加筋水泥土桩锚支护施工技术在工程中的应用

李 贞，赵祉淇，梁汇溪



加筋水泥土桩锚支护施工技术在工程中的应用

李 贞1，赵祉淇2，梁汇溪1

（1.沈阳大学建筑工程学院，辽宁沈阳 110044；2.盘锦市高级中学，辽宁盘锦 124000）

研究了加筋水泥土桩锚支护技术在深基坑工程中的应用，结合案例中特殊的软土地基条件，论述了加筋水泥土桩锚支护结构的概况、工艺及设计，以实现经济效益和社会效益双收获，并逐步向北方沿海城市推广。

加筋水泥土桩锚支护；深基坑工程；软土地基；支护结构

随着国家新型城镇化规划的颁布，我国大中型城市的发展步伐进一步加快，作为国家经济发展排头兵的东南沿海城市必须要克服淤泥质土、土岩结合[1]等复杂的地质缺陷，加大城市发展力度。与此同时，我国沿海发达城市还面临着城市区域中心建筑用地紧张的情况。由于受困于目前高昂的土地价格，一些建设工程就必须在狭小的空间或者挤密的建筑群中施工，加之近些年基坑工程安全事故的频发，因此，一项成熟的基坑工程支护技术的发展就变得迫在眉睫。

1 加筋水泥土桩锚支护技术的应用概况

加筋水泥土桩锚支护是由加筋水泥土桩体和锚体所构成的土体支护体系，适用于对变形要求严格的基坑工程中[2]。该技术是在水泥土搅拌桩支护技术基础上的发展和延伸，通过所加钢筋与水泥土的结合作用，利用水泥土桩和土体的摩擦作用，使钢筋与水泥土形成统一整体，进一步提高地层稳定能力，克服传统支护技术上的局限[2-3]。加筋水泥土桩锚支护是一种基坑支护和土体加固技术，可应用于砂土、粉土、粘性土、杂填土、淤泥质土、黄土等多种复杂的软土地基土层中。经过上百项工程的具体实践，已经形成了一套较为成熟的施工技术，其施工工艺和配套机械设备在近20年内已经取得了多项发明专利。2004年，中国工程建设标准化协会颁布了《加筋水泥土桩锚支护技术规程》（CECS 147—2004）[4]，进一步完善和推广该技术，并有效降低了工程造价、施工工期和事故发生率。同时，在我国标准规范修订的历史上，把专利技术纳入国家建设标准规范还属第一次。

加筋水泥土桩锚支护技术可用于建筑物的地基加固、边坡加固稳定、地下构筑物加固、支挡墙体工程、防止砂土液化、隔水帷幕和提高桩基础横向反力系数等。目前，该技术在珠江三角洲、长江三角洲地区的公路工程和建筑工程领域都有广泛应用。随着施工机械设备的创新开发、施工自动监控设备的采用，施工效率会进一步提高，加筋水泥土桩锚支护技术会更趋于完善，适用性将更为广泛。

2 加筋水泥土桩锚支护技术可行性分析

目前，较为常用的支护方法包括钢板桩支护、地下连续墙支护、排桩支护、土钉墙支护、内支撑和锚杆支护等，但是这些传统的支护方法或受制于基坑地质条件，或施工流程复杂，或无法完成变形要求，或对环境有一定污染。而加筋水泥土桩锚支护技术能够很好地克服以上传统方法的弊端。加筋水泥土桩锚支护技术的最显著特点是使原本复杂的钻掘成孔、注浆、搅拌、插入筋体等程序一次完成。同时，该技术还有施工噪音小、无污染、充分利用原土、对周围既有建筑物的地下管沟影响较小、节约钢材等特点。针对加筋水泥土桩锚支护的技术特点，从经济、施工要求以及环境3个方面对该技术进行可行性分析。

2.1 经济分析

加筋水泥土桩锚支护施工工艺简单，其钻孔、注浆、搅拌、插筋等程序可一次性完成，缩短了施工工期，简化了施工流程，同时也可减少施工人员用量。在深大基坑工程中，与传统的地下连续墙和土钉墙方法比较，会降低造价，就目前的深基坑工程实例来看，选用加筋水泥土桩锚支护的造价要比原有传统基坑支护低5%左右。

2.2 施工要求分析

在我国的沿海发达城市，超过100 m的超高层建筑随处可见，而其海相沉积的软弱地层更给施工带来很大难度和要求，像排桩支护就很大程度上受制于开挖深度和基坑土质。另外，城市中地下管线众多、交通网络复杂也会给深基坑工程带来困难。在建筑物密集的区域施工，传统的内支撑由于所需施工面积较大而无法施工；而在对变形有严格要求的基坑支护工程中，土钉墙支护很难满足要求。加筋水泥土桩锚支护则可以充分发挥其特点，克服地下管线众多、施工空间狭小、变形要求高的困难，完成基坑工程支护任务。

2.3 环境分析

在既有建筑物之间施工，除了要保证既有建筑物的基坑稳定和安全之外，还需要尽可能地降低对周围群众生活的影响，加筋水泥土桩锚支护是众多支护方法中施工噪音最小的方法。一些城市对于建筑环保指标的监控十分严格，在地下连续墙支护过程中产生的大量水泥浆需要迅速处理，而加筋水泥土桩锚支护是利用水泥作为固化剂，通过深层机械搅拌，将软土固化成有足够强度、稳定性和变形模量的水泥土，不排污，对于环境污染甚小。

