预应力锚索与钻孔咬合桩相结合的桩锚支护体系*

褚锡星 ， 殷　建

(1.湖州职业技术学院, 浙江　湖州　313000；2.长兴县政府投资项目招投标事务处, 浙江　长兴　313003)

大型地下空间的开发使深基坑的支护技术得到了蓬勃的发展，在基坑平面尺寸较小的深基坑中常选用排桩加多层内支撑来支护，因有多层内支撑使得机械土方开挖非常不便，拖延工期的现象非常普遍，施工和拆除内支撑所费的人力、物力都相当多，资源浪费严重。特别是遇到平面尺寸长、宽都比较大且无法施工角撑、对撑的深基坑时，排桩加多层内支撑的支护方案就无法满足要求。桩锚支护体系是一种新型深基坑支护结构，特别是预应力锚索与钻孔咬合桩结合的桩锚支护体系，可以解决上述机械土方开挖不便延误工期、无法施工角撑、对撑、需要施工和拆迁内支撑的弊端，为深基坑支护结构的发展开辟了新的途径。钱江新城波浪文化城(一期)工程基坑围护就采用了此类支护结构，本文就此深基坑支护技术进行系统阐述。

1　工程概况

钱江新城波浪文化城(一期)工程，为全埋式地下二层建筑，长358.60m，宽112.80m，基坑开挖深度13.50m～18.175m，底板为1.0mm厚的筏板，基坑东北面与杭州大剧院露天广场相邻，东、西面距离大剧院屋脊桁架支座桩距离约13m，东南面与之江路地下通道最近处相距4.5m，采用敞开式明挖法施工。根据地质勘察报告，场地土开挖范围内大部分为含水量丰富的填土及粉砂土，场区地下水埋深位于地表下3m左右，土的渗透系数为10-4cm/s数量级。因此与杭州大剧院、之江路地下通道相邻侧围护设计采用钻孔咬合桩加三、四道预应力锚索的复合桩锚支护体系，两侧大剧院屋脊桁架支座位置为内支撑组合预应锚索，与国会中心相邻侧及波浪文化城二期交接处采用土钉支护和放坡开挖。

2　预应力锚索与钻孔咬合桩结合桩锚支护体系的概念及特点

所谓的桩锚支护体系就是使土方开挖后竖向的悬臂围护桩在预应力锚索的反拉作用下保持竖向稳定，利用预应力锚索的反拉力来抵消基坑开挖时外侧土体、水对桩的侧压力，从而有效地控制土体的变形，保持基坑稳定的新型深基坑支护体系。

预应力锚索是通过对锚索施加预应力，使桩外侧的土体受到预压, 锚固体与周围土体产生抗拔摩阻力，抵消基坑开挖时释放的土压力，有效地控制土体的变形，保证基坑安全的一种新型深基坑支护技术。其由锚固段、自由段和张拉锁定端三部分组成，其中锚固段是经过一、二次压力灌浆形成受力体与土层锚固，是受力段；自由段是在每根钢绞线上涂满黄油、外套波纹管，在张拉时此段锚索可以活动；张拉锁定端主要由钢筋混凝土锚梁、锚垫板、锚具、夹片组成，见图1至图4。

图1预应力锚索结构大样图图2锚梁与钻孔咬合桩连接大样

图3预应力锚索锚固端相对位置图图4预应力锚索锚梁配筋图

钻孔咬合桩是由中间一根钢筋混凝土桩及两侧各一根素混凝土桩(采用超缓凝混凝土)相互咬合(桩周相嵌)组成，施工时先施工两侧素混凝土桩(采用超缓凝混凝土)，在两侧素混凝土桩未终疑前施工中间的钢筋混凝土桩，最终使其共同终凝，从而形成无缝、连续的“桩墙”， 达到挡土、止水效果的新型深基坑围护桩，见图5(A桩为素混凝土桩、B为钢筋混凝土桩)；

图5　钻孔咬合桩平面示意图

3　施工工艺

3.1　预应力锚索施工工艺流程

预应力锚索施工工艺比较复杂，主要工艺包括预应力锚索的制作、开挖土方。请理桩身、测量，第1次注桨、第二次注浆等步骤，具体流程见下图。

图6　预应力锚索施工工艺流程

3.2　钻孔咬合桩排桩的施工工艺流程

图7　钻孔咬合桩排桩施工艺流程图

4　施工要点

4.1　预应力锚索施工要点

(1)预应力钢绞线采用ΦS15.2钢绞线，直径15.2 mm，系由7根Φ5钢丝绞合而成的低松弛高强钢绞线， ptk=1 860 MPa，锚具采用群锚体系的张拉端锚具，所用的锚具及夹具均应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ85-2010)的规定。锚垫板采用与锚具配套的产品[2]。

