壓力分散型熱熔式可回收錨索在基坑支護中的應用

趙志孟，鄭先昌，王建強

(廣州大學土木工程學院，廣東 廣州 510000)

1 引 言

隨著我國基礎建設的不斷發展，土地資源越來越緊缺，使得人們對地下空間的利用需求越來越高。由此帶來的是深基坑的不斷涌現，錨索作為深基坑支護施工方式之一，以其成本低，施工方便，人力要求低等優勢進入巖土工程師的視野。但基坑僅僅是臨時結構，錨索的作用在基坑回填后基本失去效應［1］。近幾年，人們對地下空間產權的高度重視及對周邊地下空間環境的保護，大部分城市要求設計錨索的長度必須在規定的紅線以內，使得錨索的長度和承載力受到了限制，因此，進行錨索、錨桿的可回收利用，減少城市地下建筑垃圾、降低后續開發的障礙以更好利用地下空間是必然趨勢。20 世紀60年代以來，全球涌現出很多可回收錨索工藝，包括SBMA(Single bore multiple anchors)可回收式錨索、KTB荷載分散型可回收錨索、“U”形回收式錨桿［2］等等，但因其地層適應性差、回收設備操作不便、錨桿回收率較低以及缺乏與其配套的相關機具等原因，在現實中應用不是特別廣泛。本文通過介紹一種新型施工工藝簡單、高承載力、具有良好的地層適應性的可回收錨索(桿)——壓力分散型熱熔式可回收錨索在現實工程中的成功應用，介紹其工作機理、結構構造、施工工藝等，使得此項施工工藝能夠得到推廣。

2 壓力分散型錨索的錨固機理

常用的壓力分散型錨索主要由錨頭、無粘結預應力鋼絞線、承載體和錨固段注漿體四部分組成(如圖1 所示)。當錨索受拉時，錨索的拉力通過無粘結預應力鋼絞線傳至不同位置的承載體上，每個承載體上鋼絞線承受錨索拉力的1/n(n 為錨索承載體個數)，而承載體所受的拉力以壓力形式傳遞給錨固體，這就使錨索錨固體軸力及錨固體與孔壁巖土體界面粘結應力峰值降到較低程度并分散作用在整個錨固段長度上，顯著改善了錨固體與孔壁巖土體粘結應力分布狀態，從而可以充分調用巖土體的粘結強度及錨索單位長度上的承載能力，大大提高了錨索的承載能力［3］。另一方面，錨固段注漿體由于受壓側向膨脹而處于三向壓應力狀態，使注漿體與孔壁巖土體界面摩擦力增大，改善了錨固體的受力性能。承載體的數量、位置和間距可根據承載巖土體的地質情況而定，以便從不同位置充分調動錨固區巖土體的承載能力，使巖土體提供較大的錨固力。因此，在同等巖土體及施工工藝條件下，壓力分散型錨索能提供比傳統拉力型錨索及壓力集中型錨索更高的承載能力。

圖1 壓力分散型錨索結構圖

3 工程概況

(1)位置

本工程項目位于蘇州市吳中區郭新東路北、尹山湖東路西側地塊，鄰近蘇州軌道交通2 號延伸線尹山湖中路站。

基坑東側為尹山湖東路，擬建結構外墻線距離用地紅線5.70 m，且紅線外路下埋設有污水管、電信、天然氣、雨水管、路燈等管線。

基坑南側東南角段現為空地。該空地為本擬建工程與蘇州軌道交通2 號線延伸尹山湖中路站站臺出入口相通區。擬建結構外墻線距離東南用地紅線約5.60 m，距離東南側在建尹山湖中路站約64.1 m。

