深厚淤泥地質(zhì)條件下拉壓應(yīng)力錨桿試驗(yàn)分析研究與應(yīng)用

劉曉英 劉 敏 賈世祥 劉曉林

1. 青建集團(tuán)股份公司 山東 青島 266011；2. 青島地質(zhì)工程勘察院（青島地質(zhì)勘查開(kāi)發(fā)局） 山東 青島 266000

臨海區(qū)域的深基坑逐年增多，在施工中深基坑出現(xiàn)的困難也是復(fù)雜多樣的。錨桿的應(yīng)用在深基坑支護(hù)中起著舉足輕重的作用，由于受周?chē)鷪?chǎng)地或建筑物的影響，在錨桿設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用拉壓結(jié)合的方式，但在淤泥地質(zhì)條件下，拉、壓應(yīng)力錨桿是施工的難點(diǎn)，施工時(shí)經(jīng)常難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求[1-3]。本文依托某會(huì)展深基坑工程，針對(duì)淤泥地質(zhì)條件錨桿進(jìn)行試驗(yàn)，總結(jié)的施工經(jīng)驗(yàn)具有一定的借鑒價(jià)值。

1 工程概況

某會(huì)展中心包括展館及部分配套會(huì)議、酒店、辦公和商業(yè)設(shè)施，總建筑面積約45.5萬(wàn) m2，其中地上建筑面積約35.5萬(wàn) m2，地下建筑面積約10萬(wàn) m2。擬建酒店（地上15層、地下3層）、辦公樓（地上15層、地下3層）、展廳（地上1ü 2層、無(wú)地下）、中廳（地上3層、地下3層），基坑開(kāi)挖深度2.70～11.85 m。

酒店、辦公樓、中廳等基坑工程采用預(yù)應(yīng)力錨桿施工工藝，設(shè)計(jì)錨桿1～2道，長(zhǎng)度19.0～28.0 m，錨筋選用φ15.2 mm鋼絞線。錨桿按臨時(shí)錨桿設(shè)計(jì)，分拉力型錨桿和壓力型錨桿這2種類(lèi)型，典型支護(hù)剖面如圖1、圖2所示。

圖1 辦公樓5單元支護(hù)剖面示意

圖2 中廳4單元支護(hù)剖面示意

2 工程地質(zhì)條件

1）水文地質(zhì)條件：勘察期間屬枯水期，鉆孔中見(jiàn)地下水，地下水類(lèi)型主要為第①層填土中的孔隙潛水，場(chǎng)區(qū)地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給。勘察期間測(cè)得鉆孔內(nèi)穩(wěn)定水位埋深0.10～2.10 m，水位標(biāo)高0.71～3.43 m，年變幅1～2 m。場(chǎng)區(qū)近3～5年最高地下水位標(biāo)高4.00 m。

2）工程地質(zhì)條件。地形：場(chǎng)區(qū)原為養(yǎng)殖池，場(chǎng)區(qū)北部已回填整平，場(chǎng)區(qū)南部以養(yǎng)殖池為主，地勢(shì)較低，勘察期間對(duì)場(chǎng)區(qū)南部鉆孔所在位置進(jìn)行了回填整平，勘察期間孔口地面標(biāo)高1.69～4.96 m。地貌：場(chǎng)區(qū)原地貌為濱海淺灘，后經(jīng)人工回填改造。根據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)區(qū)第四系主要由全新統(tǒng)人工填土、全新統(tǒng)海相沼澤化層及上更新統(tǒng)洪沖積層組成，場(chǎng)區(qū)基巖主要為白堊系青山群安山巖。勘察共揭示了6個(gè)主層、10個(gè)亞層，地層描述以層為單位。

3）場(chǎng)區(qū)分布的軟土主要以流塑狀態(tài)的淤泥質(zhì)土為主，厚度4～7 m。

3 拉應(yīng)力和壓應(yīng)力錨桿試驗(yàn)分析

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1）工藝性試驗(yàn)，驗(yàn)證在該場(chǎng)區(qū)各類(lèi)地層中錨桿成孔、注漿、鋼絞線及承壓板安放等操作可行性。

