壓應(yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿的研究與應(yīng)用

杜明祥 周建明 程良奎

1.蘇州市能工基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司 蘇州 215011；2.冶金部建筑研究總院 北京 100088

1 壓應(yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿原理及錨固承載機(jī)理

壓應(yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿的機(jī)理是，采用改良的高壓噴射工藝，形成φ600～φ800 mm的旋噴注漿體，將預(yù)先由工廠制作且附有分散承載板（合頁(yè)夾或鋼板）的無(wú)黏結(jié)鋼絞線錨桿桿體放置于鉆孔內(nèi)，當(dāng)旋噴注漿體固結(jié)硬化達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度時(shí)，即形成具有高承載力的壓應(yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿。這種錨桿的錨固機(jī)理有如下特點(diǎn)[1]：

錨桿錨固段直徑由150 mm增至600～800 mm，可以充分發(fā)揮變截面處的端承壓力。是錨桿抗拔承載力提高的最主要因素，占到錨桿總抗拔承載力的60%～70%。

錨桿錨固段直徑由150 mm增至600～800 mm，使單位長(zhǎng)度錨固段旋噴注漿體與土體的接觸面積增加了4～5.3 倍，從而提高了旋噴注漿體的側(cè)摩阻力。

擴(kuò)大頭錨固體形成了以支承力為主、摩阻力為輔共同作用的復(fù)合承載體系。

承壓板巧妙地分散分布于錨固段內(nèi)的不同部位，增加了承壓面積，可大幅度減小錨固段旋噴注漿體的壓應(yīng)力，能夠有效抑制在高張拉荷載條件下旋噴體的局部壓碎和剪切破壞（圖1、圖2）。

圖1 錨固體大樣1

圖2 錨固體大樣2

2 壓應(yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿的拆芯回收

壓應(yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿實(shí)現(xiàn)拆芯回收有2 種較為成熟的方法。

第1種方法是結(jié)合熱熔錨具方法，如圖1、圖3所示，其錨具即是熱熔錨具，在錨桿使用階段，它在錨固段鎖定住鋼絞線，通過(guò)錨具限制承壓板壓在錨固體上實(shí)現(xiàn)錨桿的承載力；錨桿使用階段結(jié)束后，通過(guò)通電熱熔的方式破壞錨具內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，鋼絞線就可以輕易地抽出，實(shí)現(xiàn)拆芯回收。

圖3 結(jié)合熱熔錨具方法

第2種方法是結(jié)合合頁(yè)夾方法，如圖2、圖4所示，其端頭為合頁(yè)夾，合頁(yè)夾處于錨固段，鋼絞線穿過(guò)合頁(yè)夾，形成一個(gè)大直徑的回轉(zhuǎn)體。鋼絞線包裹住的合頁(yè)夾能夠提高很大的端承力，穩(wěn)定性很高。在錨桿使用功能結(jié)束后，通過(guò)抽拉鋼絞線的一端，即能夠輕易將整根鋼絞線拆除回收。

圖4 結(jié)合合頁(yè)夾方法

3 壓應(yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿在永久性結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

壓應(yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿桿體結(jié)構(gòu)的外層部分全部采用防腐材料構(gòu)成，完全符合永久性錨桿的技術(shù)要求，并且錨固體處于受壓狀態(tài)，其受壓強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間繼續(xù)增長(zhǎng)，耐久性好，非常適合使用在抗浮結(jié)構(gòu)和永久性邊坡工程當(dāng)中[2]。

4 壓應(yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，使用壓應(yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿的樁錨結(jié)構(gòu)與樁結(jié)合混凝土內(nèi)支撐相比，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果和工期優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閴簯?yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿的承載力比傳統(tǒng)錨桿大1.5～2 倍，同時(shí)穩(wěn)定性很高，且隨時(shí)間的延長(zhǎng)，錨桿的抗拔承載力會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，樁錨結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備較大[3]。壓應(yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿有條件實(shí)現(xiàn)高初始預(yù)應(yīng)力，可以達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%～110%，同時(shí)錨桿絕大部分長(zhǎng)度都是自由度，所以能夠?qū)崿F(xiàn)“點(diǎn)到點(diǎn)”的張拉鎖定，能夠有效地控制基坑的變形和位移。

