加筋水泥土锚桩支护构造与施工研究

吴照学，范君宇，邢凯峰

（1.安徽农业大学 工学院，安徽 合肥230036；2.上海强劲地基工程股份有限公司，上海200233；3.黄山学院 建筑工程学院，安徽 黄山245041）

1 引 言

加筋水泥土挡墙就是在水泥搅拌桩中插入型钢、钢筋笼或竹筋作为劲性材料，以充分发挥水泥土的防渗止水能力和劲性材料的受力能力，能把水泥土的受压性能和劲性材料的受拉性能结合在一起，使它们共同抵抗挡墙后面的水土压力，从而达到更好的围护效果。[1]作为原位主动加固技术，与传统的常规支护方法，如土钉、锚杆、内支撑结构等相比，水泥土锚桩支护具有结构形式简单、易于施工、节省造价、缩短施工工期、无污染等优点。

2 加筋水泥土门字型锚桩支护结构的构造

加筋水泥土门字型锚桩支护结构通常由水泥土搅拌桩、预应力锚桩（或型钢）、和冠梁组成门字型结构，如图1所示。

2.1 加筋水泥土门字型锚桩支护结构组成部分

2.1.1 水泥土搅拌桩

图1 “门字型”加筋水泥土门字型锚桩支护结构示意图

水泥土搅拌桩通常把水泥作为固化剂的主剂，水泥一般采用强度等级42.5或52.5＃普通硅酸盐水泥，水泥掺入比为12%-15%，同时可加入适量的外加剂，如水玻璃等，其掺入量宜为水泥重量的0.2%。水泥土的28天立方体抗压强度不小于0.9MPa。[2]

搅拌桩分为竖桩和斜桩两种，搅拌桩的截面尺寸和深度取决于设计计算。目前桩体直径多采用650-850mm，当考虑止水作用时竖桩咬合宽度不宜小于150mm，不考虑止水作用时咬合宽度不宜小于100mm，斜向水泥土锚桩体的倾角为 45°-70°，水平间距1.0-2.0m。[3]

2.1.2 预应力锚桩

预应力锚桩由自由段、锚固段、锚头及垫块5部分组成。其形式有多种，最简单的是拉力型锚桩。预应力锚桩分为自由段和锚固段，自由段的拉杆与浆体是分开的，可以认为该段与浆体无粘结力传递。其作用是将锚头所承担的力传递给锚固段及扩大头。锚固段处于深层稳定土体，与周围土体牢固结合，以剪力的形式将插筋拉力分散到稳定土层，其形式有圆柱型、扩大端部型、连续球型，这里采用的为扩大端部型此处只简要介绍一下本文所述锚桩的构造，构造简图见图2。

图2 锚固段端部扩大头示意图

这种锚桩可以在锚固端形成直径为水泥锚桩固段二倍左右的扩大头，以增大斜锚桩的抗拔力。[4]

2.1.3 冠梁

冠梁的作用为压顶和把竖桩的水平力传递给斜锚桩。冠梁的高度一般为400-700m，厚度根据搅拌桩直径确定。

3 加筋水泥土门字型锚桩支护结构的工法

加筋水泥土门字型锚桩支护结构的施工过程如图3所示。

图3 加筋水泥土门字型锚桩支护结构施工流程

3.1 搅拌桩施工

搅拌桩是该围护结构的主体，竖直搅拌桩之间搭接而构成水泥土挡墙以抵抗墙外的水土压力，斜向搅拌桩由于其本身具有刚度可以承担部分土压力，但其主要作用为预应力锚索发挥作用的载体。

搅拌桩是通过特制的深层搅拌机在地基深处将土和水泥强制搅拌，利用水泥和土之间的一系列物理与化学反应，是土硬结成整体性、水稳定性良好且具有一定强度的桩体。对于具有防渗要求的基坑围护可以通过控制水泥掺入比和竖直桩搭接宽度达到防渗帷幕的功能，一般水泥掺入比宜在13%-15%，搭接宽度不小于150mm。搅拌桩的施工流程如图4。

图4 搅拌桩施工流程图

3.2 预应力锚索施工

3.2.1 钻孔

特制锚杆钻机采用垂直或倾斜向下钻孔两种方式，孔深一般为在8-20m，为保证桩体顺直，孔体钻进方向的误差一般应小于1.0%，否则竖桩倾斜、斜桩体偏离设计位置，施加预应力锁定后，由于锚索与预应力不重合，锚索在拉力作用下将发生向顺直方向回位的现象，从而造成预应力损失。孔径一般为300-600mm，误差应控制在2%以内。

3.2.2 预应力锚索加工

目前预应力筋体一般采用2根7Φ5的钢铰线或者2根Φ15.2的钢绞线制成，要求钢绞线顺直且应除锈。对于拉筋体自由段及孔口附近的锚索要用PVC管封装，以隔绝锚索与水泥土之间的粘结。锚索的端部穿过法篮盘并用特制挤压锚或者Φ40的厚壁钢管锁定。扩大头部分构造如图2所示，下部的扩孔装置为3块钢板焊接于Φ120的厚壁钢管，钢管外套1个可以自由转动的法兰盘和一垫圈，Φ120钢管的顶部再焊接于Φ140的厚壁钢管。施工时地质转杆套接于Φ140的钢管，便可达到钻孔与锚索的同步作业。施工结束地质转杆可以回收。

3.2.3 冠梁施工

冠梁施工前要清理搅拌桩顶上的浮浆，并整平基槽以确保冠梁的厚度保持一致。混凝土浇注前搅拌桩中的插筋应与冠梁中的钢筋焊接好。锚索锚固位置处的配筋应适当加密，以便于集中力的扩散。

3.2.4 预应力锚索锁定及基坑开挖

锚索施工后，经过2周的养护即可按照中国工程建设标准化协会的 《土层锚杆设计与施工规范》所介绍的方法进行张拉。预应力分级张拉至1.2倍设计值后再退至设计值锁定。锚索张拉至设计值锁定后，由于锚头部分的垫板刚度不足而导致预应力损失，此时应再行张拉至设计值。张拉过程中还应抽样检验锚索，其标准为实测锚索轴向变形是否超出最大和最小变形标准值。标准值可以参照以下公式选取：[5]

式中：P—预加荷载值；Lf为锚杆自由段长度；Le为锚杆锚固段长度；E、A为锚杆的弹性模量和断面面积。

锚索全部锁定，24小时后即可进行基坑开挖，开挖应分层，一般每层宜控制在2-3m，这样土体应力逐步释放，有利于控制支护结构和土层的水平位移。

加筋水泥土锚桩支护在我国尚处于起步阶段，已有许多成功的工程实例，但无论是理论分析还是构造形式都无法满足工程实践的需要。本文给出的构造方案由于在斜锚桩和桩墙中可以设置预应力钢筋和充分利用结构中的核心土体自重，可以减小支挡搅拌桩的尺寸，且施工工艺简单，工期短，造价比其他支护结构低。

[1]欧阳仲春.现代土工加筋技术[M].北京：人民交通出版社，1990：56-57.

[2]周顺华，等.水泥搅拌桩基坑围护结构变形性状研究[C].杭州：浙江大学出版社，1992：39-41.

[3]中国工程标准化协会.加筋水泥土锚桩支护技术规程CEC147：2003[S].北京，2004.

[4]赵锡宏，等.高层建筑深基坑围护工程实践与分析[M].上海：同济大学出版社，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.