JM大直徑可回收錨索在軟土基坑中的應(yīng)用探析

程玉果

(核工業(yè)江西工程勘察研究總院有限公司廈門分公司 福建廈門 361000)

0 引言

預(yù)應(yīng)力錨索作為一種成熟的施工工藝，長期應(yīng)用于基坑支護(hù)項(xiàng)目中，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。但隨著城市地下空間開發(fā)趨于精細(xì)化，錨索侵占紅線范圍外的用地，成為預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)用過程中遇到的最大的問題[1]。

傳統(tǒng)錨索的應(yīng)用受到地層和環(huán)境的限制。尤其在軟土地區(qū)，由于土層性質(zhì)差，錨固體與土層間的錨固體較少，造成錨索設(shè)計(jì)長度長，錨固力小，從而導(dǎo)致錨索在軟土地區(qū)的使用受到限制[2-3]。

為了解決這些技術(shù)問題，在大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，研發(fā)了大直徑可回收錨索的技術(shù)[4-5]。該技術(shù)利用高壓旋噴技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大直徑的錨固體，從而大幅度提高了單錨的承載力，并大大縮短了錨索長度。在基坑工程結(jié)束后，可對內(nèi)置的錨索進(jìn)行有效回收，有效解決錨索侵占紅線范圍外的的用地問題。其中程繼寶團(tuán)隊(duì)研發(fā)的JM大直徑可回收錨索技術(shù)，已經(jīng)在多個(gè)軟土基坑中進(jìn)行了實(shí)踐。本文結(jié)合廈門某項(xiàng)目基坑工程的設(shè)計(jì)與施工，對該技術(shù)進(jìn)行分析和探討。

1 JM系列錨索構(gòu)造

JM可回收錨索屬于壓力型可回收錨索，由專用承載體、無粘結(jié)鋼絞線、JM68解鎖扳手、JM66高效低可縮錨具鎖緊器、JM58機(jī)械式預(yù)應(yīng)力自減壓閥等構(gòu)件組成，可實(shí)現(xiàn)鋼絞線以及錨具的可回收重復(fù)利用。JM系列可回收錨索由于其適應(yīng)地層廣、回收方便、回收率高、錨具可回收等特點(diǎn)，在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.1 錨索承載體

目前共開發(fā)出JM15-1、JM15-2、JM16-2、JM15-4可回收錨索以及JMK-4型擴(kuò)大頭可回收錨索。根據(jù)錨索設(shè)計(jì)荷載的不同，選用不同的鋼絞線及承載體組合，可實(shí)現(xiàn)1束 6束鋼絞線的自由組合，滿足不同的工程需求,如圖1～圖2所示。

圖1 JM16-2可回收錨索

圖2 JM15+JM16壓力分散型可回收錨索

1.2 錨具

當(dāng)JM66錨具鎖緊器與JM58機(jī)械式預(yù)應(yīng)力自減壓閥配合使用，如圖3所示，可達(dá)到減少預(yù)應(yīng)力損失并提高錨索回收效率。

圖3 JM58(外)+JM66(內(nèi))錨具

JM66的使用，可明顯減少應(yīng)力張拉過程中應(yīng)力釋放時(shí)，鋼絞線以及墊片對錨具相對位移，提供更高效的預(yù)應(yīng)力張拉施工效率。可將錨索張拉過程中預(yù)應(yīng)力的損失減少到5%以下，在降低工人的勞動強(qiáng)度的同時(shí)，提高錨索的預(yù)應(yīng)力。

JM58機(jī)械式預(yù)應(yīng)力自減壓閥(發(fā)明專利號：ZL 2015 1 0093613.9)，是為了卸載預(yù)應(yīng)力和回收錨索時(shí)，減輕工作強(qiáng)度并提高安全系數(shù)而專門設(shè)計(jì)的錨具。該錨具采用普通螺栓安裝及拆除，不需要使用千斤頂進(jìn)行卸載。同時(shí)，該錨具可回收重復(fù)使用，提高了錨具的使用效率。

2 錨索施工及回收

2.1 施工工藝

JM大直徑可回收錨索相對于傳統(tǒng)錨索，其主要區(qū)別是，大直徑錨固體的施工以及可回收的內(nèi)置錨索的施工。根據(jù)采用的可回收錨頭的不同，JM大直徑可回收錨索的施工工藝分為兩種。

