雙向支座樁錨技術(shù)在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用研究

曹鐵耀 （中鐵十五局集團(tuán)東來地產(chǎn)開發(fā)有限公司，河南 鄭州 450052）

1 工程概況

本工程位于西安市興慶路以西、柿園路以北，地上為安置用房、商品住宅、商務(wù)寫字樓及商業(yè)用房等，建筑面積為92680m2；地下為局部二層，建筑面積35487m2，地下室設(shè)計(jì)埋深約10m～11m。本工程屬于棚戶區(qū)改造項(xiàng)目，地塊紅線北側(cè)距離既有生活區(qū)陜西省物資局家屬院5.85m，南側(cè)距離柿園路主干道5.07m，東側(cè)距離興慶路3.31m，西側(cè)距離景龍池4.07m，施工場地狹小。

本工程地質(zhì)屬于非自重濕陷性黃土場地，地下室底面積約1.78 萬m2，基坑周長657m，基坑開挖深度為12.85m，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)為臨時性支護(hù)。為提高基坑支護(hù)可靠性，降低支護(hù)成本，設(shè)計(jì)方案采用雙向支座樁錨（一樁兩錨）+土釘+掛鋼筋網(wǎng)噴護(hù)支護(hù)體系。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)安全等級為一級，基坑側(cè)壁重要性系數(shù)為1.1，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)使用期限為12個月。

2 工藝原理

本工程支護(hù)設(shè)計(jì)方案采用雙向支座樁錨（一樁兩錨）+土釘+掛鋼筋網(wǎng)噴護(hù)支護(hù)體系，如圖1所示。本文重點(diǎn)對雙向支座樁錨的施工工藝進(jìn)行論述，其工藝主要涉及構(gòu)件為沿基坑側(cè)壁排列設(shè)置的支護(hù)樁及冠梁組成的擋土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力錨索鋼絞線及雙向支座組成的錨拉結(jié)構(gòu)。其工作原理是利用預(yù)應(yīng)力錨索鋼絞線的錨定性和可彎曲性圍繞支護(hù)樁，借助安裝在樁身中央位置的雙向支座鎖定性將錨索鋼絞線的拉拔力傳遞至支護(hù)樁樁身，從而達(dá)到減少支護(hù)樁的位移和穩(wěn)定基坑側(cè)壁土體的目的。

圖1 雙向支座技術(shù)工作簡圖

3 施工方案

本文僅對雙向支座樁錨的施工工藝進(jìn)行論述。

3.1 施工工藝

（1）支護(hù)樁施工

（2）錨索鋼絞線施工

（3）雙向支座安裝

3.2 施工重點(diǎn)

（1）檢查基坑周邊情況，不得有低洼積水區(qū)。施工前，應(yīng)查明基坑周邊地下管線分布情況，查明并排除基坑周邊地下管網(wǎng)漏水情況，對基坑范圍內(nèi)的已廢管線口進(jìn)行封堵和處理，確保基坑側(cè)壁土層不受雨水、管網(wǎng)漏水及地表水的影響。

（2）根據(jù)項(xiàng)目土層性質(zhì)、地下水條件及基坑周邊環(huán)境要求等選擇混凝土樁、型鋼樁、鋼管樁、型鋼水泥土攪拌樁等樁型，同時，應(yīng)結(jié)合影響范圍內(nèi)存在對地基變形敏感、結(jié)構(gòu)性能差的建筑物或地下管線等因素，綜合考慮選擇樁基機(jī)械及確定施工工藝。

本工程基坑地層自上而下依次為人工填土、上更新統(tǒng)及中更新統(tǒng)的沖洪積黃土及古土壤等；地表高程位于414.50m，地下穩(wěn)定水位埋深為5.5m～8.0m之間，標(biāo)高為406.59m～408.88m，屬潛水類型。因此，本工程采用旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔、天然泥漿護(hù)壁工藝。

（3）施工中應(yīng)重點(diǎn)檢查泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)。若天然泥漿不能符合要求時，立即啟動備用泥漿池，確保泥漿對孔壁的撐護(hù)作用；同時，樁體的成孔質(zhì)量、鋼筋籠的制作安裝及混凝土澆筑應(yīng)符合《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）的驗(yàn)收規(guī)定。

根據(jù)地勘報告描述：黃土層與古土壤層可能存在厚度不等的鈣質(zhì)結(jié)核層，層間夾有砂土層，易引起孔壁坍塌。因此，鉆機(jī)施工中泥漿具有可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、懸浮鉆渣等作用，為此泥漿是保證孔壁穩(wěn)定的重要因素。本工程泥漿相對密度為1.02～1.06，粘度為16s～20s，砂率≤4%，泥皮厚度≤3mm，pH值＞7。

