80%時(shí)，考慮到對鄰近錨索的影響，應(yīng)隔一拉一進(jìn)行張拉。錨索張拉時(shí)分級加載，張拉至設(shè)計(jì)施加預(yù)應(yīng)力值的1.15倍，保持10 min后且無明顯伸長，卸荷至鎖定荷載進(jìn)行鎖定[7]。

4.4 質(zhì)量控制重點(diǎn)

(1)所用鋼絞線、水泥等材料必須符合設(shè)計(jì)要求；錨具應(yīng)有出廠合格證和試驗(yàn)報(bào)告。

(2)錨固體的直徑、標(biāo)高、深度和傾角必須符合設(shè)計(jì)要求。

(3)在高壓旋噴過程中，鉆桿提升或下沉?xí)r，嚴(yán)格控制噴射壓力、鉆桿旋轉(zhuǎn)速率、提鉆速度及排量等旋噴參數(shù)，尤其是在擴(kuò)大頭區(qū)段。

(4)嚴(yán)格控制水泥漿液的水灰比、漿液初凝時(shí)間、注漿量。

(5)噴嘴的加工精度、位置、直徑、形狀等應(yīng)嚴(yán)格控制[8]。

(6)預(yù)應(yīng)力錨索的張拉必須在錨固體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求方可進(jìn)行。

4.5 高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索優(yōu)勢與特點(diǎn)

(1)適用于粉土、黏性土、濕陷性黃土、填土等地質(zhì)條件，應(yīng)用局限性小。

(2)多功能高壓旋噴鉆機(jī)的使用，施工靈活、快捷，施工質(zhì)量容易保證。

(3)施工工效高，縮短工期，對周邊環(huán)境影響小。

(4)與常規(guī)錨索相比，高壓旋噴錨索長度可縮短，節(jié)約材料，降低工程造價(jià)[9]。

(5)與常規(guī)錨索相比，高壓旋噴錨索的錨頭位移量明顯小于普通錨索，抗變形能力更強(qiáng)[10]。

5 監(jiān)測工作

該工程位于大厚度回填土區(qū)域，基坑支護(hù)施工過程中和完成后，務(wù)必做好監(jiān)測和排水工作，對于雨雪天氣尤為重要。應(yīng)按照設(shè)計(jì)或規(guī)范要求在基坑四周設(shè)置水平位移及沉降觀測點(diǎn)，并在邊坡上部部位設(shè)置觀測點(diǎn)，由專人負(fù)責(zé)，觀測監(jiān)測值的變化情況，對監(jiān)測值的發(fā)展和變化進(jìn)行分析和評述，并對發(fā)展趨勢做出預(yù)測，當(dāng)接近臨界報(bào)警值時(shí)應(yīng)及時(shí)通報(bào)相關(guān)人員研究處理。該工程基坑經(jīng)過長期監(jiān)測，各項(xiàng)變形值穩(wěn)定，處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結(jié)語

采用高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索，其施工時(shí)帶索鉆進(jìn)、旋噴注漿、擴(kuò)孔一次性完成，解決了常規(guī)錨索在回填土層施工時(shí)的塌孔、縮頸等問題，保證了錨索的施工質(zhì)量。同時(shí)大大提高了工效，縮短了施工工期和減少了對周邊環(huán)境的影響。

與常規(guī)錨索相比，高壓旋噴錨索與土體的摩擦阻力明顯大于常規(guī)錨索，其抗變形能力更優(yōu)于常規(guī)錨索。采用高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索與復(fù)合土釘墻、鉆孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的聯(lián)合應(yīng)用能有效約束支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，更有效地控制了基坑位移，保證了基坑的穩(wěn)定性。