(2)钻孔直径150 mm。钻孔深度应比设计的锚索长0.5 m，钻孔在入口处任一方向上的误差不得大于2.5度；孔口位置在垂直方向上的误差不得大于50 mm；钻孔在钻进长度方向上的孔斜偏差不大于钻孔长度的3 %。

(3)采用二次高压注浆。注浆液采用纯水泥浆，水泥采用42.5 MPa普通硅酸盐水泥，水灰比0.5。一次注浆压力0.5 MPa，待浆液从口流出后停止注浆，一次注浆锚固体的强度达到5 MPa(约需40 h)时用二次注浆管进行高压注浆，注浆压力为2.5-3 Mpa，稳压时间2分钟以上(可以根据试验进行调整)。

(4)锚固段沿锚索体每1.5 m设隔离架(塑料成品配件)，自由段每1.5-2 m设对中支架(塑料成品配件)，使锚索体在钻孔内居中，钢绞线周围浆体比较均匀[3]。自由段的钢绞线用塑料套管保护，套管与钢绞线之间的空隙用油脂充填，使自由段钢绞线受力后能自由伸缩。套管在自由段与锚固段之间应有可靠止浆密封措施。一次注浆管和二次高压注浆管应与隔离架绑扎牢固，以防向孔内下锚索时将其损坏。杆体内的绑扎材料不宜采用镀锌材料。

(5)钻孔完毕后应立即将锚索下入孔中，以防时间过长坍孔。下锚索前应先将孔清洗干净，以确保注浆体与孔壁的粘结强度，在地下水中钻孔时易流砂、管涌、坍孔，应加套管钻进予以保护，必要时增设降水设施，尽可能在地下水位以上成孔，防止流砂、管涌、坍孔等问题的发生，以确保锚杆的施工质量。

(6)预应力锚索张拉时，锚固段水泥浆锚固体强度须大于15 MPa，锚梁混凝土强度达到设计强度的75 %(GB50666-2011)，钻孔咬合桩桩身强度达到100 %。

4）业务支持。业务支持是指打破传统的以部门和业务为核心建立的应用系统，建立统一的软件应用平台，提供统一认证、权限管理、业务应用、单点登录和访问控制等多项服务。业务支持将之前分散的业务系统进行集成和整合，破解了跨部门业务流程打通的难题，实现了校园内智慧业务的应用。通过整合各类业务系统，将建设粒度由“系统”级细化为“功能”级，突破现有业务系统功能独立及业务分散的难题。

(7)预应力锚索张拉控制荷载为0.75倍极限抗拔力，张拉采用先单根预张拉再整体张拉。单根预张拉加载为0.05倍控制荷载。整体张拉分级加载依次为0.5、0.75、1.0倍控制荷载，每级持续5分钟，分级记录预应力筋伸长值，锁定荷载0.65倍控制荷载(以上控制荷载与锁定荷载值可以设计和现场试验进行调整)。

(8)预应力锚索张拉后，多余部分应用砂轮切割，严禁使用电弧焊切割。预应力索截断后锚具外保留的预应力索长度应预留二次张拉时所需的千斤顶张拉工作长度。

(9)锚垫板上部的锚头部分用C30混凝土进行防护，混凝土覆盖层厚度不小于250 mm，锚头被混凝土覆盖厚度不小于15 mm。在浇筑防护混凝土前，宜涂环氧树脂类粘结剂，以加强新老材料的粘结，防止收缩裂缝。

(10)为防止氯化物对预应力索的侵蚀，在水泥砂浆中不得使用含有氯离子的外加剂。

(11)在锚杆施工前，必须详细了解周边管线、桩及承台的位置和深度。锚杆施工应逐根施工，避开管线、坑外自流深井和工程桩。

(12)下层土方须在预应力锚索锁定后才能开挖。

(13)锚杆全面施工前应进行张拉试验，以确定合理的张拉工艺、下一道锚杆张拉对上一道锚杆的影响、是否需要二次补偿张拉等。每层锚杆中各取 3根进行抗拔试验(其中每层锚杆中各取 1根做基本试验以确定锚杆施工工艺)。

4.2　钻孔咬合桩施工要点

(1)为了保证钻孔咬合桩底部有足够咬合量,应对其孔口的定位误差进行严格的控制,孔口定位误差的允许值，一般为±10 mm。

(2)为保证钻孔咬合桩底部足够咬合量，除对其孔口定位误差严格控制外，还应对垂直度进行严格控制，桩的垂直度控制标准为≤3 ‰[4]。

(3)超缓凝混凝土主要用于素混凝土桩，其作用是延长素桩混凝土的初凝时间，确保相邻钢筋混凝土桩的成孔在素混凝土桩混凝土初凝之前完成，为咬合创造条件，混凝土缓凝时根据T=3t+K 的公式进行计算(T混凝土缓凝时间、t为单桩成桩时间，一般取t=15 h、储备时间一般取1.0 t)，混凝土缓凝时间应≥60 h。

