加筋水泥土錨樁支護構造與施工研究

吳照學，范君宇，邢凱峰

（1.安徽農業大學 工學院，安徽 合肥230036；2.上海強勁地基工程股份有限公司，上海200233；3.黃山學院 建筑工程學院，安徽 黃山245041）

1 引 言

加筋水泥土擋墻就是在水泥攪拌樁中插入型鋼、鋼筋籠或竹筋作為勁性材料，以充分發揮水泥土的防滲止水能力和勁性材料的受力能力，能把水泥土的受壓性能和勁性材料的受拉性能結合在一起，使它們共同抵抗擋墻后面的水土壓力，從而達到更好的圍護效果。[1]作為原位主動加固技術，與傳統的常規支護方法，如土釘、錨桿、內支撐結構等相比，水泥土錨樁支護具有結構形式簡單、易于施工、節省造價、縮短施工工期、無污染等優點。

2 加筋水泥土門字型錨樁支護結構的構造

加筋水泥土門字型錨樁支護結構通常由水泥土攪拌樁、預應力錨樁（或型鋼）、和冠梁組成門字型結構，如圖1所示。

2.1 加筋水泥土門字型錨樁支護結構組成部分

2.1.1 水泥土攪拌樁

圖1 “門字型”加筋水泥土門字型錨樁支護結構示意圖

水泥土攪拌樁通常把水泥作為固化劑的主劑，水泥一般采用強度等級42.5或52.5＃普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比為12%-15%，同時可加入適量的外加劑，如水玻璃等，其摻入量宜為水泥重量的0.2%。水泥土的28天立方體抗壓強度不小于0.9MPa。[2]

攪拌樁分為豎樁和斜樁兩種，攪拌樁的截面尺寸和深度取決于設計計算。目前樁體直徑多采用650-850mm，當考慮止水作用時豎樁咬合寬度不宜小于150mm，不考慮止水作用時咬合寬度不宜小于100mm，斜向水泥土錨樁體的傾角為 45°-70°，水平間距1.0-2.0m。[3]

2.1.2 預應力錨樁

預應力錨樁由自由段、錨固段、錨頭及墊塊5部分組成。其形式有多種，最簡單的是拉力型錨樁。預應力錨樁分為自由段和錨固段，自由段的拉桿與漿體是分開的，可以認為該段與漿體無粘結力傳遞。其作用是將錨頭所承擔的力傳遞給錨固段及擴大頭。錨固段處于深層穩定土體，與周圍土體牢固結合，以剪力的形式將插筋拉力分散到穩定土層，其形式有圓柱型、擴大端部型、連續球型，這里采用的為擴大端部型此處只簡要介紹一下本文所述錨樁的構造，構造簡圖見圖2。

圖2 錨固段端部擴大頭示意圖

這種錨樁可以在錨固端形成直徑為水泥錨樁固段二倍左右的擴大頭，以增大斜錨樁的抗拔力。[4]

2.1.3 冠梁

冠梁的作用為壓頂和把豎樁的水平力傳遞給斜錨樁。冠梁的高度一般為400-700m，厚度根據攪拌樁直徑確定。

3 加筋水泥土門字型錨樁支護結構的工法

加筋水泥土門字型錨樁支護結構的施工過程如圖3所示。

圖3 加筋水泥土門字型錨樁支護結構施工流程

3.1 攪拌樁施工

攪拌樁是該圍護結構的主體，豎直攪拌樁之間搭接而構成水泥土擋墻以抵抗墻外的水土壓力，斜向攪拌樁由于其本身具有剛度可以承擔部分土壓力，但其主要作用為預應力錨索發揮作用的載體。

攪拌樁是通過特制的深層攪拌機在地基深處將土和水泥強制攪拌，利用水泥和土之間的一系列物理與化學反應，是土硬結成整體性、水穩定性良好且具有一定強度的樁體。對于具有防滲要求的基坑圍護可以通過控制水泥摻入比和豎直樁搭接寬度達到防滲帷幕的功能，一般水泥摻入比宜在13%-15%，搭接寬度不小于150mm。攪拌樁的施工流程如圖4。

