雙向支座樁錨技術在深基坑支護中的應用研究

曹鐵耀 （中鐵十五局集團東來地產(chǎn)開發(fā)有限公司，河南 鄭州 450052）

1 工程概況

本工程位于西安市興慶路以西、柿園路以北，地上為安置用房、商品住宅、商務寫字樓及商業(yè)用房等，建筑面積為92680m2；地下為局部二層，建筑面積35487m2，地下室設計埋深約10m～11m。本工程屬于棚戶區(qū)改造項目，地塊紅線北側距離既有生活區(qū)陜西省物資局家屬院5.85m，南側距離柿園路主干道5.07m，東側距離興慶路3.31m，西側距離景龍池4.07m，施工場地狹小。

本工程地質屬于非自重濕陷性黃土場地，地下室底面積約1.78 萬m2，基坑周長657m，基坑開挖深度為12.85m，基坑支護設計為臨時性支護。為提高基坑支護可靠性，降低支護成本，設計方案采用雙向支座樁錨（一樁兩錨）+土釘+掛鋼筋網(wǎng)噴護支護體系?；又ёo設計安全等級為一級，基坑側壁重要性系數(shù)為1.1，基坑支護設計使用期限為12個月。

2 工藝原理

本工程支護設計方案采用雙向支座樁錨（一樁兩錨）+土釘+掛鋼筋網(wǎng)噴護支護體系，如圖1所示。本文重點對雙向支座樁錨的施工工藝進行論述，其工藝主要涉及構件為沿基坑側壁排列設置的支護樁及冠梁組成的擋土結構和預應力錨索鋼絞線及雙向支座組成的錨拉結構。其工作原理是利用預應力錨索鋼絞線的錨定性和可彎曲性圍繞支護樁，借助安裝在樁身中央位置的雙向支座鎖定性將錨索鋼絞線的拉拔力傳遞至支護樁樁身，從而達到減少支護樁的位移和穩(wěn)定基坑側壁土體的目的。

圖1 雙向支座技術工作簡圖

3 施工方案

本文僅對雙向支座樁錨的施工工藝進行論述。

3.1 施工工藝

（1）支護樁施工

（2）錨索鋼絞線施工

（3）雙向支座安裝

3.2 施工重點

（1）檢查基坑周邊情況，不得有低洼積水區(qū)。施工前，應查明基坑周邊地下管線分布情況，查明并排除基坑周邊地下管網(wǎng)漏水情況，對基坑范圍內的已廢管線口進行封堵和處理，確保基坑側壁土層不受雨水、管網(wǎng)漏水及地表水的影響。

（2）根據(jù)項目土層性質、地下水條件及基坑周邊環(huán)境要求等選擇混凝土樁、型鋼樁、鋼管樁、型鋼水泥土攪拌樁等樁型，同時，應結合影響范圍內存在對地基變形敏感、結構性能差的建筑物或地下管線等因素，綜合考慮選擇樁基機械及確定施工工藝。

本工程基坑地層自上而下依次為人工填土、上更新統(tǒng)及中更新統(tǒng)的沖洪積黃土及古土壤等；地表高程位于414.50m，地下穩(wěn)定水位埋深為5.5m～8.0m之間，標高為406.59m～408.88m，屬潛水類型。因此，本工程采用旋挖鉆機鉆進成孔、天然泥漿護壁工藝。

（3）施工中應重點檢查泥漿的各項性能指標。若天然泥漿不能符合要求時，立即啟動備用泥漿池，確保泥漿對孔壁的撐護作用；同時，樁體的成孔質量、鋼筋籠的制作安裝及混凝土澆筑應符合《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ94-2008）的驗收規(guī)定。

根據(jù)地勘報告描述：黃土層與古土壤層可能存在厚度不等的鈣質結核層，層間夾有砂土層，易引起孔壁坍塌。因此，鉆機施工中泥漿具有可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、懸浮鉆渣等作用，為此泥漿是保證孔壁穩(wěn)定的重要因素。本工程泥漿相對密度為1.02～1.06，粘度為16s～20s，砂率≤4%，泥皮厚度≤3mm，pH值＞7。

