預應力錨索與鉆孔咬合樁相結合的樁錨支護體系*

褚錫星 ， 殷　建

(1.湖州職業技術學院, 浙江　湖州　313000；2.長興縣政府投資項目招投標事務處, 浙江　長興　313003)

大型地下空間的開發使深基坑的支護技術得到了蓬勃的發展，在基坑平面尺寸較小的深基坑中常選用排樁加多層內支撐來支護，因有多層內支撐使得機械土方開挖非常不便，拖延工期的現象非常普遍，施工和拆除內支撐所費的人力、物力都相當多，資源浪費嚴重。特別是遇到平面尺寸長、寬都比較大且無法施工角撐、對撐的深基坑時，排樁加多層內支撐的支護方案就無法滿足要求。樁錨支護體系是一種新型深基坑支護結構，特別是預應力錨索與鉆孔咬合樁結合的樁錨支護體系，可以解決上述機械土方開挖不便延誤工期、無法施工角撐、對撐、需要施工和拆遷內支撐的弊端，為深基坑支護結構的發展開辟了新的途徑。錢江新城波浪文化城(一期)工程基坑圍護就采用了此類支護結構，本文就此深基坑支護技術進行系統闡述。

1　工程概況

錢江新城波浪文化城(一期)工程，為全埋式地下二層建筑，長358.60m，寬112.80m，基坑開挖深度13.50m～18.175m，底板為1.0mm厚的筏板，基坑東北面與杭州大劇院露天廣場相鄰，東、西面距離大劇院屋脊桁架支座樁距離約13m，東南面與之江路地下通道最近處相距4.5m，采用敞開式明挖法施工。根據地質勘察報告，場地土開挖范圍內大部分為含水量豐富的填土及粉砂土，場區地下水埋深位于地表下3m左右，土的滲透系數為10-4cm/s數量級。因此與杭州大劇院、之江路地下通道相鄰側圍護設計采用鉆孔咬合樁加三、四道預應力錨索的復合樁錨支護體系，兩側大劇院屋脊桁架支座位置為內支撐組合預應錨索，與國會中心相鄰側及波浪文化城二期交接處采用土釘支護和放坡開挖。

2　預應力錨索與鉆孔咬合樁結合樁錨支護體系的概念及特點

所謂的樁錨支護體系就是使土方開挖后豎向的懸臂圍護樁在預應力錨索的反拉作用下保持豎向穩定，利用預應力錨索的反拉力來抵消基坑開挖時外側土體、水對樁的側壓力，從而有效地控制土體的變形，保持基坑穩定的新型深基坑支護體系。

預應力錨索是通過對錨索施加預應力，使樁外側的土體受到預壓, 錨固體與周圍土體產生抗拔摩阻力，抵消基坑開挖時釋放的土壓力，有效地控制土體的變形，保證基坑安全的一種新型深基坑支護技術。其由錨固段、自由段和張拉鎖定端三部分組成，其中錨固段是經過一、二次壓力灌漿形成受力體與土層錨固，是受力段；自由段是在每根鋼絞線上涂滿黃油、外套波紋管，在張拉時此段錨索可以活動；張拉鎖定端主要由鋼筋混凝土錨梁、錨墊板、錨具、夾片組成，見圖1至圖4。

圖1預應力錨索結構大樣圖圖2錨梁與鉆孔咬合樁連接大樣

圖3預應力錨索錨固端相對位置圖圖4預應力錨索錨梁配筋圖

鉆孔咬合樁是由中間一根鋼筋混凝土樁及兩側各一根素混凝土樁(采用超緩凝混凝土)相互咬合(樁周相嵌)組成，施工時先施工兩側素混凝土樁(采用超緩凝混凝土)，在兩側素混凝土樁未終疑前施工中間的鋼筋混凝土樁，最終使其共同終凝，從而形成無縫、連續的“樁墻”， 達到擋土、止水效果的新型深基坑圍護樁，見圖5(A樁為素混凝土樁、B為鋼筋混凝土樁)；

圖5　鉆孔咬合樁平面示意圖

3　施工工藝

3.1　預應力錨索施工工藝流程

預應力錨索施工工藝比較復雜，主要工藝包括預應力錨索的制作、開挖土方。請理樁身、測量，第1次注槳、第二次注漿等步驟，具體流程見下圖。

圖6　預應力錨索施工工藝流程

3.2　鉆孔咬合樁排樁的施工工藝流程

圖7　鉆孔咬合樁排樁施工藝流程圖

4　施工要點

4.1　預應力錨索施工要點

(1)預應力鋼絞線采用ΦS15.2鋼絞線，直徑15.2 mm，系由7根Φ5鋼絲絞合而成的低松弛高強鋼絞線， ptk=1 860 MPa，錨具采用群錨體系的張拉端錨具，所用的錨具及夾具均應符合《預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規程》(JGJ85-2010)的規定。錨墊板采用與錨具配套的產品[2]。

