压应力分散型扩大头锚杆合页夹式拆芯技术在深基坑施工中的应用

杜明祥 周建明 程良奎

1.苏州市能工基础工程有限责任公司 苏州 215011；2.冶金部建筑研究总院 北京 100088

1 工程概况

1.1 结构概况

长发商厦东侧辅房翻扩建工程深基坑位于苏州市临顿路东侧、大儒巷北侧、南显子巷南侧，工程总用地面积2 781 m2。项目总建筑面积10 459 m2，工程主体结构为长方形的框架结构，地上4层、地下2层，地下主体结构采用钻孔灌注桩桩基加承台底板的基础形式。

该基坑南北向长88 m，东西向长25 m，周长约236 m，面积约2 000 m2。基坑西侧紧靠长发商厦，为框架结构，地上6层，地下1层，其基础形式为筏板基础。基坑东侧为旧居民房，是1～2层的古建筑群，结构形式主要以木结构为主，属于政府控保性建筑。

本工程自然地坪相对标高为±0.00 m，相当于绝对高程3.80 m。基坑开挖深度根据地下室承台垫层底标高确定，承台垫层底标高为-9.95 m、-11.35 m，故开挖深度为9.95 m、11.35 m。

1.2 水文地质情况

据勘探揭露，场区自然地面下最大勘探深度60.30 m以内为第四纪沉积物，主要由饱和黏性土、粉土、粉砂组成，按其物理力学性质及工程特性的差异性，从上到下可分为12个工程地质层、6个亚层。

场地内对本工程建设有影响的地下水主要为孔隙潜水及微承压水。孔隙潜水初见水位埋深1.20～1.30 m，标高1.80～2.00 m；稳定水位埋深1.50～1.60 m，标高2.07～2.33 m，浅层地下水主要受地表径流、大气降水补给，以地面蒸发和侧向径流方式排泄。微承压水主要赋存于深部第⑤层粉砂中，富水性及透水性较好，主要呈侧向径流、越流补给及侧向径流排泄。承压水水位平均埋深3.40 m，平均标高0.40 m。

2 基坑围护方案

综合考虑工程地质、水文地质和周边建筑情况，确定基坑为一级基坑。本基坑工程虽然面积不大，但对基坑围护质量的要求非常高。项目处于闹市区，且紧靠基坑西侧的6层长发商厦在整个工程建设期间需要正常营业；基坑东侧是市政府控保古建筑群，有居民居住，古建筑距离工程地下室外墙最近处3.20 m；基坑南北两侧是市政道路，路宽仅7 m，因项目处于闹市区，故人、车流量较大。综上所述，本基坑工程开挖深度较大，施工场地较紧张，对基坑变形要求非常严格。根据基坑围护的经验和本工程的特点，本基坑拟采用钻孔灌注桩加混凝土内支撑或者SMW工法桩加预应力可拆芯锚杆方案。

采用第1套方案时，工程的安全性高，但工程造价较高，且工期很长、混凝土用量大，工程所处为闹市区、居民区，施工场地狭小，混凝土结构的施工受影响较大，且混凝土内支撑在拆除时会产生大量的噪声和粉尘，对环境影响非常大。

采用第2套方案时，每根预应力锚杆在锁定前须进行张拉检验，并且可以根据现场实时情况进行预应力的设置，因此基坑较安全、位移控制较好、工程造价较低。另一方面，预应力锚杆可以穿插在工法桩施工时进行，使基坑围护处于敞开式，故土方的开挖非常方便，不需要像混凝土内支撑结构一样采用长臂挖机掏土。再者，采用预应力锚杆结构时，主体结构的施工也不受外界影响，锚杆的拆芯回收完全不占用总工期，且拆芯时无噪声、无粉尘，其唯一的弊端就是对预应力锚杆的施工质量要求较高[1,2]。

综上分析，本工程基坑围护方案采用SMW工法桩加压应力分散型扩大头可拆芯锚杆的支护方案。SMW工法桩采用φ850 mm@1 200 mm三轴水泥土搅拌桩，桩长在22～24 m之间，内插700 mm×300 mm 的H型钢，型钢插入长度22～24 m，型钢间距1.20 m，集水井处和角撑与围檩交界处的型钢为密插。预应力锚杆角度为15°（25°），长度为18（22）m，水平间距3.60 m，扩大头长3 m，张拉值为400（450）kN，锁定值为250（300）kN，锚杆均内配6φ15.20 mm无黏结钢绞线（图1）。

图1 基坑围护剖面示意

3 压应力分散型扩大头锚杆施工控制

1）钻孔就位：钻孔定位偏差≤100 mm，并按设计要求调准好角度。

2）套管钻进：套管设计深度=锚杆设计长度-扩大头长度；实际套管钻进深度=（配置的套管根数-剩余的根数）×单根套管长度-套管外露长度。

3）扩孔：锚杆采用清水及水泥浆液扩孔工艺，施工喷嘴孔径为2.20 mm，扩孔压力30 MPa，喷嘴移动速度为15 cm/min，转速为10 r/min。将钻杆从套管中贯入直至喷嘴到达扩大头位置，高压喷射扩孔的水泥强度等级为P.O 42.5，水泥浆液的水灰比宜为1.20。

（1）高压水喷射扩孔：将高压泵接至清水池，开启高压泵至设计压力，开动扩大头锚杆钻机旋转并上下移动喷管进行高压喷射扩孔，上下往返扩孔2遍，扩孔时间40 min。水扩施工中应密切注意表压及转速，并控制在技术要求之内。

（2）高压喷射浆液扩孔：将高压泵接至水泥浆池，开动扩大头锚杆钻机旋转并上下移动喷管进行高压喷射注浆，扩孔1遍，扩孔时间20 min。浆扩施工中应密切注意表压及转速，并控制在技术要求之内[3]。

4）安放锚杆杆体：高压喷射注浆完毕后，立即取出钻杆，从套管中放入锚杆杆体至设计深度。注浆管应随杆体一同放入，锚杆杆体插入孔内的深度应不小于锚杆设计长度，注浆管到孔底的距离不大于300 mm。

5）拔出套管：杆体安放到位后立即拔出套管。

6）注浆：注浆材料采用P.O 42.5级水泥浆，水灰比0.60，内掺2%早强剂。注浆时每台设备配小型高压泵1台，注浆管采用内径19.05 mm的PE塑料管，注浆压力保持在1.20～2.00 MPa，当孔口溢出浆液时，即可停止注浆。

7）锚杆检测验收：按锚杆总量的5%进行验收，验收抗拔力为600 kN，验收锚杆的最大位移量为125.24 mm，符合设计要求。

4 基坑监测和锚杆的拆芯回收

根据基坑监测情况，基坑支护过程中的最大位移变形8.07 mm，对应的锚杆锚具处的位移为7.01 m，非常有效地控制了基坑的位移变形，达到预期控制支护体变形、保护邻近建筑物的目的。

在主体结构施工过程中，负1层楼板处传力带施工完毕并达到设计强度后，开始拆芯回收锚杆，在拆除过程中，负1层主体结构施工同步进行。

5 结语

压应力分散型扩大头合页夹式可拆芯锚杆具有承载力高、稳定性好、施工结束后不留障碍物等显著优点，与钢筋混凝土内支撑相比，其造价更低、工期更短、位移控制更好、环境影响更小。本工程通过使用压应力分散型扩大头合页夹式可拆芯锚杆，有效地控制了基坑的变形，将对环境的影响降到最低，保证了基坑邻近商场的正常运营和周边保护性建筑的安全。