（4）錨索施工應嚴格按照設計要求的材料、成孔角度、孔徑、孔深、鎖定力、錨固段和自由端各自長度要求、保護層厚度及土方開挖深度等進行施工。

本工程根據(jù)設計要求，錨索施工采用旋噴擴大頭、帶筋鉆進成樁的專利施工技術，充分發(fā)揮了單根錨桿的拉拔力，在提高經(jīng)濟性的同時保證質量。錨索采用3根15.2mm的鋼絞線（1860級），成孔角度每根樁水平方向分別交替傾角17.5°和12.5°，孔徑其中錨固段處擴大頭為450mm（長度為3m），其余處為350mm，自由端為150mm，設計鎖定力220kN（極限拉拔力為270kN），漿體保護層厚度不小于20mm。安裝前要確保每根鋼絞線順直，不扭不叉，排列均勻，除銹，除油污，對有死彎、機械損傷及繡坑處應剔除，同時，鋼絞線自由端涂抹黃油并外套Φ20 PVC波紋管防腐。

（5）錨索施工注漿工序應嚴格按照設計要求工藝施工，施工前應和支護樁類似采用現(xiàn)場試驗的方式，通過其試樁確定漿壓、水泥漿相對密度（水灰比）、旋轉速度、下沉鉆進、噴嘴直徑和流量等各種主要技術參數(shù)隨地層地質剖面變化的曲線圖。錨索施工完成后，應按照《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ120-2012）的附錄A進行錨索的基本試驗。

本工程根據(jù)設計要求，采用32.5R 水泥漿灌注，水灰比0.5，高壓水泥漿液壓力一般控制在25MPa～30MPa，注漿管必須與錨索主筋同時插入孔中，注漿管端部距孔底距離宜為100mm～200mm。計算好管路內水的頂替時間，確認水泥漿液已送達噴嘴后，按要求的旋轉速度、下沉速度，自上而下開始噴射作業(yè)，直至設計的樁底深度。必要時進行復噴，每提卸一根鉆桿要進行補漿，孔口0.5m范圍內要進行封孔旋噴注漿作業(yè)，防止地下水從此滲漏。值班技術人員必須時刻注意檢查注漿流量、壓力、旋轉提升速度等參數(shù)是否符合設計要求，并且隨時做好記錄。具體施工參數(shù)待試驗錨索進行拉拔試驗后確定。

（6）錨索張拉及支座安裝應嚴格按設計要求的漿體強度、張拉順序、張拉值等進行施工作業(yè)，確保滿足質量要求。

本工程設計要求在土方開挖至錨索標高以下0.5m處停止，在錨固體強度達到15MPa以上時，在基坑內樁身中央位置安裝雙向支座，將樁身兩側錨索中的鋼絞線繞過樁身后分別沿著樁身切線方向穿過雙向支座，安裝錨具，采用千斤頂進行錨索預應力的對稱施加鎖定，其中，雙向支座中心應確保在支護樁的中心線，并與支護樁緊密結合，在鎖定后對錨墊板及錨頭進行必要的防腐處理，如圖2所示。

圖2 錨索張拉及支座安裝

4 工藝特點

4.1 傳力簡單有效

傳統(tǒng)腰梁鎖錨支護結構施工時，由于支護樁施工垂直及水平位置存在誤差，型鋼腰梁存在不在一條直線的問題，造成受力不均勻，從而腰梁變形較大，導致腰梁緊貼護坡樁處錨索受力大，腰梁與護坡樁間隙大的部位錨索受力小。雙向支座直接鎖定至每根支護樁，與支護樁定位偏差完全無關，錨索受力均勻，由于取消腰梁傳力環(huán)節(jié)，縮短了受力傳導路徑，也就不存在腰梁變形產(chǎn)生的預應力損失問題，消除了傳統(tǒng)型鋼腰梁鎖錨時樁位偏差、樁垂直度偏差對錨索受力不均的影響，使錨索最大程度發(fā)揮其作用，傳力體系有效性得以保證。同時，雙向支座為多邊棱臺，在鎖定時三向受壓，充分利用了鋼構件耐壓特性，鎖定時，鎖定單根錨索需要的鋼材量比型鋼腰梁用鋼量大幅減小，節(jié)約造價。