2）驗(yàn)證設(shè)計(jì)估算的錨桿承載力能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3）錨桿拉拔至破壞，得出地層的極限錨固力，以便設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整錨桿參數(shù)。

3.2 第1次試驗(yàn)數(shù)量及位置

共施工試驗(yàn)錨桿11根，其中10根具備試驗(yàn)條件，1根錨桿（編號(hào)ZG1-拉）反力座不具備張拉條件。

酒店基坑試驗(yàn)錨桿：試驗(yàn)錨桿6根，其中壓力Ⅰ型錨桿4根，拉力型錨桿2根。錨桿位于酒店?yáng)|南側(cè)3單元處。

中廳基坑試驗(yàn)錨桿：試驗(yàn)錨桿4根，其中壓力Ⅱ型錨桿3根，拉力型錨桿1根。錨桿位于3單元南側(cè)。

3.3 試驗(yàn)錨桿參數(shù)

試驗(yàn)錨桿參數(shù)見(jiàn)表1、表2。

表1 酒店錨桿試驗(yàn)參數(shù)

表2 中廳錨桿試驗(yàn)參數(shù)

3.4 錨桿基本試驗(yàn)

根據(jù)JGJ 120ü 2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[1]進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)破壞性試驗(yàn)，測(cè)定錨桿極限荷載。壓力型錨桿張拉時(shí)按照承載體從里到外的順序逐個(gè)張拉，每個(gè)承載體拉至破壞后，再?gòu)埨乱粋€(gè)，以便得出每個(gè)承載體的極限承載力值。每個(gè)承載體承擔(dān)錨桿的加載值取預(yù)應(yīng)力張拉值/承載體個(gè)數(shù)。

3.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)錨桿極限抗拔試驗(yàn)結(jié)果繪制了荷載-位移曲線，部分詳見(jiàn)圖3。

圖3 荷載-位移曲線

3.6 試驗(yàn)結(jié)果分析

1）試驗(yàn)情況分析：酒店和中廳的拉力型錨桿承載力較高，高于設(shè)計(jì)要求的軸向拉力設(shè)計(jì)值700、450 kN；壓力型錨桿承載力較低，與設(shè)計(jì)要求軸向拉力設(shè)計(jì)值仍有一定差距；通過(guò)對(duì)錨桿JG4-壓、JG5-壓、JG6-拉的3組試塊進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其強(qiáng)度在30～38 MPa，基本滿足設(shè)計(jì)要求；試塊抗壓強(qiáng)度普遍較低，強(qiáng)度為17～24 MPa；通過(guò)在將ZG4-壓錨桿的承載體2強(qiáng)行拉出的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，并沒(méi)有相應(yīng)的水泥漿錨固體被帶出，即壓力型錨桿承載體與錨固體之間的黏結(jié)情況達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。綜合分析，拉力型錨桿極限承載力較高且均勻穩(wěn)定，可以看出拉力型錨桿在該地層中同一施工條件下質(zhì)量穩(wěn)定可靠。壓力型錨桿總體承載力偏低，且不穩(wěn)定，同一根錨桿不同承載板間承載力差別很大，壓力型錨桿在該淤泥地質(zhì)條件下承載力離散型較大。

2）問(wèn)題分析：由于施工所用水泥漿、工藝、設(shè)備、操作人員等均一致，在這種情況下拉力型錨桿承載力明顯大于壓力型錨桿，故認(rèn)為該淤泥地層中采用拉力型錨桿更為適合。

在將ZG4-壓錨桿的承載體2強(qiáng)行拉出的過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)柱狀錨固體，分析是由于對(duì)中支架過(guò)小，錨桿在鉆孔中不能實(shí)現(xiàn)居中，桿體貼近鉆孔下緣，導(dǎo)致承載力較低。壓力型錨桿未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求張拉力，首先需要從施工角度進(jìn)行問(wèn)題分析，同時(shí)進(jìn)行了受力模擬試驗(yàn)。制作了3根壓力型錨桿，模擬錨桿在土體內(nèi)的情況進(jìn)行試驗(yàn)，第1根為鋼絞線偏心，第2根為錨固頭偏心，第3根為正常受力。第1根錨桿張拉失敗，鋼絞線未錨固好，直接被拉出。錨桿錨固體無(wú)裂縫。第2根錨桿設(shè)置為鋼絞線偏心，張拉后水泥漿錨固體出現(xiàn)彎曲，然后在錨固體部位開(kāi)始出現(xiàn)裂縫，水泥漿體開(kāi)始碎裂，直至破壞。