同一個(gè)工程，在基坑圍護(hù)中使用這種樁錨結(jié)構(gòu)會(huì)比使用樁結(jié)合混凝土內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)節(jié)約大量造價(jià)，且工程面積越大，節(jié)約量越多[4]。而且，使用這種樁錨結(jié)構(gòu)，基坑處于一個(gè)敞開(kāi)式的開(kāi)挖和結(jié)構(gòu)施工環(huán)境，大大提高了功效，縮短了工期[5]。

5 壓應(yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿應(yīng)用實(shí)例

5.1 結(jié)構(gòu)概況

本工程位于徐州市繁華商業(yè)中心，北側(cè)為中樞街及中央百貨大樓，西側(cè)為中山南路，南側(cè)為青年路，東側(cè)為彭城路，基坑面積約為26 929 m2，周長(zhǎng)約為634 m。本工程包括地上2 棟300 m高層建筑及9 層裙房；地下均為4 層，分別為商業(yè)、停車場(chǎng)。

基坑開(kāi)挖深度：本工程采用標(biāo)高均為黃海高程，自然地坪標(biāo)高為33.85 m?；娱_(kāi)挖深度根據(jù)底板墊層底標(biāo)高確定，地下室底板墊層底標(biāo)高為14.25 m，故開(kāi)挖深為19.6 m。主樓區(qū)域底板墊層底標(biāo)高為10.75，故開(kāi)挖深為23.1 m。

5.2 水文地質(zhì)情況

根據(jù)《徐州中央國(guó)際廣場(chǎng)C地塊基坑勘察報(bào)告》（編號(hào)：KC11013），將本次在基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)所遇各土層結(jié)構(gòu)特征自上而下分述如下：

上層滯水，含水層為①雜填土，水位埋深1.0～3.0 m不等，局部水量較豐富；

潛水，含水層為③層老城填土，水量不豐，水位埋深平均2.80 m；

承壓，⑤1層含砂姜黏土，砂姜富集連通，具有賦水性、導(dǎo)水性及弱承壓性，水頭埋在12～12.5 m之間。

5.3 周邊環(huán)境

擬建工程位于徐州市繁華商業(yè)中心， 建筑場(chǎng)地狹小，周邊環(huán)境較復(fù)雜，建筑物占據(jù)整個(gè)廣場(chǎng)，四面皆臨道路，道路下管線密布，且在西北側(cè)有現(xiàn)存6 層建筑1 幢，正在營(yíng)業(yè)，需嚴(yán)加保護(hù)。

5.4 基坑圍護(hù)方案

綜合考慮工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和周邊建筑情況，確定基坑為一級(jí)基坑，對(duì)基坑的穩(wěn)定性要求比較高。根據(jù)基坑圍護(hù)的經(jīng)驗(yàn)和本工程的特點(diǎn)，本基坑可采用灌注樁+混凝土內(nèi)支撐或者灌注樁+預(yù)應(yīng)力可拆芯錨桿方案。

采用第1套方案時(shí)，工程的安全性高，但工程造價(jià)較高，且工期很長(zhǎng)，混凝土用量大，由于工程所處為鬧市區(qū)，施工場(chǎng)地狹小，混凝土結(jié)構(gòu)的施工受影響較大，且混凝土內(nèi)撐在拆除時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的噪聲和粉塵，對(duì)環(huán)境影響非常大。

