趙志孟，鄭先昌，王建強(qiáng)

(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510000)

1 引 言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，土地資源越來越緊缺，使得人們對(duì)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(xiàn)，錨索作為深基坑支護(hù)施工方式之一，以其成本低，施工方便，人力要求低等優(yōu)勢(shì)進(jìn)入巖土工程師的視野。但基坑僅僅是臨時(shí)結(jié)構(gòu)，錨索的作用在基坑回填后基本失去效應(yīng)［1］。近幾年，人們對(duì)地下空間產(chǎn)權(quán)的高度重視及對(duì)周邊地下空間環(huán)境的保護(hù)，大部分城市要求設(shè)計(jì)錨索的長(zhǎng)度必須在規(guī)定的紅線以內(nèi)，使得錨索的長(zhǎng)度和承載力受到了限制，因此，進(jìn)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(xù)開發(fā)的障礙以更好利用地下空間是必然趨勢(shì)。20 世紀(jì)60年代以來，全球涌現(xiàn)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(yīng)性差、回收設(shè)備操作不便、錨桿回收率較低以及缺乏與其配套的相關(guān)機(jī)具等原因，在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用不是特別廣泛。本文通過介紹一種新型施工工藝簡(jiǎn)單、高承載力、具有良好的地層適應(yīng)性的可回收錨索(桿)——壓力分散型熱熔式可回收錨索在現(xiàn)實(shí)工程中的成功應(yīng)用，介紹其工作機(jī)理、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工工藝等，使得此項(xiàng)施工工藝能夠得到推廣。

2 壓力分散型錨索的錨固機(jī)理

常用的壓力分散型錨索主要由錨頭、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)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(dāng)錨索受拉時(shí)，錨索的拉力通過無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線傳至不同位置的承載體上，每個(gè)承載體上鋼絞線承受錨索拉力的1/n(n 為錨索承載體個(gè)數(shù))，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(jié)應(yīng)力峰值降到較低程度并分散作用在整個(gè)錨固段長(zhǎng)度上，顯著改善了錨固體與孔壁巖土體粘結(jié)應(yīng)力分布狀態(tài)，從而可以充分調(diào)用巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度及錨索單位長(zhǎng)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(cè)向膨脹而處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，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(shù)量、位置和間距可根據(jù)承載巖土體的地質(zhì)情況而定，以便從不同位置充分調(diào)動(dòng)錨固區(qū)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(tǒng)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(jié)構(gòu)圖

3 工程概況

(1)位置

本工程項(xiàng)目位于蘇州市吳中區(qū)郭新東路北、尹山湖東路西側(cè)地塊，鄰近蘇州軌道交通2 號(hào)延伸線尹山湖中路站。

基坑?xùn)|側(cè)為尹山湖東路，擬建結(jié)構(gòu)外墻線距離用地紅線5.70 m，且紅線外路下埋設(shè)有污水管、電信、天然氣、雨水管、路燈等管線。

基坑南側(cè)東南角段現(xiàn)為空地。該空地為本擬建工程與蘇州軌道交通2 號(hào)線延伸尹山湖中路站站臺(tái)出入口相通區(qū)。擬建結(jié)構(gòu)外墻線距離東南用地紅線約5.60 m，距離東南側(cè)在建尹山湖中路站約64.1 m。

基坑西側(cè)為聽湖路，擬建結(jié)構(gòu)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(shè)有雨水管、路燈等管線。

基坑北側(cè)為和諧路，擬建結(jié)構(gòu)外墻線距離北側(cè)用地紅線約5.00 m。紅線外為人行道，路下埋設(shè)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(yè)及1 幢2F 會(huì)所組成。其中1#～5#樓位于擬建場(chǎng)地的南側(cè)，其南側(cè)附有2F 沿街商業(yè)，擬建項(xiàng)目西側(cè)及南側(cè)設(shè)1 層地下室;擬建項(xiàng)目東北側(cè)設(shè)2 層地下室。