圖4 攪拌樁施工流程圖

3.2 預應力錨索施工

3.2.1 鉆孔

特制錨桿鉆機采用垂直或傾斜向下鉆孔兩種方式，孔深一般為在8-20m，為保證樁體順直，孔體鉆進方向的誤差一般應小于1.0%，否則豎樁傾斜、斜樁體偏離設計位置，施加預應力鎖定后，由于錨索與預應力不重合，錨索在拉力作用下將發生向順直方向回位的現象，從而造成預應力損失。孔徑一般為300-600mm，誤差應控制在2%以內。

3.2.2 預應力錨索加工

目前預應力筋體一般采用2根7Φ5的鋼鉸線或者2根Φ15.2的鋼絞線制成，要求鋼絞線順直且應除銹。對于拉筋體自由段及孔口附近的錨索要用PVC管封裝，以隔絕錨索與水泥土之間的粘結。錨索的端部穿過法籃盤并用特制擠壓錨或者Φ40的厚壁鋼管鎖定。擴大頭部分構造如圖2所示，下部的擴孔裝置為3塊鋼板焊接于Φ120的厚壁鋼管，鋼管外套1個可以自由轉動的法蘭盤和一墊圈，Φ120鋼管的頂部再焊接于Φ140的厚壁鋼管。施工時地質轉桿套接于Φ140的鋼管，便可達到鉆孔與錨索的同步作業。施工結束地質轉桿可以回收。

3.2.3 冠梁施工

冠梁施工前要清理攪拌樁頂上的浮漿，并整平基槽以確保冠梁的厚度保持一致。混凝土澆注前攪拌樁中的插筋應與冠梁中的鋼筋焊接好。錨索錨固位置處的配筋應適當加密，以便于集中力的擴散。

3.2.4 預應力錨索鎖定及基坑開挖

錨索施工后，經過2周的養護即可按照中國工程建設標準化協會的 《土層錨桿設計與施工規范》所介紹的方法進行張拉。預應力分級張拉至1.2倍設計值后再退至設計值鎖定。錨索張拉至設計值鎖定后，由于錨頭部分的墊板剛度不足而導致預應力損失，此時應再行張拉至設計值。張拉過程中還應抽樣檢驗錨索，其標準為實測錨索軸向變形是否超出最大和最小變形標準值。標準值可以參照以下公式選取：[5]

式中：P—預加荷載值；Lf為錨桿自由段長度；Le為錨桿錨固段長度；E、A為錨桿的彈性模量和斷面面積。

錨索全部鎖定，24小時后即可進行基坑開挖，開挖應分層，一般每層宜控制在2-3m，這樣土體應力逐步釋放，有利于控制支護結構和土層的水平位移。

加筋水泥土錨樁支護在我國尚處于起步階段，已有許多成功的工程實例，但無論是理論分析還是構造形式都無法滿足工程實踐的需要。本文給出的構造方案由于在斜錨樁和樁墻中可以設置預應力鋼筋和充分利用結構中的核心土體自重，可以減小支擋攪拌樁的尺寸，且施工工藝簡單，工期短，造價比其他支護結構低。

[1]歐陽仲春.現代土工加筋技術[M].北京：人民交通出版社，1990：56-57.

[2]周順華，等.水泥攪拌樁基坑圍護結構變形性狀研究[C].杭州：浙江大學出版社，1992：39-41.

[3]中國工程標準化協會.加筋水泥土錨樁支護技術規程CEC147：2003[S].北京，2004.

[4]趙錫宏，等.高層建筑深基坑圍護工程實踐與分析[M].上海：同濟大學出版社，1996：71-72.

[5]Jean-Louis Briaud.TieBack Walls in Sand:Numerical Simulation and Design Imlications[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，1999，25（2）:101-110.