（4）錨索施工應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的材料、成孔角度、孔徑、孔深、鎖定力、錨固段和自由端各自長度要求、保護(hù)層厚度及土方開挖深度等進(jìn)行施工。

本工程根據(jù)設(shè)計(jì)要求，錨索施工采用旋噴擴(kuò)大頭、帶筋鉆進(jìn)成樁的專利施工技術(shù)，充分發(fā)揮了單根錨桿的拉拔力，在提高經(jīng)濟(jì)性的同時保證質(zhì)量。錨索采用3根15.2mm的鋼絞線（1860級），成孔角度每根樁水平方向分別交替傾角17.5°和12.5°，孔徑其中錨固段處擴(kuò)大頭為450mm（長度為3m），其余處為350mm，自由端為150mm，設(shè)計(jì)鎖定力220kN（極限拉拔力為270kN），漿體保護(hù)層厚度不小于20mm。安裝前要確保每根鋼絞線順直，不扭不叉，排列均勻，除銹，除油污，對有死彎、機(jī)械損傷及繡坑處應(yīng)剔除，同時，鋼絞線自由端涂抹黃油并外套Φ20 PVC波紋管防腐。

（5）錨索施工注漿工序應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求工藝施工，施工前應(yīng)和支護(hù)樁類似采用現(xiàn)場試驗(yàn)的方式，通過其試樁確定漿壓、水泥漿相對密度（水灰比）、旋轉(zhuǎn)速度、下沉鉆進(jìn)、噴嘴直徑和流量等各種主要技術(shù)參數(shù)隨地層地質(zhì)剖面變化的曲線圖。錨索施工完成后，應(yīng)按照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）的附錄A進(jìn)行錨索的基本試驗(yàn)。

本工程根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用32.5R 水泥漿灌注，水灰比0.5，高壓水泥漿液壓力一般控制在25MPa～30MPa，注漿管必須與錨索主筋同時插入孔中，注漿管端部距孔底距離宜為100mm～200mm。計(jì)算好管路內(nèi)水的頂替時間，確認(rèn)水泥漿液已送達(dá)噴嘴后，按要求的旋轉(zhuǎn)速度、下沉速度，自上而下開始噴射作業(yè)，直至設(shè)計(jì)的樁底深度。必要時進(jìn)行復(fù)噴，每提卸一根鉆桿要進(jìn)行補(bǔ)漿，孔口0.5m范圍內(nèi)要進(jìn)行封孔旋噴注漿作業(yè)，防止地下水從此滲漏。值班技術(shù)人員必須時刻注意檢查注漿流量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，并且隨時做好記錄。具體施工參數(shù)待試驗(yàn)錨索進(jìn)行拉拔試驗(yàn)后確定。

（6）錨索張拉及支座安裝應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的漿體強(qiáng)度、張拉順序、張拉值等進(jìn)行施工作業(yè)，確保滿足質(zhì)量要求。

本工程設(shè)計(jì)要求在土方開挖至錨索標(biāo)高以下0.5m處停止，在錨固體強(qiáng)度達(dá)到15MPa以上時，在基坑內(nèi)樁身中央位置安裝雙向支座，將樁身兩側(cè)錨索中的鋼絞線繞過樁身后分別沿著樁身切線方向穿過雙向支座，安裝錨具，采用千斤頂進(jìn)行錨索預(yù)應(yīng)力的對稱施加鎖定，其中，雙向支座中心應(yīng)確保在支護(hù)樁的中心線，并與支護(hù)樁緊密結(jié)合，在鎖定后對錨墊板及錨頭進(jìn)行必要的防腐處理，如圖2所示。

圖2 錨索張拉及支座安裝

4 工藝特點(diǎn)

4.1 傳力簡單有效

傳統(tǒng)腰梁鎖錨支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時，由于支護(hù)樁施工垂直及水平位置存在誤差，型鋼腰梁存在不在一條直線的問題，造成受力不均勻，從而腰梁變形較大，導(dǎo)致腰梁緊貼護(hù)坡樁處錨索受力大，腰梁與護(hù)坡樁間隙大的部位錨索受力小。雙向支座直接鎖定至每根支護(hù)樁，與支護(hù)樁定位偏差完全無關(guān)，錨索受力均勻，由于取消腰梁傳力環(huán)節(jié)，縮短了受力傳導(dǎo)路徑，也就不存在腰梁變形產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失問題，消除了傳統(tǒng)型鋼腰梁鎖錨時樁位偏差、樁垂直度偏差對錨索受力不均的影響，使錨索最大程度發(fā)揮其作用，傳力體系有效性得以保證。同時，雙向支座為多邊棱臺，在鎖定時三向受壓，充分利用了鋼構(gòu)件耐壓特性，鎖定時，鎖定單根錨索需要的鋼材量比型鋼腰梁用鋼量大幅減小，節(jié)約造價。