施工工藝一：當(dāng)采用JMK-4型擴(kuò)大頭可回收錨頭，其施工流程為：錨索組裝→JMK-4錨頭帶著無粘結(jié)鋼絞線自鉆進(jìn)→錨固段旋噴注漿形成擴(kuò)大頭→錨索養(yǎng)護(hù)→端頭鎖定→基坑開挖→基坑肥槽回填→錨索回收。采用高壓旋噴樁的成樁工藝，通過高壓力的水泥漿噴射切割土體至設(shè)計(jì)深度的同時(shí)，利用鉆頭將鋼絞線置入大直徑水泥土樁體中，從而形成大直徑錨索。

施工工藝二：當(dāng)使用JM15、JM16可回收錨頭組合時(shí)，可組成壓力型或壓力分散型可回收錨索。其施工流程為：錨索組裝→鉆進(jìn)→錨固段多噴多攪→錨固段水泥土短暫養(yǎng)護(hù)→套管二次鉆進(jìn)→插入錨索→一次注漿→拔出套管→錨索二次高壓注漿→錨索養(yǎng)護(hù)→端頭鎖定→基坑開挖→基坑肥槽回填→錨索回收。本工藝采用二次鉆孔，將鋼絞線置入大直徑水泥土樁體中，從而形成大直徑錨索。

無論采用哪種施工工藝，其受力特點(diǎn)均為受荷后，錨索鋼絞線總是處于受拉狀態(tài)，鋼絞線借助承載力與無粘結(jié)鋼絞線將荷載傳遞至承載力，承載力則將荷載傳遞與旋噴的注漿體，最終通過注漿體周邊的摩阻力傳遞至周邊土層中。

2.2 JM錨索回收原理

JM錨索回收方式為旋轉(zhuǎn)可回收式，如圖4所示。無粘結(jié)鋼絞線通過夾具錨固在端部的錨索承載力上。基坑過程結(jié)束后，肥槽回填到回收標(biāo)高后，解開錨具，在錨頭處利用JM68解鎖器，旋轉(zhuǎn)鋼絞線，使鋼絞線與承載體內(nèi)的夾具脫開，從而可在對周圍土體不產(chǎn)生較大擾動的條件下，人工將鋼絞線逐根回收。

圖4 JM68解鎖扳手回收鋼絞線

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，采用JM68解鎖扳手進(jìn)行錨索回收，可實(shí)現(xiàn)單人手工操作，免用千斤頂高效工作。三人小組一個(gè)工作日可回收約30組錨索。同時(shí)，錨索端頭可不用伸出墻體亦可工作，大大節(jié)約了空間。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某項(xiàng)目基坑北側(cè)為相鄰的待開發(fā)地塊(共用紅線)；南側(cè)為規(guī)劃道路，近期會施工且有一下穿通道穿越規(guī)劃道路；西側(cè)為規(guī)劃道路，近期會施工；東側(cè)為規(guī)劃道路，現(xiàn)狀為臨時(shí)施工道路。基坑占地面積約為3萬m2，設(shè)置一層地下室，基坑開挖深度約為4.6 m～7.2 m，基坑平面圖如圖5所示。

圖5 基坑平面圖

3.2 地質(zhì)條件

擬建場地原始地質(zhì)為海陸交互沉積地貌，原為魚塘，經(jīng)人工回填填平為建設(shè)用地。場地內(nèi)開挖影響范圍內(nèi)主要的土層為：素填土、淤泥、中砂、粉質(zhì)粘土、礫砂、殘積土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。其中淤泥位于人工填土層下，厚度為0.9 m～11.30 m，流塑狀、飽和，固結(jié)度為0.43～0.55，靈敏度為3.0～6.1，含有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)以及少量的貝殼。地下水主要為位于人工填土層的孔隙潛水，以及位于砂層的微孔承壓水。

3.3 設(shè)計(jì)方案

該項(xiàng)目基坑的北側(cè)緊鄰本項(xiàng)目待開發(fā)地塊，采用上部放坡+懸臂H型鋼樁；基坑西北角和西南角設(shè)置混凝土角撐；基坑南側(cè)采用H型鋼+鋼管斜拋撐支護(hù)；基坑?xùn)|側(cè)沒有淤泥，采用土釘墻支護(hù)；連接通道采用H型鋼+鋼管支撐支護(hù)；基坑西側(cè)采用H型鋼樁+JM大直徑可回收錨索支護(hù)，錨索桿體采用一組JM15-2+JM16-2型可回收錨頭+無粘結(jié)鋼絞線組成的壓力分散型錨索。基坑西側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖6所示。