本工程設(shè)計(jì)± 0.000 相當(dāng)于85 國(guó)家高程基準(zhǔn)+3.600 m，地下1 層區(qū)底板板面標(biāo)高為－6.00 m，板厚450 mm，承臺(tái)厚1 000 mm;住宅樓底板板面標(biāo)高為－6.00 m，筏板厚1 200 mm～1 700 mm;地下2 層區(qū)域底板板面標(biāo)高為－10.000 m，板厚550 mm，承臺(tái)厚950 mm;公寓式酒店底板板面標(biāo)高－10.00 m，筏板厚2 000 mm，墊層100 mm。本工程場(chǎng)地較為平坦，設(shè)計(jì)統(tǒng)一取場(chǎng)地自然地面標(biāo)高為+3.000 m(相對(duì)標(biāo)高為－0.600 m)，地下1 層區(qū)基坑坑底標(biāo)高為－7.100 m，基坑挖深按6.50 m考慮。地下2 層區(qū)基坑坑底標(biāo)高為－11.050 m，基坑挖深按10.45 m考慮。

(3)方案選型

根據(jù)工程地質(zhì)情況，基坑工程除南側(cè)臨近蘇州軌道交通2 號(hào)延伸線尹山湖中路站及擬建盾構(gòu)區(qū)間基坑側(cè)壁變形除應(yīng)滿足一級(jí)基坑要求外，還應(yīng)滿足地鐵的相關(guān)規(guī)定與要求;地下2 層區(qū)域基坑側(cè)壁安全等級(jí)定為一級(jí)，其余定義均定為二級(jí)。

在開挖過程中，既要保證基坑側(cè)壁本身的安全，還要保護(hù)對(duì)基坑周邊軌道交通等的安全，地下1 層基坑近地鐵側(cè)采用前密后疏雙排樁的圍護(hù)體;地下1 層基坑遠(yuǎn)地鐵側(cè)采用鉆孔灌注樁+局部加固墩的圍護(hù)體。地下2 層基坑近地鐵側(cè)采用前密后密雙排樁+雙排三軸止水帷幕的圍護(hù)體;地下2 層基坑遠(yuǎn)地鐵側(cè)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(hù)體。地下2 層與地下1 層交接處，采用土釘墻的圍護(hù)形式。地下2 層基坑坑內(nèi)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(nèi)采用明溝集水井的排水方式;地下1 層坑中坑等落深區(qū)備用輕型井點(diǎn)。如圖2 所示:

圖2 基坑總平面布置圖

本文主要描寫擴(kuò)散型可回收錨索。下面主要介紹基坑北側(cè)錨索方案。

4 基坑?xùn)|北側(cè)方案

基坑北側(cè)采用雙排樁+擴(kuò)大頭錨索方案，坑頂先進(jìn)行1.5 m的放坡，對(duì)坑頂進(jìn)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(shè)置第一道錨索，再往下3.0 m處設(shè)置第二道錨索。如圖3、表1 所示:

圖3 基坑支護(hù)剖面圖

基坑支護(hù)剖面參數(shù)統(tǒng)計(jì)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(zhǔn)備

對(duì)高壓泵吸清水裝置進(jìn)行設(shè)備測(cè)試，使壓力從1MPa 逐漸加大到一定等級(jí)，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(dá)到的射程必須越來越遠(yuǎn)，比較明顯。

(2)錨索制作

按照J(rèn)G161－2004 標(biāo)準(zhǔn)制作錨索，選取相應(yīng)規(guī)格的無粘結(jié)鋼絞線并根據(jù)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度進(jìn)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(zhǔn)，逐個(gè)進(jìn)行組裝錨板、緊固螺栓，安裝完成后檢測(cè)桿體的整體通電情況。

