巖土基坑施工過程中可回收錨索技術(shù)應(yīng)用研究

摘 要：某大型中央商務(wù)區(qū)項(xiàng)目的深基坑采用旋挖鉆孔灌注樁+可回收錨索支護(hù)體系，為了探究可回收錨索技術(shù)的應(yīng)用方法和效果，研究過程以該項(xiàng)目為工程背景，對(duì)其施工流程、錨索安裝要點(diǎn)進(jìn)行較為全面的分析。在安裝完成后，監(jiān)測(cè)錨索的預(yù)應(yīng)力損失、周邊地表沉降量、圍護(hù)樁水平位移和垂直沉降量，結(jié)果顯示，主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)均未超過預(yù)警值。經(jīng)過鉆孔、安放可回收錨索、澆筑水泥漿液，能夠形成錨固體，顯著提高了排樁對(duì)基坑土體的約束性，錨索回收提高了工程材料的利用率，在可回收錨索安裝后，應(yīng)監(jiān)測(cè)其預(yù)應(yīng)力損失，超過規(guī)定值時(shí)應(yīng)實(shí)施二次張拉。

關(guān)鍵詞：基坑施工；可回收錨索；施工技術(shù)要點(diǎn)；支護(hù)效果監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TU 75" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

可回收錨索在基坑支護(hù)施工中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，其優(yōu)點(diǎn)為材料可回收、節(jié)約成本、施工效率高，符合綠色環(huán)保的發(fā)展要求。國內(nèi)工程技術(shù)人員對(duì)可回收錨索的應(yīng)用方法進(jìn)行了較為廣泛的研究，謝朋等[1]探究了大直徑可回收錨索在軟土基坑支護(hù)中的應(yīng)用，效果良好。葉帥華等[2]在黃土地基中應(yīng)用擠壓錨式可回收預(yù)應(yīng)力錨索，總結(jié)了相應(yīng)的施工工藝。劉盛榮[3]分析了可回收高壓旋噴擴(kuò)大頭錨索施工技術(shù)，提出跟管+旋噴擴(kuò)孔的工藝方法。

在此次研究中，以超大基坑為工程背景，利用可回收錨索技術(shù)對(duì)旋挖鉆孔灌注樁進(jìn)行約束，形成基坑支護(hù)體系，并且針對(duì)錨索、地表、圍護(hù)樁設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，獲取支護(hù)結(jié)構(gòu)和基坑的變形數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了可回收錨索的應(yīng)用效果。

1 工程概況

某城市中央商務(wù)區(qū)建設(shè)過程中需要開挖大型深基坑，其長度和寬度分別達(dá)到535m、240m，開挖深度為15.6～19.8m，土方開挖量超過220萬m3。由于基坑面積較大，因此在作業(yè)過程中采用分期、分段、分層開挖方式。為了保障作業(yè)安全，必須針對(duì)基坑巖土特點(diǎn)設(shè)計(jì)有效的支護(hù)方案，該項(xiàng)目綜合運(yùn)用多項(xiàng)技術(shù)措施，以下重點(diǎn)探討可回收錨索在基坑支護(hù)中的應(yīng)用方法。

2 巖土基坑施工可回收錨索技術(shù)應(yīng)用方法

2.1 地質(zhì)勘察及支護(hù)設(shè)計(jì)方案

2.1.1 地質(zhì)勘察分析

在設(shè)計(jì)基坑支護(hù)方案前，需要通過地質(zhì)勘察掌握作業(yè)區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)和巖土物理力學(xué)參數(shù)。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，基坑地質(zhì)勘察結(jié)果見表1。通過鉆探法調(diào)查地下水情況，發(fā)現(xiàn)地下水埋深較淺，僅為0.41～1.99m，地下水位高程主要集中在1.78～3.25m。

2.1.2 基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)

從表1所示的地層結(jié)構(gòu)可知，該項(xiàng)目深基坑存在淤泥質(zhì)土和淤泥質(zhì)粉砂，屬于典型的軟土層，并且厚度較大，其變形風(fēng)險(xiǎn)較高。此類地層特點(diǎn)可采用地下連續(xù)墻、雙排樁、樁錨等支護(hù)體系。考慮地下連續(xù)墻和雙排樁需要消耗較多的鋼筋混凝土，不利于控制工程造價(jià)，因此采用單排樁+可回收錨索的支護(hù)體系[4]。

圍護(hù)樁設(shè)計(jì)為旋挖鉆孔灌注樁，其樁體直徑包括兩種規(guī)格，分別為1.2m、1.5m，長度為24～30m?？苫厥斟^索的設(shè)計(jì)規(guī)格為6×?15.2mm、6×?12.7mm、7×?15.2mm、7×?12.7mm，入射角為35°，單根錨索的長度為30～35m，施工時(shí)鉆孔孔徑均為180mm。