基坑西側為聽湖路，擬建結構外墻線距離用地紅線約5.20 m～5.30 m，距離人行道約8.20 m，路下埋設有雨水管、路燈等管線。

基坑北側為和諧路，擬建結構外墻線距離北側用地紅線約5.00 m。紅線外為人行道，路下埋設有污水管、雨水管路燈等管線。

(2)擬建物情況

擬建工程由11 幢22F～32F 高層住宅樓(1#～11#)、1 幢16F 公寓式酒店、1 幢2F～3F 集中商業及1 幢2F 會所組成。其中1#～5#樓位于擬建場地的南側，其南側附有2F 沿街商業，擬建項目西側及南側設1 層地下室;擬建項目東北側設2 層地下室。

本工程設計± 0.000 相當于85 國家高程基準+3.600 m，地下1 層區底板板面標高為－6.00 m，板厚450 mm，承臺厚1 000 mm;住宅樓底板板面標高為－6.00 m，筏板厚1 200 mm～1 700 mm;地下2 層區域底板板面標高為－10.000 m，板厚550 mm，承臺厚950 mm;公寓式酒店底板板面標高－10.00 m，筏板厚2 000 mm，墊層100 mm。本工程場地較為平坦，設計統一取場地自然地面標高為+3.000 m(相對標高為－0.600 m)，地下1 層區基坑坑底標高為－7.100 m，基坑挖深按6.50 m考慮。地下2 層區基坑坑底標高為－11.050 m，基坑挖深按10.45 m考慮。

(3)方案選型

根據工程地質情況，基坑工程除南側臨近蘇州軌道交通2 號延伸線尹山湖中路站及擬建盾構區間基坑側壁變形除應滿足一級基坑要求外，還應滿足地鐵的相關規定與要求;地下2 層區域基坑側壁安全等級定為一級，其余定義均定為二級。

在開挖過程中，既要保證基坑側壁本身的安全，還要保護對基坑周邊軌道交通等的安全，地下1 層基坑近地鐵側采用前密后疏雙排樁的圍護體;地下1 層基坑遠地鐵側采用鉆孔灌注樁+局部加固墩的圍護體。地下2 層基坑近地鐵側采用前密后密雙排樁+雙排三軸止水帷幕的圍護體;地下2 層基坑遠地鐵側采用前密后疏雙排樁+三軸止水帷幕，局部加鋼斜撐、加筋水泥土樁錨的圍護體。地下2 層與地下1 層交接處，采用土釘墻的圍護形式。地下2 層基坑坑內采用管井疏干降水+明溝集水井的排水方式;地下1 層基坑坑內采用明溝集水井的排水方式;地下1 層坑中坑等落深區備用輕型井點。如圖2 所示:

圖2 基坑總平面布置圖

本文主要描寫擴散型可回收錨索。下面主要介紹基坑北側錨索方案。

4 基坑東北側方案

基坑北側采用雙排樁+擴大頭錨索方案，坑頂先進行1.5 m的放坡，對坑頂進行卸載，坡比為1∶1.2;排樁采用樁徑φ 1 000 mm的鉆孔灌注樁，前排樁樁間距1.2 m，后排樁樁間距為2.4 m;前后排樁間距為3.2 m，在前后排樁中間采用850 mm的三軸攪拌樁間距600 mm作為止水帷幕。在放坡底下2.5 m設置第一道錨索，再往下3.0 m處設置第二道錨索。如圖3、表1 所示:

圖3 基坑支護剖面圖

基坑支護剖面參數統計表 表1

5 壓力分散型熱熔式可回收錨索施工控制

(1)施工準備

對高壓泵吸清水裝置進行設備測試，使壓力從1MPa 逐漸加大到一定等級，觀察射流流束是否合格，合格條件如下:從低壓起，射流流束呈圓柱狀，表面光滑平整。射流流束垂直于鉆桿，不偏不斜。壓力從小到大所達到的射程必須越來越遠，比較明顯。

(2)錨索制作

按照JG161－2004 標準制作錨索，選取相應規格的無粘結鋼絞線并根據設計長度進行截取，然后將錨板等部件先套至鋼絞線，接著安裝熱熔式可拆芯錨具，以夾片與錨具齊平為準，逐個進行組裝錨板、緊固螺栓，安裝完成后檢測桿體的整體通電情況。