通過(guò)試驗(yàn)看出，鋼絞線及錨頭偏心受力是壓力型錨桿失敗的一個(gè)主要原因，對(duì)中支架太小，無(wú)法真正起到對(duì)中的作用；另外本工程錨桿長(zhǎng)度長(zhǎng)，最長(zhǎng)的達(dá)到24 m，所使用的套管鉆機(jī)的能力已經(jīng)接近極限，因淤泥質(zhì)土層太軟，鉆桿鉆進(jìn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)向下偏移的情況，也會(huì)使得錨桿張拉時(shí)出現(xiàn)偏心受力的情況；錨桿注漿質(zhì)量，漿體飽滿程度，漿體強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，均使得壓力型錨桿可能無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合以上2次試驗(yàn)結(jié)果，得出如下結(jié)論：

1）在深厚淤泥地質(zhì)條件下，受力最穩(wěn)定的是拉力型錨桿。因受力形式的不同，拉力型錨桿全長(zhǎng)有黏結(jié)，通過(guò)張拉鋼絞線使得整個(gè)錨固漿體與土體產(chǎn)生的摩擦力來(lái)抗拉，因此地質(zhì)情況對(duì)錨桿的影響相對(duì)較小；壓力型錨桿是通過(guò)張拉鋼絞線作用力在錨桿內(nèi)部的錨固體上，通過(guò)錨固體來(lái)擠壓錨桿漿體錨固體而產(chǎn)生抗拉力，因此是通過(guò)局部錨固體反壓的形式來(lái)受力。試驗(yàn)表明，錨桿的長(zhǎng)度、錨桿的安放、注漿的時(shí)間和強(qiáng)度等都會(huì)對(duì)壓力型錨桿最終的抗拉力產(chǎn)生較大影響。影響因素這么多，使得錨桿的受力很不穩(wěn)定，同時(shí)因錨桿太長(zhǎng)，對(duì)鉆機(jī)的要求非常高，所以普通壓力型錨桿在這種深厚淤泥地質(zhì)下受力很不穩(wěn)定，在本工程中未能達(dá)到設(shè)計(jì)受力要求。

2）壓力型錨桿的受力形式相對(duì)復(fù)雜，因此整個(gè)錨桿施工中每一步都需要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。同時(shí)壓力型錨桿不易設(shè)置過(guò)長(zhǎng)，本工程中壓力型錨桿長(zhǎng)度最長(zhǎng)達(dá)到24 m，以現(xiàn)有的錨桿鉆機(jī)，如此長(zhǎng)度下全套管跟進(jìn)施工，支撐桿件的支撐強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到極限，很難保證整個(gè)錨桿孔體成形質(zhì)量，一旦出現(xiàn)向下彎曲的情況，對(duì)后續(xù)錨桿受力將產(chǎn)生較大影響。因此壓力型錨桿的施工長(zhǎng)度宜控制在18 m以?xún)?nèi)。

3）壓力型錨桿的對(duì)中支架的選型，安裝固定方法對(duì)錨桿最終受力的影響較大。試驗(yàn)分析錨桿在孔體內(nèi)的偏心程度對(duì)錨桿拉力影響很大，對(duì)中支架是控制錨桿在孔洞中位置的唯一措施。對(duì)中支架首先不能太小，與孔洞大小必須相符，同時(shí)還要考慮能否順利安裝到位，本工程后續(xù)調(diào)整對(duì)中支架直徑為170 mm。然后對(duì)中支架需要牢固地安裝在錨桿上，在將鋼絞線固定的同時(shí)也能夠保證自身的位置。