2.2 基坑施工過程中可回收錨索施工方法

2.2.1 基坑開挖順序及錨索工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

基坑開挖順序設(shè)計(jì)：在開挖基坑前，應(yīng)該先完成旋挖鉆孔灌注樁施工，待樁體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可實(shí)施開挖作業(yè)。由于基坑深度較大，因此采用邊開挖、邊支護(hù)的施工方案。逐層開挖至設(shè)計(jì)深度，在樁體外側(cè)設(shè)置冠梁或者腰梁，用于固定錨索。以19.8m深基坑為例，分層開挖及錨索施工順序見表2。

可回收錨索工藝參數(shù)設(shè)計(jì)：可回收錨索的工藝參數(shù)包括水平間距、豎向間距、入射角度、預(yù)加應(yīng)力、錨固段長度等，表2中I～VI錨索的設(shè)計(jì)參數(shù)存在一定的差異，具體設(shè)計(jì)方案見表3。

2.2.2 可回收錨索施工技術(shù)要點(diǎn)

造孔：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，用水準(zhǔn)儀、拉線、卷尺等工具，在旋挖鉆孔灌注樁上確定工字鋼腰梁的標(biāo)高以及錨索的鉆孔位置，工字鋼安裝完成后，在其表面放樣出孔位，誤差應(yīng)控制在100mm以內(nèi)。造孔施工采用淺孔鉆機(jī)，成孔直徑為180mm，鉆頭入射角為35°。鉆孔后通常會(huì)在孔底產(chǎn)生沉渣，因此造孔時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加深度，比設(shè)計(jì)深度大0.5～1.0m即可[4]。成孔后按照表4檢查質(zhì)量。在錨索成孔過程中，為防止出現(xiàn)縮徑和坍孔，推薦采用鋼套管成孔工藝。另外，造孔過程會(huì)擾動(dòng)土體，因此工程實(shí)踐中宜進(jìn)行跳孔施工，提高土體的穩(wěn)定性。

錨索注漿：錨索成孔后利用水泥漿液進(jìn)行注漿，水灰比應(yīng)控制在0.45～0.55，作業(yè)前須檢測(cè)水泥漿液的質(zhì)量。注漿過程分為一次注漿和二次注漿，錨索入孔后應(yīng)盡快完成注漿作業(yè)，防止出現(xiàn)孔壁坍塌。一次注漿為常壓操作，漿液從孔底向上灌入，直至溢出。當(dāng)一次注漿達(dá)到初凝程度后，可進(jìn)行二次高壓注漿，壓力為2.5MPa～5.0MPa，待漿液冒出孔口時(shí)，可停止注漿操作[5]。注漿施工結(jié)束后，對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，時(shí)長為14d。

張拉及鎖定：錨桿錨固體養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%方可進(jìn)行張拉，張拉設(shè)備采用雙缸型千斤頂。在正式張拉前，以0.2倍軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行預(yù)張拉，使各部件緊密接觸。該項(xiàng)目基坑開挖深度大于10m，屬于一級(jí)基坑，錨桿錨固體應(yīng)張拉至軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值的1.40倍[6]。在張拉過程中，同步測(cè)讀錨頭位移，待錨頭位移穩(wěn)定后，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)收。通過驗(yàn)收后，對(duì)錨索進(jìn)行卸荷，使其達(dá)到初始的預(yù)加應(yīng)力，隨后鎖定錨索。

鋼絞線回收：可回收錨索作為深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)，在基坑主體施工結(jié)束后，才可回收鋼絞線?；厥諘r(shí)，對(duì)鋼絞線施加張拉力，將其從錨固體中逐根抽出，實(shí)現(xiàn)鋼絞線回收。

2.3 可回收錨索基坑支護(hù)效果監(jiān)測(cè)

2.3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

在基坑監(jiān)測(cè)階段，針對(duì)錨索內(nèi)應(yīng)力變化設(shè)置38個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每根錨索設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。將錨索的編號(hào)方式設(shè)計(jì)為Ma-b，其中，a為腰梁的編號(hào)，b為錨索的編號(hào)。以第一道腰梁為例，其對(duì)應(yīng)錨索的編號(hào)為M1-1、M1-2、M1-3...M1-7?？砂凑障嗤绞綄?duì)其他腰梁上的錨索進(jìn)行編號(hào)。除錨索之外，還須監(jiān)測(cè)地表沉降量、圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部豎向沉降，測(cè)點(diǎn)布置方案見表5。