(3)錨索注漿

鉆機就位好后將鉆頭對準孔位軸線、在規定的設計孔位偏差內按設計要求調整好角度進行鉆孔，并按設計要求調準好角度。自由段的引孔采用壓力水引孔，鉆進時一邊引孔，一邊將桿體帶進［4］。引進速度根據土層的硬度適時調整，使錨桿整體勻速前進。引至錨固段時，改用水泥漿壓力引孔并鉆進到位，錨固段引孔速度比自由段慢，控制速度5 cm/min～10 cm/min。當鉆桿鉆至錨桿設計孔底時，退出鉆桿，退出時，在錨固段采用無壓力補漿。

(4)錨索張拉與鎖定

錨索施工完畢后、錨索及圍檁達到80%強度進行張拉和鎖定，錨桿臺座的承壓面應完整，錨索張拉前應對張拉設備進行標定。張拉應有序進行，張拉順序應考慮鄰近錨桿的相互影響，采用間隔式張拉，錨索正式張拉前，應取抗拔力設計值的0.1 倍～0.2 倍對錨桿預張拉1 次～2 次，使桿體完全平直，各部位接觸緊密，錨桿張拉、鎖定值應滿足設計要求。［2］張拉鎖定時，前面幾根先使用應力計測試鎖定后錨桿的應力損失，然后按照應力損失的百分比提高鎖定值，所有錨桿鎖定時其鋼絞線伸長量須大于鎖定值下鋼絞線彈性變形量，如發現不滿足要求，則再次張拉鎖定。錨桿張拉鎖定完成后，通過錨具上預留孔及注漿管再次進行雙液注漿，防止孔口出現因張拉而產生的滲漏。

(5)錨索回收

壓力分散型熱熔式可回收錨索的回收比較便捷，工人將通過外置導線36V 低壓電源通電，錨頭上的電加熱環使襯套熔化后給鋼絞線解除束縛，使用小型自動回收機夾住錨索鋼絞線的一端將鋼絞線拉出。

6 壓力分散型熱熔式可回收錨索質量檢驗

為了對本工程基坑圍護單根錨桿豎向抗拔承載力［5］進行抽拉檢驗和評價，對壓力分散型熱熔式可回收錨索進行了試拔試驗和效果評估。

采用抗拉試驗檢測儀，對檢測錨索進行分級加載，當出現以下條件時，終止加載:

(1)后一級荷載產生的錨桿位移增量達到或超過前一級荷載產生的位移增量的2 倍;

(2)錨頭位移持續增長;

(3)錨桿桿體破壞;

(4)荷載達到設計要求的最大試驗荷載值。

通過對錨索進行抽樣檢測，得出圖4 錨索的P－S曲線圖。

錨索荷載－位移圖 表2

根據上表得:

圖4 試錨索荷載－位移圖

根據P－S 曲線可知，該壓力分散型熱熔式錨索在加荷條件下產生的位移量較小，抗滑移性能較好。施加的荷載拉力通過預應力桿件傳遞到承載體在受到拉力后，承載體與錨栓共同發揮作用，使得灌漿體處于受壓狀態，而對于普通錨索的灌漿體處于受拉狀態。所以這種新型可回收式錨索具有比普通拉力型錨索好得多的抗拔性能。

［1］程良奎．巖土錨固的現狀與發展［J］．土木工程學報，2001，34(3):7～12．

［2］黃云龍．淺談壓力分散型錨索的設計方法［J］．科技創新導報，2010(31):41～42．

［3］王安正．壓力分散型錨索錨固技術研究［D］．長沙:中南大學，2010．

［4］梁炯鋆．錨固與注漿技術手冊［M］．北京:中國電力出版社，1999．9．

［5］王建．可回收式預應力錨索作用機理及施工力學分析［D］．北京:北京交通大學，2009．