压力分散型热熔式可回收锚索在基坑支护中的应用

2015-06-28赵志孟郑先昌王建强

城市勘测 2015年4期

赵志孟，郑先昌，王建强

(广州大学土木工程学院，广东广州 510000)

1 引言

随着我国基础建设的不断发展，土地资源越来越紧缺，使得人们对地下空间的利用需求越来越高。由此带来的是深基坑的不断涌现，锚索作为深基坑支护施工方式之一，以其成本低，施工方便，人力要求低等优势进入岩土工程师的视野。但基坑仅仅是临时结构，锚索的作用在基坑回填后基本失去效应［1］。近几年，人们对地下空间产权的高度重视及对周边地下空间环境的保护，大部分城市要求设计锚索的长度必须在规定的红线以内，使得锚索的长度和承载力受到了限制，因此，进行锚索、锚杆的可回收利用，减少城市地下建筑垃圾、降低后续开发的障碍以更好利用地下空间是必然趋势。20 世纪60年代以来，全球涌现出很多可回收锚索工艺，包括SBMA(Single bore multiple anchors)可回收式锚索、KTB荷载分散型可回收锚索、“U”形回收式锚杆［2］等等，但因其地层适应性差、回收设备操作不便、锚杆回收率较低以及缺乏与其配套的相关机具等原因，在现实中应用不是特别广泛。本文通过介绍一种新型施工工艺简单、高承载力、具有良好的地层适应性的可回收锚索(杆)——压力分散型热熔式可回收锚索在现实工程中的成功应用，介绍其工作机理、结构构造、施工工艺等，使得此项施工工艺能够得到推广。

2 压力分散型锚索的锚固机理

常用的压力分散型锚索主要由锚头、无粘结预应力钢绞线、承载体和锚固段注浆体四部分组成(如图1 所示)。当锚索受拉时，锚索的拉力通过无粘结预应力钢绞线传至不同位置的承载体上，每个承载体上钢绞线承受锚索拉力的1/n(n 为锚索承载体个数)，而承载体所受的拉力以压力形式传递给锚固体，这就使锚索锚固体轴力及锚固体与孔壁岩土体界面粘结应力峰值降到较低程度并分散作用在整个锚固段长度上，显著改善了锚固体与孔壁岩土体粘结应力分布状态，从而可以充分调用岩土体的粘结强度及锚索单位长度上的承载能力，大大提高了锚索的承载能力［3］。另一方面，锚固段注浆体由于受压侧向膨胀而处于三向压应力状态，使注浆体与孔壁岩土体界面摩擦力增大，改善了锚固体的受力性能。承载体的数量、位置和间距可根据承载岩土体的地质情况而定，以便从不同位置充分调动锚固区岩土体的承载能力，使岩土体提供较大的锚固力。因此，在同等岩土体及施工工艺条件下，压力分散型锚索能提供比传统拉力型锚索及压力集中型锚索更高的承载能力。

图1 压力分散型锚索结构图

3 工程概况

(1)位置

本工程项目位于苏州市吴中区郭新东路北、尹山湖东路西侧地块，邻近苏州轨道交通2 号延伸线尹山湖中路站。

基坑东侧为尹山湖东路，拟建结构外墙线距离用地红线5.70 m，且红线外路下埋设有污水管、电信、天然气、雨水管、路灯等管线。

基坑南侧东南角段现为空地。该空地为本拟建工程与苏州轨道交通2 号线延伸尹山湖中路站站台出入口相通区。拟建结构外墙线距离东南用地红线约5.60 m，距离东南侧在建尹山湖中路站约64.1 m。

基坑西侧为听湖路，拟建结构外墙线距离用地红线约5.20 m～5.30 m，距离人行道约8.20 m，路下埋设有雨水管、路灯等管线。

基坑北侧为和谐路，拟建结构外墙线距离北侧用地红线约5.00 m。红线外为人行道，路下埋设有污水管、雨水管路灯等管线。

(2)拟建物情况

拟建工程由11 幢22F～32F 高层住宅楼(1#～11#)、1 幢16F 公寓式酒店、1 幢2F～3F 集中商业及1 幢2F 会所组成。其中1#～5#楼位于拟建场地的南侧，其南侧附有2F 沿街商业，拟建项目西侧及南侧设1 层地下室;拟建项目东北侧设2 层地下室。

本工程设计± 0.000 相当于85 国家高程基准+3.600 m，地下1 层区底板板面标高为－6.00 m，板厚450 mm，承台厚1 000 mm;住宅楼底板板面标高为－6.00 m，筏板厚1 200 mm～1 700 mm;地下2 层区域底板板面标高为－10.000 m，板厚550 mm，承台厚950 mm;公寓式酒店底板板面标高－10.00 m，筏板厚2 000 mm，垫层100 mm。本工程场地较为平坦，设计统一取场地自然地面标高为+3.000 m(相对标高为－0.600 m)，地下1 层区基坑坑底标高为－7.100 m，基坑挖深按6.50 m考虑。地下2 层区基坑坑底标高为－11.050 m，基坑挖深按10.45 m考虑。

