加筋水泥土錨樁支護(hù)構(gòu)造與施工研究

吳照學(xué)，范君宇，邢凱峰

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，安徽 合肥230036；2.上海強(qiáng)勁地基工程股份有限公司，上海200233；3.黃山學(xué)院 建筑工程學(xué)院，安徽 黃山245041）

1 引 言

加筋水泥土擋墻就是在水泥攪拌樁中插入型鋼、鋼筋籠或竹筋作為勁性材料，以充分發(fā)揮水泥土的防滲止水能力和勁性材料的受力能力，能把水泥土的受壓性能和勁性材料的受拉性能結(jié)合在一起，使它們共同抵抗擋墻后面的水土壓力，從而達(dá)到更好的圍護(hù)效果。[1]作為原位主動(dòng)加固技術(shù)，與傳統(tǒng)的常規(guī)支護(hù)方法，如土釘、錨桿、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)等相比，水泥土錨樁支護(hù)具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、易于施工、節(jié)省造價(jià)、縮短施工工期、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。

2 加筋水泥土門字型錨樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

加筋水泥土門字型錨樁支護(hù)結(jié)構(gòu)通常由水泥土攪拌樁、預(yù)應(yīng)力錨樁（或型鋼）、和冠梁組成門字型結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2.1 加筋水泥土門字型錨樁支護(hù)結(jié)構(gòu)組成部分

2.1.1 水泥土攪拌樁

圖1 “門字型”加筋水泥土門字型錨樁支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

水泥土攪拌樁通常把水泥作為固化劑的主劑，水泥一般采用強(qiáng)度等級(jí)42.5或52.5＃普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比為12%-15%，同時(shí)可加入適量的外加劑，如水玻璃等，其摻入量宜為水泥重量的0.2%。水泥土的28天立方體抗壓強(qiáng)度不小于0.9MPa。[2]

攪拌樁分為豎樁和斜樁兩種，攪拌樁的截面尺寸和深度取決于設(shè)計(jì)計(jì)算。目前樁體直徑多采用650-850mm，當(dāng)考慮止水作用時(shí)豎樁咬合寬度不宜小于150mm，不考慮止水作用時(shí)咬合寬度不宜小于100mm，斜向水泥土錨樁體的傾角為 45°-70°，水平間距1.0-2.0m。[3]

2.1.2 預(yù)應(yīng)力錨樁

預(yù)應(yīng)力錨樁由自由段、錨固段、錨頭及墊塊5部分組成。其形式有多種，最簡(jiǎn)單的是拉力型錨樁。預(yù)應(yīng)力錨樁分為自由段和錨固段，自由段的拉桿與漿體是分開(kāi)的，可以認(rèn)為該段與漿體無(wú)粘結(jié)力傳遞。其作用是將錨頭所承擔(dān)的力傳遞給錨固段及擴(kuò)大頭。錨固段處于深層穩(wěn)定土體，與周圍土體牢固結(jié)合，以剪力的形式將插筋拉力分散到穩(wěn)定土層，其形式有圓柱型、擴(kuò)大端部型、連續(xù)球型，這里采用的為擴(kuò)大端部型此處只簡(jiǎn)要介紹一下本文所述錨樁的構(gòu)造，構(gòu)造簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 錨固段端部擴(kuò)大頭示意圖

這種錨樁可以在錨固端形成直徑為水泥錨樁固段二倍左右的擴(kuò)大頭，以增大斜錨樁的抗拔力。[4]

2.1.3 冠梁

冠梁的作用為壓頂和把豎樁的水平力傳遞給斜錨樁。冠梁的高度一般為400-700m，厚度根據(jù)攪拌樁直徑確定。

3 加筋水泥土門字型錨樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的工法

加筋水泥土門字型錨樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程如圖3所示。

圖3 加筋水泥土門字型錨樁支護(hù)結(jié)構(gòu)施工流程

3.1 攪拌樁施工

攪拌樁是該圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體，豎直攪拌樁之間搭接而構(gòu)成水泥土擋墻以抵抗墻外的水土壓力，斜向攪拌樁由于其本身具有剛度可以承擔(dān)部分土壓力，但其主要作用為預(yù)應(yīng)力錨索發(fā)揮作用的載體。

攪拌樁是通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)在地基深處將土和水泥強(qiáng)制攪拌，利用水泥和土之間的一系列物理與化學(xué)反應(yīng)，是土硬結(jié)成整體性、水穩(wěn)定性良好且具有一定強(qiáng)度的樁體。對(duì)于具有防滲要求的基坑圍護(hù)可以通過(guò)控制水泥摻入比和豎直樁搭接寬度達(dá)到防滲帷幕的功能，一般水泥摻入比宜在13%-15%，搭接寬度不小于150mm。攪拌樁的施工流程如圖4。