(2)鉆孔直徑150 mm。鉆孔深度應比設計的錨索長0.5 m，鉆孔在入口處任一方向上的誤差不得大于2.5度；孔口位置在垂直方向上的誤差不得大于50 mm；鉆孔在鉆進長度方向上的孔斜偏差不大于鉆孔長度的3 %。

(3)采用二次高壓注漿。注漿液采用純水泥漿，水泥采用42.5 MPa普通硅酸鹽水泥，水灰比0.5。一次注漿壓力0.5 MPa，待漿液從口流出后停止注漿，一次注漿錨固體的強度達到5 MPa(約需40 h)時用二次注漿管進行高壓注漿，注漿壓力為2.5-3 Mpa，穩壓時間2分鐘以上(可以根據試驗進行調整)。

(4)錨固段沿錨索體每1.5 m設隔離架(塑料成品配件)，自由段每1.5-2 m設對中支架(塑料成品配件)，使錨索體在鉆孔內居中，鋼絞線周圍漿體比較均勻[3]。自由段的鋼絞線用塑料套管保護，套管與鋼絞線之間的空隙用油脂充填，使自由段鋼絞線受力后能自由伸縮。套管在自由段與錨固段之間應有可靠止漿密封措施。一次注漿管和二次高壓注漿管應與隔離架綁扎牢固，以防向孔內下錨索時將其損壞。桿體內的綁扎材料不宜采用鍍鋅材料。

(5)鉆孔完畢后應立即將錨索下入孔中，以防時間過長坍孔。下錨索前應先將孔清洗干凈，以確保注漿體與孔壁的粘結強度，在地下水中鉆孔時易流砂、管涌、坍孔，應加套管鉆進予以保護，必要時增設降水設施，盡可能在地下水位以上成孔，防止流砂、管涌、坍孔等問題的發生，以確保錨桿的施工質量。

(6)預應力錨索張拉時，錨固段水泥漿錨固體強度須大于15 MPa，錨梁混凝土強度達到設計強度的75 %(GB50666-2011)，鉆孔咬合樁樁身強度達到100 %。

4）業務支持。業務支持是指打破傳統的以部門和業務為核心建立的應用系統，建立統一的軟件應用平臺，提供統一認證、權限管理、業務應用、單點登錄和訪問控制等多項服務。業務支持將之前分散的業務系統進行集成和整合，破解了跨部門業務流程打通的難題，實現了校園內智慧業務的應用。通過整合各類業務系統，將建設粒度由“系統”級細化為“功能”級，突破現有業務系統功能獨立及業務分散的難題。

(7)預應力錨索張拉控制荷載為0.75倍極限抗拔力，張拉采用先單根預張拉再整體張拉。單根預張拉加載為0.05倍控制荷載。整體張拉分級加載依次為0.5、0.75、1.0倍控制荷載，每級持續5分鐘，分級記錄預應力筋伸長值，鎖定荷載0.65倍控制荷載(以上控制荷載與鎖定荷載值可以設計和現場試驗進行調整)。

(8)預應力錨索張拉后，多余部分應用砂輪切割，嚴禁使用電弧焊切割。預應力索截斷后錨具外保留的預應力索長度應預留二次張拉時所需的千斤頂張拉工作長度。

(9)錨墊板上部的錨頭部分用C30混凝土進行防護，混凝土覆蓋層厚度不小于250 mm，錨頭被混凝土覆蓋厚度不小于15 mm。在澆筑防護混凝土前，宜涂環氧樹脂類粘結劑，以加強新老材料的粘結，防止收縮裂縫。

(10)為防止氯化物對預應力索的侵蝕，在水泥砂漿中不得使用含有氯離子的外加劑。

(11)在錨桿施工前，必須詳細了解周邊管線、樁及承臺的位置和深度。錨桿施工應逐根施工，避開管線、坑外自流深井和工程樁。

(12)下層土方須在預應力錨索鎖定后才能開挖。

(13)錨桿全面施工前應進行張拉試驗，以確定合理的張拉工藝、下一道錨桿張拉對上一道錨桿的影響、是否需要二次補償張拉等。每層錨桿中各取 3根進行抗拔試驗(其中每層錨桿中各取 1根做基本試驗以確定錨桿施工工藝)。

4.2　鉆孔咬合樁施工要點

(1)為了保證鉆孔咬合樁底部有足夠咬合量,應對其孔口的定位誤差進行嚴格的控制,孔口定位誤差的允許值，一般為±10 mm。

(2)為保證鉆孔咬合樁底部足夠咬合量，除對其孔口定位誤差嚴格控制外，還應對垂直度進行嚴格控制，樁的垂直度控制標準為≤3 ‰[4]。

(3)超緩凝混凝土主要用于素混凝土樁，其作用是延長素樁混凝土的初凝時間，確保相鄰鋼筋混凝土樁的成孔在素混凝土樁混凝土初凝之前完成，為咬合創造條件，混凝土緩凝時根據T=3t+K 的公式進行計算(T混凝土緩凝時間、t為單樁成樁時間，一般取t=15 h、儲備時間一般取1.0 t)，混凝土緩凝時間應≥60 h。