若采用第2套方案，施工比較靈活，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的設(shè)置，因此基坑同樣比較安全，位移控制亦較好。不僅工程造價(jià)比混凝土內(nèi)支撐較低，而且采用預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu)時(shí)，錨桿可以穿插在工法樁施工時(shí)進(jìn)行?；訃o(hù)處于敞開(kāi)式，對(duì)土方的開(kāi)挖非常方便，不需要像混凝土內(nèi)撐結(jié)構(gòu)一樣采用長(zhǎng)臂挖機(jī)掏土。在主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)也不受外界影響，錨桿的拆芯回收完全不占用總工期，且拆芯時(shí)無(wú)噪聲、無(wú)粉塵，弊端是對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿的施工質(zhì)量要求較高。經(jīng)測(cè)算，第2套方案在保證基坑安全的情況下，能夠節(jié)約1 200 萬(wàn)元工程造價(jià)。

綜上分析，決定本工程基坑圍護(hù)方案采用鉆孔灌注樁+壓力分散型擴(kuò)大頭錨桿的支護(hù)方案（圖5～圖7）。采用三軸攪拌樁作止水帷幕，使用管井進(jìn)行降水。

圖5 拉錨平面

圖6 拉錨剖面

圖7 施工現(xiàn)場(chǎng)

本方案預(yù)應(yīng)力可拆芯錨桿長(zhǎng)度為16～35 m，除擴(kuò)大頭錨桿外全為自由段，擴(kuò)大頭段長(zhǎng)度為3.0 m，φ800 mm，水平間距為1.2 m、2.4 m間隔布置?？苫厥疹A(yù)應(yīng)力錨桿張拉值為500～950 kN，鎖定值300～570 kN。采用6φ15.2 mm無(wú)黏結(jié)鋼絞線。

5.5 預(yù)應(yīng)力可拆芯錨桿基本實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)驗(yàn)收

按照地質(zhì)情況，總共對(duì)4 組16 根錨桿進(jìn)行了基本試驗(yàn)，極限抗拔力達(dá)1 250 kN，最小1 066 kN；最大位移量207.41 mm，最小僅116.26 mm，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。緊接其后，按照設(shè)計(jì)對(duì)錨桿進(jìn)行驗(yàn)收檢測(cè)，亦全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5.6 基坑監(jiān)測(cè)和錨桿的拆芯回收

根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)情況，基坑支護(hù)過(guò)程中，樁頂位移變形僅12.5 mm，樁身位移14 mm，基坑西北側(cè)的徐州百貨大樓樓體和周邊道路均未出現(xiàn)任何裂縫或變形現(xiàn)象。

本工程在底板和結(jié)構(gòu)樓板處傳力帶施工完畢并達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，即開(kāi)始拆除回收相應(yīng)的上層錨桿。在拆除過(guò)程中，同一層樓板以上的主體結(jié)構(gòu)同步分段進(jìn)行。拆除時(shí)，使用自動(dòng)回收機(jī)抽拉鋼絞線，整個(gè)回收過(guò)程不需要人力干預(yù)，勞動(dòng)強(qiáng)度低，且回收過(guò)程無(wú)噪聲、無(wú)粉塵等危害。目前，除第1道錨桿外，其余已全部回收。

6 結(jié)語(yǔ)

壓力型錨桿與普通拉力型錨桿相比，具有承載力高、穩(wěn)定性好等顯著優(yōu)點(diǎn)，特別是在結(jié)合熱熔錨和合頁(yè)夾拆芯技術(shù)后，又實(shí)現(xiàn)了筋體的可拆芯回收功能，使錨桿優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)大[6]，不僅可在基坑周邊環(huán)境緊張時(shí)能夠發(fā)揮錨桿的特點(diǎn)，避免了因?yàn)殄^桿桿體超出紅線無(wú)法使用的問(wèn)題，且大大節(jié)約了工程造價(jià)、加快了工程進(jìn)度[7]。因此，壓應(yīng)力分散型擴(kuò)大頭錨桿必將逐步取代常規(guī)拉力型錨桿，為我國(guó)建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保、節(jié)約貢獻(xiàn)一份力量。