圖4 攪拌樁施工流程圖

3.2 預(yù)應(yīng)力錨索施工

3.2.1 鉆孔

特制錨桿鉆機(jī)采用垂直或傾斜向下鉆孔兩種方式，孔深一般為在8-20m，為保證樁體順直，孔體鉆進(jìn)方向的誤差一般應(yīng)小于1.0%，否則豎樁傾斜、斜樁體偏離設(shè)計(jì)位置，施加預(yù)應(yīng)力鎖定后，由于錨索與預(yù)應(yīng)力不重合，錨索在拉力作用下將發(fā)生向順直方向回位的現(xiàn)象，從而造成預(yù)應(yīng)力損失。孔徑一般為300-600mm，誤差應(yīng)控制在2%以內(nèi)。

3.2.2 預(yù)應(yīng)力錨索加工

目前預(yù)應(yīng)力筋體一般采用2根7Φ5的鋼鉸線或者2根Φ15.2的鋼絞線制成，要求鋼絞線順直且應(yīng)除銹。對(duì)于拉筋體自由段及孔口附近的錨索要用PVC管封裝，以隔絕錨索與水泥土之間的粘結(jié)。錨索的端部穿過(guò)法籃盤并用特制擠壓錨或者Φ40的厚壁鋼管鎖定。擴(kuò)大頭部分構(gòu)造如圖2所示，下部的擴(kuò)孔裝置為3塊鋼板焊接于Φ120的厚壁鋼管，鋼管外套1個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的法蘭盤和一墊圈，Φ120鋼管的頂部再焊接于Φ140的厚壁鋼管。施工時(shí)地質(zhì)轉(zhuǎn)桿套接于Φ140的鋼管，便可達(dá)到鉆孔與錨索的同步作業(yè)。施工結(jié)束地質(zhì)轉(zhuǎn)桿可以回收。

3.2.3 冠梁施工

冠梁施工前要清理攪拌樁頂上的浮漿，并整平基槽以確保冠梁的厚度保持一致。混凝土澆注前攪拌樁中的插筋應(yīng)與冠梁中的鋼筋焊接好。錨索錨固位置處的配筋應(yīng)適當(dāng)加密，以便于集中力的擴(kuò)散。

3.2.4 預(yù)應(yīng)力錨索鎖定及基坑開(kāi)挖

錨索施工后，經(jīng)過(guò)2周的養(yǎng)護(hù)即可按照中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)的 《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》所介紹的方法進(jìn)行張拉。預(yù)應(yīng)力分級(jí)張拉至1.2倍設(shè)計(jì)值后再退至設(shè)計(jì)值鎖定。錨索張拉至設(shè)計(jì)值鎖定后，由于錨頭部分的墊板剛度不足而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失，此時(shí)應(yīng)再行張拉至設(shè)計(jì)值。張拉過(guò)程中還應(yīng)抽樣檢驗(yàn)錨索，其標(biāo)準(zhǔn)為實(shí)測(cè)錨索軸向變形是否超出最大和最小變形標(biāo)準(zhǔn)值。標(biāo)準(zhǔn)值可以參照以下公式選取：[5]

式中：P—預(yù)加荷載值；Lf為錨桿自由段長(zhǎng)度；Le為錨桿錨固段長(zhǎng)度；E、A為錨桿的彈性模量和斷面面積。

錨索全部鎖定，24小時(shí)后即可進(jìn)行基坑開(kāi)挖，開(kāi)挖應(yīng)分層，一般每層宜控制在2-3m，這樣土體應(yīng)力逐步釋放，有利于控制支護(hù)結(jié)構(gòu)和土層的水平位移。

加筋水泥土錨樁支護(hù)在我國(guó)尚處于起步階段，已有許多成功的工程實(shí)例，但無(wú)論是理論分析還是構(gòu)造形式都無(wú)法滿足工程實(shí)踐的需要。本文給出的構(gòu)造方案由于在斜錨樁和樁墻中可以設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋和充分利用結(jié)構(gòu)中的核心土體自重，可以減小支擋攪拌樁的尺寸，且施工工藝簡(jiǎn)單，工期短，造價(jià)比其他支護(hù)結(jié)構(gòu)低。

[1]歐陽(yáng)仲春.現(xiàn)代土工加筋技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，1990：56-57.

[2]周順華，等.水泥攪拌樁基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形性狀研究[C].杭州：浙江大學(xué)出版社，1992：39-41.

[3]中國(guó)工程標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).加筋水泥土錨樁支護(hù)技術(shù)規(guī)程CEC147：2003[S].北京，2004.

[4]趙錫宏，等.高層建筑深基坑圍護(hù)工程實(shí)踐與分析[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996：71-72.

[5]Jean-Louis Briaud.TieBack Walls in Sand:Numerical Simulation and Design Imlications[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，1999，25（2）:101-110.