(4)克服“管涌”措施：

1)套管底口应始终保持低于开挖面深度≥2.50 m形成“瓶颈”，阻止两侧素桩未初凝的混凝土涌入。

2)套管底口深度无法满足上述深度时，可向套管内注水，使其管内保持一定的压力来平衡素桩混凝土的压力，阻止“管涌”的发生。

3)钢筋混凝土桩成孔过程中注意观察相邻两侧素桩混凝土顶面，如发现素桩混凝土下陷应立即停止钢筋混凝土桩开挖，并一边将套管尽量下压，一边向钢筋混凝土桩内填土或注水，直到完全制止住“管涌”为止[5]。

(5)地下障碍物处理：

1)直接取出或开挖处理法：①对一些比较小的障碍物(直径在50 cm以内)，如卵石层、体积较小的孤石等，用锤式冲抓取土器清除；②如障碍物位置正好部分在套管内部分在套管外，可以采用“十”字形冲锤将套管内的部分冲碎后用锤式冲抓取土器取出；③大于孔径1/2的条块石，埋深在2.0-3.0 m以内，在导墙施工前开挖清理，然后回填素土或建筑垃圾碾压密实，再进行导墙制作；④长度在2.0 m以内的木桩等用取土器取出，超过2.0 m，采用钢丝绳与桩机连接，吊车配合拔出；⑤边长或直径超过1.0 m的大体积障碍物，采用人工风镐破碎处理。

2)二次成孔法处理：第一次成孔：障碍物处理。

障碍物深度≤8.0 m时：待导墙制作好后，用钻机成孔至障碍物底部下≥1.0 m，成孔过程中用冲抓或十字冲锤等进行处理，然后素土或砂回填夯实。

障碍物深度>8.0 m或水量较大且障碍物直径或边长≥1.0 m时：采用冲击钻冲击成孔，处理完障碍物后用C10素混凝土回填。

第二次成孔：按咬合桩工艺流程施工。

(6)分段施工处接头的处理方法。多台钻机分段施工接头处理采用砂桩法，前施工段的端头设置一个砂桩(成孔后用砂灌满)，后施工段施工到此接头时挖出砂浇灌混凝土，接缝外侧增加两根旋喷桩作止水处理

(7)事故桩处理方法。在钻孔咬合桩施工过程中，素混凝土桩因机械设备故障等原因，有可能造成桩身异常而形成事故桩，其处理方法如下：

1)如其两侧素混凝土桩的混凝土均已凝固，采用背桩补强法，即放弃中间钢筋混凝土桩的施工，调整桩序继续后面咬合桩的施工，尔后在原钢混凝土桩外侧增加一组咬合桩(中间一间钢筋混凝土桩，两侧各一根素混凝土桩及)并作止水处理。

2)如一侧素混凝土桩的已经凝固，采用平移法，即移动钢筋混凝土桩位置，使其与已凝固的素桩桩侧紧贴，桩接缝处外侧增加一根旋喷桩作止水处理。

5　围护监测

(1)预应力锚索轴力监测：按设计剖面设置监测，每个剖面处的每屋锚杆均设轴力监测。

(2)对整个桩锚支护体系进行土体深层位移，坑外地面沉降等监测，基坑开挖期间每天测一次，遇监测数值过大或变化速率过大应增加监测次数，直至土方回填后停止监测。

6　结　语

预应力锚索与钻孔咬合桩结合的桩锚支护体系是充分结合并利用钻孔咬合桩(无缝桩墙)优异的止水、挡土性能和预应力锚索优异的抗拔性能的一种新型深基坑支护结构，特别是对基坑平面较大且周边施工区域较窄的、不能设置支撑或设置支撑后机械土方开挖不便的项目比较适用，可以大大的节缩施工资源，节省造价，缩短地下室施工工期，为深基坑支护结构的发展开辟了新的途径。

参考文献：

[1] 陈争.混凝土咬合桩在地铁车站深大基坑中应用研究[D].南京林业大学硕士论文,2008.

[2] 金振,潘国华,安彩霞,等.多种支护形式在超大型深基坑工程中的应用[J].建筑技术,2011(12):1081-1083.

[3] 金振,安彩霞,钟将.预应力锚索在大型深基坑施工中的应用[J].建筑施工,2011(2):86-87.

[4] 韩轶群.全套管咬合灌注桩在基坑支护工程中的应用[J].四川建材,2010(1):105-107.

[5] 李军豪.钻孔咬合桩施工工艺及常见问题处理[J].建筑技术开发,2012(3)：39-43.