2.3.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及結(jié)果分析

錨索預(yù)應(yīng)力損失監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析：錨索數(shù)量較多，難以進(jìn)行全面分析。將第三、四、五道腰梁上編號(hào)為4的錨索作為觀測(cè)對(duì)象，對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為M3-4、M4-4、M5-4，檢測(cè)其在不同時(shí)段的內(nèi)應(yīng)力變化，繪制成曲線，如圖1所示。以M3-4對(duì)應(yīng)的錨索為例，其初始內(nèi)應(yīng)力為637.5kN，監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)下降了56.6kN，預(yù)應(yīng)力損失為56.6kN/637.5kN×100%=8.88%。按照相同的方法計(jì)算其他錨索的預(yù)應(yīng)力損失，其損失量集中在8%～15%。工程實(shí)踐中要求可回收錨索的預(yù)應(yīng)力損失不得超過5%，因此錨索的內(nèi)應(yīng)力不足，需要進(jìn)行二次張拉。

基坑周邊地表沉降量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析：基坑周邊地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)位39個(gè)，共設(shè)置13條測(cè)線，每條測(cè)線上布置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。測(cè)線垂直于基坑邊緣，監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿測(cè)線方向的間距為10m。在近一年時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)基坑周邊地表沉降量，圖2為某條測(cè)線上3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量變化趨勢(shì)。從圖中數(shù)據(jù)可知，3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大累計(jì)沉降量均未超過35mm。測(cè)點(diǎn)D13靠近基坑內(nèi)側(cè)，因此沉降量最大，測(cè)點(diǎn)D15遠(yuǎn)離基坑一側(cè)，因此沉降量最少。39個(gè)測(cè)點(diǎn)在一年時(shí)間內(nèi)的最大累計(jì)沉降量為41.5mm，最小累計(jì)沉降量為10.5mm，平均累計(jì)沉降量為32.8mm。該項(xiàng)目屬于深大基坑，基坑周邊地表沉降量報(bào)警值設(shè)計(jì)為50mm，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量均未超過50mm。

基坑支護(hù)體系為圍護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力可回收錨索。圍護(hù)樁數(shù)量超過600根，從中選取54根樁，布置樁體水平位移和豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為S1～S54。由于測(cè)點(diǎn)較多，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)難以一一進(jìn)行列舉，此處僅展示S10、S11、S12、S13這4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3所示。從數(shù)據(jù)可知，以上4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大水平位移量為27.8mm，最小為20.2mm。54個(gè)樁頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大水平位移量為47.9mm，平均為36.8mm。樁頂水平位移的預(yù)警值為50mm，圍護(hù)樁樁頂水平位移均未超過預(yù)警值。圍護(hù)樁樁頂最大沉降量為51.2mm，預(yù)警值為60mm，均未超過預(yù)警值。

3 結(jié)論

該項(xiàng)目為超大型深基坑工程，開挖深度為15.6～19.8m，支護(hù)體系采用旋挖鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力可回收錨索。將灌注樁作為排樁，在其外側(cè)安裝腰梁，通過預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)排樁進(jìn)行約束，共同發(fā)揮基坑支護(hù)作用。在此次研究中，重點(diǎn)分析了可回收錨索技術(shù)的應(yīng)用方法，根據(jù)研究內(nèi)容，可得出以下基本觀點(diǎn)。1）根據(jù)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，該項(xiàng)目基坑巖土結(jié)構(gòu)中存在較厚的軟土層，變形風(fēng)險(xiǎn)較高。可采用地下連續(xù)墻、雙排樁等圍護(hù)結(jié)構(gòu)。為了降低工程造價(jià)，將支護(hù)體系設(shè)計(jì)為單排鉆孔灌注樁+可回收預(yù)應(yīng)力錨索。單排樁的支護(hù)效果比雙排樁差，因此設(shè)置可回收錨索，進(jìn)一步強(qiáng)化單排樁的穩(wěn)定性。同時(shí)，在施工結(jié)束后，對(duì)錨索進(jìn)行回收，有利于降低施工成本。2）根據(jù)該項(xiàng)目的基坑支護(hù)特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況探究了可回收錨索的施工方法，關(guān)鍵工序?yàn)樵炜?、錨索安裝、注漿、預(yù)應(yīng)力張拉和鎖定。在錨索鎖定后，應(yīng)監(jiān)測(cè)其預(yù)應(yīng)力損失，超過規(guī)定限值后須進(jìn)行二次張拉。在此次研究中，發(fā)現(xiàn)在一年的監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)，錨索預(yù)應(yīng)力最大降幅為15%，因此進(jìn)行了二次張拉。3）對(duì)基坑周邊地表和圍護(hù)樁沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，均未超過預(yù)警值，說明該支護(hù)體系達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，可回收錨索技術(shù)有效地代替了工程造價(jià)更高的地下連續(xù)墻和雙排樁。

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