圖6 JM錨索支護(hù)剖面圖

3.4 JM大直徑可回收錨索施工

3.4.1 鉆孔、旋噴擴(kuò)孔

開挖至冠梁中心下0.5 m時(shí)停止開挖，使用地質(zhì)鉆機(jī)成孔，如圖7所示。成孔至設(shè)計(jì)深度后，將鉆桿前段與鉆頭拆開，通過鉆桿的中空通道，向孔壁高壓噴射注漿，形成從底向上的水泥土旋噴體。淤泥段的噴射壓力為15～20 MPa,錨固段進(jìn)行復(fù)噴。

圖7 JM錨索施工

3.4.2 下錨

當(dāng)旋噴體達(dá)到初凝時(shí)，采用地質(zhì)鉆機(jī)在旋噴體內(nèi)重新成孔，采用全套管成孔工藝，并采用泥漿循環(huán)清孔。清完畢后，將一、二次注漿管與加工好的JM16壓力分散型錨索綁扎一起，放入鉆孔。為保證錨索的抗拔效果，每隔2 m設(shè)置一個(gè)定位架，使錨索體位于鉆孔的中心位置，并在錨索的自由端與錨固段之間設(shè)置止?jié){環(huán)。注漿管放置于管體中心，注漿管段部距桿體端部50 mm～100 mm，二次注漿管的出漿孔只在底部3 m范圍內(nèi)設(shè)置，一次注漿管采用直徑20 mm塑料管，二次注漿管采用直徑15 mm鐵管。

3.4.3 注漿

錨索注漿采用二次高壓注漿。一次注漿采用P.O.42.5R普通硅酸鹽水泥，一次注漿水灰比0.40～0.45,二次高壓水泥漿水灰比0.45～0.55，并摻入補(bǔ)償收縮微膨脹劑。一次注漿為常壓注漿，邊拔套管邊注漿并在孔口設(shè)止?jié){塞，待漿液從孔口溢出后方可停止注漿。第二次注漿在一次注漿錨固體強(qiáng)度達(dá)到5 MPa后進(jìn)行，壓力控制在2.0～3.0 MPa，并直到孔口返漿為止。為保證回收效果，錨索注漿時(shí)，應(yīng)注意水泥漿不要進(jìn)入無粘結(jié)鋼絞線內(nèi)。

3.4.4 錨索張拉鎖定

錨索張拉應(yīng)在錨固體以及冠梁達(dá)到80%強(qiáng)度后才能進(jìn)行張拉。壓力分散性錨索的張拉，因各單位錨索長度不同，張拉時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)次序采用差異分步張拉。

錨頭采用JM58型機(jī)械式預(yù)應(yīng)力自減壓閥保證預(yù)應(yīng)力，采用JM66型錨具鎖緊器進(jìn)行鎖定。

3.4.5 錨索回收

待地下室底板施工完后，在地下室底板位置設(shè)置支承層。地下室外墻施工完防水層后，分層回填至錨索回收面，如圖8所示。用扳手解開JM66型錨具鎖緊器，將錨索鋼絞線插入JM68解鎖扳手中，轉(zhuǎn)動解鎖扳手，將鋼絞線從承載體中的夾具脫開，手動將鋼絞線拉出，實(shí)現(xiàn)鋼絞線回收。重復(fù)以上步驟，直到將所有鋼絞線拔出。對于拔出的錨索，妥善保管供下次施工使用。

圖8 JM錨索回收

3.4.6 施工效果評價(jià)

基坑工程全過程的監(jiān)測結(jié)果表明，基坑開挖至坑底時(shí)，基坑開挖段的深層土體位移為20 mm～35 mm，平均變形在25 mm左右，有效控制了基坑開挖的安全以及對周邊環(huán)境的影響。基坑回填前，本項(xiàng)目施工的106根錨索全部采用JM68解鎖扳手進(jìn)行回收，回收率達(dá)到100%，未對鄰近的規(guī)劃路的地基處理施工帶來任何影響。達(dá)到了預(yù)期的工程效果。

4 結(jié)語

JM大直徑可回收錨索與傳統(tǒng)的錨索區(qū)別，在于錨固體直徑大，承載力高且錨索可在基坑回填前可靠高效的回收。既解決了軟土基坑錨索承載力的問題，也解決了錨索出紅線的問題。本文結(jié)合軟土地區(qū)JM大直徑可回收錨索的應(yīng)用實(shí)踐，總結(jié)了該型錨索的技術(shù)特點(diǎn)以及施工回收工藝，可為類似的工程項(xiàng)目提供參考。