(3)方案选型

根据工程地质情况，基坑工程除南侧临近苏州轨道交通2 号延伸线尹山湖中路站及拟建盾构区间基坑侧壁变形除应满足一级基坑要求外，还应满足地铁的相关规定与要求;地下2 层区域基坑侧壁安全等级定为一级，其余定义均定为二级。

在开挖过程中，既要保证基坑侧壁本身的安全，还要保护对基坑周边轨道交通等的安全，地下1 层基坑近地铁侧采用前密后疏双排桩的围护体;地下1 层基坑远地铁侧采用钻孔灌注桩+局部加固墩的围护体。地下2 层基坑近地铁侧采用前密后密双排桩+双排三轴止水帷幕的围护体;地下2 层基坑远地铁侧采用前密后疏双排桩+三轴止水帷幕，局部加钢斜撑、加筋水泥土桩锚的围护体。地下2 层与地下1 层交接处，采用土钉墙的围护形式。地下2 层基坑坑内采用管井疏干降水+明沟集水井的排水方式;地下1 层基坑坑内采用明沟集水井的排水方式;地下1 层坑中坑等落深区备用轻型井点。如图2 所示:

图2 基坑总平面布置图

本文主要描写扩散型可回收锚索。下面主要介绍基坑北侧锚索方案。

4 基坑东北侧方案

基坑北侧采用双排桩+扩大头锚索方案，坑顶先进行1.5 m的放坡，对坑顶进行卸载，坡比为1∶1.2;排桩采用桩径φ 1 000 mm的钻孔灌注桩，前排桩桩间距1.2 m，后排桩桩间距为2.4 m;前后排桩间距为3.2 m，在前后排桩中间采用850 mm的三轴搅拌桩间距600 mm作为止水帷幕。在放坡底下2.5 m设置第一道锚索，再往下3.0 m处设置第二道锚索。如图3、表1 所示:

图3 基坑支护剖面图

基坑支护剖面参数统计表表1

5 压力分散型热熔式可回收锚索施工控制

(1)施工准备

对高压泵吸清水装置进行设备测试，使压力从1MPa 逐渐加大到一定等级，观察射流流束是否合格，合格条件如下:从低压起，射流流束呈圆柱状，表面光滑平整。射流流束垂直于钻杆，不偏不斜。压力从小到大所达到的射程必须越来越远，比较明显。

(2)锚索制作

按照JG161－2004 标准制作锚索，选取相应规格的无粘结钢绞线并根据设计长度进行截取，然后将锚板等部件先套至钢绞线，接着安装热熔式可拆芯锚具，以夹片与锚具齐平为准，逐个进行组装锚板、紧固螺栓，安装完成后检测杆体的整体通电情况。

(3)锚索注浆

钻机就位好后将钻头对准孔位轴线、在规定的设计孔位偏差内按设计要求调整好角度进行钻孔，并按设计要求调准好角度。自由段的引孔采用压力水引孔，钻进时一边引孔，一边将杆体带进［4］。引进速度根据土层的硬度适时调整，使锚杆整体匀速前进。引至锚固段时，改用水泥浆压力引孔并钻进到位，锚固段引孔速度比自由段慢，控制速度5 cm/min～10 cm/min。当钻杆钻至锚杆设计孔底时，退出钻杆，退出时，在锚固段采用无压力补浆。

(4)锚索张拉与锁定

锚索施工完毕后、锚索及围檩达到80%强度进行张拉和锁定，锚杆台座的承压面应完整，锚索张拉前应对张拉设备进行标定。张拉应有序进行，张拉顺序应考虑邻近锚杆的相互影响，采用间隔式张拉，锚索正式张拉前，应取抗拔力设计值的0.1 倍～0.2 倍对锚杆预张拉1 次～2 次，使杆体完全平直，各部位接触紧密，锚杆张拉、锁定值应满足设计要求。［2］张拉锁定时，前面几根先使用应力计测试锁定后锚杆的应力损失，然后按照应力损失的百分比提高锁定值，所有锚杆锁定时其钢绞线伸长量须大于锁定值下钢绞线弹性变形量，如发现不满足要求，则再次张拉锁定。锚杆张拉锁定完成后，通过锚具上预留孔及注浆管再次进行双液注浆，防止孔口出现因张拉而产生的渗漏。

(5)锚索回收

压力分散型热熔式可回收锚索的回收比较便捷，工人将通过外置导线36V 低压电源通电，锚头上的电加热环使衬套熔化后给钢绞线解除束缚，使用小型自动回收机夹住锚索钢绞线的一端将钢绞线拉出。