(4)克服“管涌”措施：

1)套管底口應始終保持低于開挖面深度≥2.50 m形成“瓶頸”，阻止兩側素樁未初凝的混凝土涌入。

2)套管底口深度無法滿足上述深度時，可向套管內注水，使其管內保持一定的壓力來平衡素樁混凝土的壓力，阻止“管涌”的發生。

3)鋼筋混凝土樁成孔過程中注意觀察相鄰兩側素樁混凝土頂面，如發現素樁混凝土下陷應立即停止鋼筋混凝土樁開挖，并一邊將套管盡量下壓，一邊向鋼筋混凝土樁內填土或注水，直到完全制止住“管涌”為止[5]。

(5)地下障礙物處理：

1)直接取出或開挖處理法：①對一些比較小的障礙物(直徑在50 cm以內)，如卵石層、體積較小的孤石等，用錘式沖抓取土器清除；②如障礙物位置正好部分在套管內部分在套管外，可以采用“十”字形沖錘將套管內的部分沖碎后用錘式沖抓取土器取出；③大于孔徑1/2的條塊石，埋深在2.0-3.0 m以內，在導墻施工前開挖清理，然后回填素土或建筑垃圾碾壓密實，再進行導墻制作；④長度在2.0 m以內的木樁等用取土器取出，超過2.0 m，采用鋼絲繩與樁機連接，吊車配合拔出；⑤邊長或直徑超過1.0 m的大體積障礙物，采用人工風鎬破碎處理。

2)二次成孔法處理：第一次成孔：障礙物處理。

障礙物深度≤8.0 m時：待導墻制作好后，用鉆機成孔至障礙物底部下≥1.0 m，成孔過程中用沖抓或十字沖錘等進行處理，然后素土或砂回填夯實。

障礙物深度>8.0 m或水量較大且障礙物直徑或邊長≥1.0 m時：采用沖擊鉆沖擊成孔，處理完障礙物后用C10素混凝土回填。

第二次成孔：按咬合樁工藝流程施工。

(6)分段施工處接頭的處理方法。多臺鉆機分段施工接頭處理采用砂樁法，前施工段的端頭設置一個砂樁(成孔后用砂灌滿)，后施工段施工到此接頭時挖出砂澆灌混凝土，接縫外側增加兩根旋噴樁作止水處理

(7)事故樁處理方法。在鉆孔咬合樁施工過程中，素混凝土樁因機械設備故障等原因，有可能造成樁身異常而形成事故樁，其處理方法如下：

1)如其兩側素混凝土樁的混凝土均已凝固，采用背樁補強法，即放棄中間鋼筋混凝土樁的施工，調整樁序繼續后面咬合樁的施工，爾后在原鋼混凝土樁外側增加一組咬合樁(中間一間鋼筋混凝土樁，兩側各一根素混凝土樁及)并作止水處理。

2)如一側素混凝土樁的已經凝固，采用平移法，即移動鋼筋混凝土樁位置，使其與已凝固的素樁樁側緊貼，樁接縫處外側增加一根旋噴樁作止水處理。

5　圍護監測

(1)預應力錨索軸力監測：按設計剖面設置監測，每個剖面處的每屋錨桿均設軸力監測。

(2)對整個樁錨支護體系進行土體深層位移，坑外地面沉降等監測，基坑開挖期間每天測一次，遇監測數值過大或變化速率過大應增加監測次數，直至土方回填后停止監測。

6　結　語

預應力錨索與鉆孔咬合樁結合的樁錨支護體系是充分結合并利用鉆孔咬合樁(無縫樁墻)優異的止水、擋土性能和預應力錨索優異的抗拔性能的一種新型深基坑支護結構，特別是對基坑平面較大且周邊施工區域較窄的、不能設置支撐或設置支撐后機械土方開挖不便的項目比較適用，可以大大的節縮施工資源，節省造價，縮短地下室施工工期，為深基坑支護結構的發展開辟了新的途徑。

參考文獻：

[1] 陳爭.混凝土咬合樁在地鐵車站深大基坑中應用研究[D].南京林業大學碩士論文,2008.

[2] 金振,潘國華,安彩霞,等.多種支護形式在超大型深基坑工程中的應用[J].建筑技術,2011(12):1081-1083.

[3] 金振,安彩霞,鐘將.預應力錨索在大型深基坑施工中的應用[J].建筑施工,2011(2):86-87.

[4] 韓軼群.全套管咬合灌注樁在基坑支護工程中的應用[J].四川建材,2010(1):105-107.

[5] 李軍豪.鉆孔咬合樁施工工藝及常見問題處理[J].建筑技術開發,2012(3)：39-43.