4.2 節(jié)約工期

傳統(tǒng)腰梁鎖錨支護結構施工時由于單根型鋼腰梁重量通常為200kg～400kg，一般需6～10 名工人安裝一段型鋼腰梁，勞動強度大，易發(fā)生工傷事故；同時，由于腰梁存在連續(xù)性問題，現(xiàn)場施工時同一線性段內只能連續(xù)施工，無法實現(xiàn)集中分批作業(yè)；而雙向支座樁錨技術由于重量輕、機械化程度高，安裝和鎖定僅需3 名工人配合，勞動強度低，工作效率大幅提高。

本工程支護樁210根，每個錨索工作面對應錨索鋼絞線420根，每一工作面的施工周期為7d，相比普通腰梁法施工速度可提高2～3倍，有效減少了土方開挖技術間歇時間，縮短了土方開挖工期。

4.3 有效節(jié)約成本

4.3.1 減少土方開挖工程量

傳統(tǒng)腰梁法基坑支護中需留出基坑面外40cm～50cm作為錨固腰梁型鋼的錨桿及鋼墊板空間，而雙向支座錨固技術則有效解決外露空間的技術問題，雙向支座厚度在10cm左右，借助樁間噴射混凝土的厚度覆蓋，形成平面的基坑側壁，從而充分利用有限的場地面積，最大限度優(yōu)化地下室施工作業(yè)和布置施工現(xiàn)場，有效減少基坑開挖寬度約30cm。就本工程而言，基坑開挖面積為18398.44m2，開挖深度為10.144m，采用雙向支座錨固技術可節(jié)省土方開挖、外運及回填量為5711m3，同時可增加現(xiàn)場施工布置作業(yè)面5711m2，一定程度優(yōu)化了現(xiàn)場材料堆放方案，減少二次搬運成本的發(fā)生。

4.3.2 減少基坑鋼材用量

傳統(tǒng)腰梁法基坑支護體系由兩根槽鋼或工字鋼組成，加上鋼墊板等附件，鎖定一根錨桿（索）需要鋼材約為90kg～160kg，雖然可重復利用，但使用期間仍會占用一定資金；而雙向支座錨固技術采用的雙向支座（100mm×100mm×70mm）為內空多邊棱臺不規(guī)則塊體，其重量約3.5kg～5kg，大幅節(jié)約鋼材用量。

綜上分析，結合既有文獻資料，雙向支座錨固技術可實現(xiàn)降低基坑支護工程綜合造價約10%（含土方開挖及回填）。

4.4 規(guī)避安全風險

傳統(tǒng)腰梁法基坑支護中腰梁相比基坑面凸出40cm～50cm 為外露錨桿及鋼墊板，造成有效肥槽空間減小，且錨桿正對施工人員，不利于施工。雙向支座計入錨具尺寸后，與樁間噴射混凝土厚度相當，噴射混凝土完成后，錨具及支座均被覆蓋，基坑側壁為平面，無凸出物，地下室施工條件大為改善，避免造成減少外墻作業(yè)人員遭受剮蹭的安全風險。

5 結語

目前，城市發(fā)展由過去的“攤大餅”式轉向精準的“城市更新”方向，城市內核優(yōu)質的配套資源和周邊“老破小”住宅形成鮮明對比。經(jīng)過該技術在項目中的應用，不僅提高了基坑支護的可靠性，有效降低工程成本，節(jié)約工期，同時，通過對基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，均滿足規(guī)范要求。雙向支座錨固技術的專利申請和普遍應用，對城市核心區(qū)域城市更新項目提供了基坑支護方面的解決方案，為類似工程在具體實施時借鑒參考。