4.2 節(jié)約工期

傳統(tǒng)腰梁鎖錨支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時由于單根型鋼腰梁重量通常為200kg～400kg，一般需6～10 名工人安裝一段型鋼腰梁，勞動強(qiáng)度大，易發(fā)生工傷事故；同時，由于腰梁存在連續(xù)性問題，現(xiàn)場施工時同一線性段內(nèi)只能連續(xù)施工，無法實(shí)現(xiàn)集中分批作業(yè)；而雙向支座樁錨技術(shù)由于重量輕、機(jī)械化程度高，安裝和鎖定僅需3 名工人配合，勞動強(qiáng)度低，工作效率大幅提高。

本工程支護(hù)樁210根，每個錨索工作面對應(yīng)錨索鋼絞線420根，每一工作面的施工周期為7d，相比普通腰梁法施工速度可提高2～3倍，有效減少了土方開挖技術(shù)間歇時間，縮短了土方開挖工期。

4.3 有效節(jié)約成本

4.3.1 減少土方開挖工程量

傳統(tǒng)腰梁法基坑支護(hù)中需留出基坑面外40cm～50cm作為錨固腰梁型鋼的錨桿及鋼墊板空間，而雙向支座錨固技術(shù)則有效解決外露空間的技術(shù)問題，雙向支座厚度在10cm左右，借助樁間噴射混凝土的厚度覆蓋，形成平面的基坑側(cè)壁，從而充分利用有限的場地面積，最大限度優(yōu)化地下室施工作業(yè)和布置施工現(xiàn)場，有效減少基坑開挖寬度約30cm。就本工程而言，基坑開挖面積為18398.44m2，開挖深度為10.144m，采用雙向支座錨固技術(shù)可節(jié)省土方開挖、外運(yùn)及回填量為5711m3，同時可增加現(xiàn)場施工布置作業(yè)面5711m2，一定程度優(yōu)化了現(xiàn)場材料堆放方案，減少二次搬運(yùn)成本的發(fā)生。

4.3.2 減少基坑鋼材用量

傳統(tǒng)腰梁法基坑支護(hù)體系由兩根槽鋼或工字鋼組成，加上鋼墊板等附件，鎖定一根錨桿（索）需要鋼材約為90kg～160kg，雖然可重復(fù)利用，但使用期間仍會占用一定資金；而雙向支座錨固技術(shù)采用的雙向支座（100mm×100mm×70mm）為內(nèi)空多邊棱臺不規(guī)則塊體，其重量約3.5kg～5kg，大幅節(jié)約鋼材用量。

綜上分析，結(jié)合既有文獻(xiàn)資料，雙向支座錨固技術(shù)可實(shí)現(xiàn)降低基坑支護(hù)工程綜合造價約10%（含土方開挖及回填）。

4.4 規(guī)避安全風(fēng)險

傳統(tǒng)腰梁法基坑支護(hù)中腰梁相比基坑面凸出40cm～50cm 為外露錨桿及鋼墊板，造成有效肥槽空間減小，且錨桿正對施工人員，不利于施工。雙向支座計(jì)入錨具尺寸后，與樁間噴射混凝土厚度相當(dāng)，噴射混凝土完成后，錨具及支座均被覆蓋，基坑側(cè)壁為平面，無凸出物，地下室施工條件大為改善，避免造成減少外墻作業(yè)人員遭受剮蹭的安全風(fēng)險。

5 結(jié)語

目前，城市發(fā)展由過去的“攤大餅”式轉(zhuǎn)向精準(zhǔn)的“城市更新”方向，城市內(nèi)核優(yōu)質(zhì)的配套資源和周邊“老破小”住宅形成鮮明對比。經(jīng)過該技術(shù)在項(xiàng)目中的應(yīng)用，不僅提高了基坑支護(hù)的可靠性，有效降低工程成本，節(jié)約工期，同時，通過對基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，均滿足規(guī)范要求。雙向支座錨固技術(shù)的專利申請和普遍應(yīng)用，對城市核心區(qū)域城市更新項(xiàng)目提供了基坑支護(hù)方面的解決方案，為類似工程在具體實(shí)施時借鑒參考。