(3)錨索注漿

鉆機(jī)就位好后將鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔位軸線、在規(guī)定的設(shè)計(jì)孔位偏差內(nèi)按設(shè)計(jì)要求調(diào)整好角度進(jìn)行鉆孔，并按設(shè)計(jì)要求調(diào)準(zhǔn)好角度。自由段的引孔采用壓力水引孔，鉆進(jìn)時(shí)一邊引孔，一邊將桿體帶進(jìn)［4］。引進(jìn)速度根據(jù)土層的硬度適時(shí)調(diào)整，使錨桿整體勻速前進(jìn)。引至錨固段時(shí)，改用水泥漿壓力引孔并鉆進(jìn)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(dāng)鉆桿鉆至錨桿設(shè)計(jì)孔底時(shí)，退出鉆桿，退出時(shí)，在錨固段采用無壓力補(bǔ)漿。

(4)錨索張拉與鎖定

錨索施工完畢后、錨索及圍檁達(dá)到80%強(qiáng)度進(jìn)行張拉和鎖定，錨桿臺(tái)座的承壓面應(yīng)完整，錨索張拉前應(yīng)對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。張拉應(yīng)有序進(jìn)行，張拉順序應(yīng)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(yīng)取抗拔力設(shè)計(jì)值的0.1 倍～0.2 倍對(duì)錨桿預(yù)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(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。［2］張拉鎖定時(shí)，前面幾根先使用應(yīng)力計(jì)測(cè)試鎖定后錨桿的應(yīng)力損失，然后按照應(yīng)力損失的百分比提高鎖定值，所有錨桿鎖定時(shí)其鋼絞線伸長(zhǎng)量須大于鎖定值下鋼絞線彈性變形量，如發(fā)現(xiàn)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(yù)留孔及注漿管再次進(jìn)行雙液注漿，防止孔口出現(xiàn)因張拉而產(chǎn)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(dǎo)線36V 低壓電源通電，錨頭上的電加熱環(huán)使襯套熔化后給鋼絞線解除束縛，使用小型自動(dòng)回收機(jī)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(zhì)量檢驗(yàn)

為了對(duì)本工程基坑圍護(hù)單根錨桿豎向抗拔承載力［5］進(jìn)行抽拉檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)，對(duì)壓力分散型熱熔式可回收錨索進(jìn)行了試拔試驗(yàn)和效果評(píng)估。

采用抗拉試驗(yàn)檢測(cè)儀，對(duì)檢測(cè)錨索進(jìn)行分級(jí)加載，當(dāng)出現(xiàn)以下條件時(shí)，終止加載:

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

(2)錨頭位移持續(xù)增長(zhǎng);

(3)錨桿桿體破壞;

(4)荷載達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大試驗(yàn)荷載值。

通過對(duì)錨索進(jìn)行抽樣檢測(cè)，得出圖4 錨索的P－S曲線圖。

錨索荷載－位移圖 表2

根據(jù)上表得:

圖4 試錨索荷載－位移圖

根據(jù)P－S 曲線可知，該壓力分散型熱熔式錨索在加荷條件下產(chǎn)生的位移量較小，抗滑移性能較好。施加的荷載拉力通過預(yù)應(yīng)力桿件傳遞到承載體在受到拉力后，承載體與錨栓共同發(fā)揮作用，使得灌漿體處于受壓狀態(tài)，而對(duì)于普通錨索的灌漿體處于受拉狀態(tài)。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(xiàn)狀與發(fā)展［J］．土木工程學(xué)報(bào)，2001，34(3):7～12．

［2］黃云龍．淺談壓力分散型錨索的設(shè)計(jì)方法［J］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010(31):41～42．

［3］王安正．壓力分散型錨索錨固技術(shù)研究［D］．長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2010．

［4］梁炯鋆．錨固與注漿技術(shù)手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)電力出版社，1999．9．

［5］王建．可回收式預(yù)應(yīng)力錨索作用機(jī)理及施工力學(xué)分析［D］．北京:北京交通大學(xué)，2009．