3 技术原理及施工工艺

3.1 技术原理

(1)通过水泥土桩形成类支撑体系，常用的是斜向加筋水泥土锚体，用以承受水平土压力和上部荷载。

(2)利用水泥土作固化剂，在地基深处将软弱土固化成有足够强度、稳定性和变形模量的水泥土。

(3)水泥土和加筋体可紧密结合，利用桩与土体间的摩擦，可使土体与加筋体成为统一整体，并提高地基自稳能力。

(4)通常对所加筋体施加预应力，进一步控制土体的变形。

(5)高压旋喷水泥土桩体可改善软土的力学性能，进而提高土体内摩擦角、粘聚力等指标。

(6)较大直径且带有扩大头的桩体与土层接触面积加大，可提高土体抗剪强度，保证达到一定的锚固力(加筋水泥土桩锚示意图见图1)。

图1 加筋水泥土桩锚示意图

3.2 施工工艺

3.2.1 施工前期准备

(1)熟悉工程概况及周边环境，对工程难点及可能出现的问题进行讨论、分析，对相关资料（如勘察报告、设计图纸等）进行仔细研读。

(2)仔细核对工程设备的型号、种类及安全性。合理安排施工组织，大型基坑工程需进行钻孔成桩、张拉锁定试验。

3.2.2 钻机定位

(1)在开挖沟槽后，高压旋喷加筋水泥土桩施工前，工程技术人员需按照设计资料确定钻孔位置，并编号标记。

(2)钻机必须准确放置在指定位置，并保证绝对平稳、牢固。用检测设备检验钻孔开孔方向，要求开孔角度误差不超1°，开孔方向水平、竖直偏差均在0.05 m内。

(3)及时开挖排水明沟和泥浆池。

3.2.3 配置水泥浆

(1)配置所用的水泥通常选择42.5普通硅酸盐水泥，并根据实际情况确定是否加入外加剂。

(2)水泥浆要求搅拌均匀，且必须随拌随用；水泥初凝后不可继续使用。

(3)通常情况下，普通硅酸盐水泥用量在25%左右，水灰比约为0.85；工程有特殊软弱土质时，需进行浆液配比试验，以保证成桩质量。

3.2.4 钻进成孔

(1)加筋水泥土桩桩孔施工时，应采用专门的钻机来成孔；钻头为一次性钻头加搅拌叶片；钻杆为中空钻杆，通过中空钻杆的通道注浆，实现掘进、注浆同步进行。

(2)通常情况下，旋喷搅拌钻的钻进压力为15~20 MPa，钻进速度控制在40 cm/min左右，提升速度应控制在80 cm/min左右；为保证桩体达到质量要求，实际操作中可作适当调整。

(3)扩大头施工时，进退次数要比桩身施工时增多2次。钻进过程中，根据钻杆的根数保证桩长误差小于0.1 m，以钻进压力、钻进速度、转速控制的桩径误差小于0.05 m。

3.2.5 锚筋体制作、安装

(1)所选用的锚筋体必须达到相应的强度要求。制作过程中，必须严格按照相关规定执行。

(2)成孔完成后，缓慢抽出钻杆；钻杆拆装完成后，将锚筋体插入水泥土搅拌桩内。

(3)锚筋插入前应检查是否处于中心位置；插入过程不得过快，要保证筋体受力均匀、平衡。锚筋入孔深度应不小于筋体总长的95%，锚筋安装后不得受力。

3.2.6 预应力基座制作、安装

(1)选择合适的预应力基座。

(2)预应力基座必须保证稳定、牢固，以保证可以承受锚筋体张拉过程中传来的力。

3.2.7 锚筋张拉与锚固

(1)加筋水泥土桩达到一定强度要求后，才可对筋体施加应力并锚固。锚筋体张拉应按顺序进行，避免邻近筋体互相影响。

(2)严格按照国家规范选用机械设备。分级施加荷载，待变形稳定且符合标准后才可进行锚固。

4 工程实例分析

4.1 工程概述

该建筑场地位于天津市滨海新区，平面为标准矩形。基坑面积约1.7万m2，设计基坑周长约800 m，设计地下室3层，基坑开挖深度为12.8~14.0 m，基础桩采用钻孔桩。

4.2 工程地质条件

(1)基坑工程各土层特征如下：①层，杂填土；②层，素填土；③层，粘性土；④层，淤泥质土；⑤层，粘性土。

(2)水文地质条件：建筑场地地下水位为1.2 m。

(3)各土层的物理力学性质指标和参数（工程地质勘察报告提供）见表1。

表1 各土层物理力学指标

4.3 基坑周边环境及支护平面图

地下室外墙线与建筑场地用地红线距离只有2 m，红线外为市政道路，向东距离海河为100 m；同时需要注意的是，西侧坑边2 m处紧邻220 kV变压器及某大厦，道路下有各种需要重点保护的市政管线。基坑支护平面图见图2。

4.4 基坑支护选型及设计

该建筑场地属华北平原东部滨海平原地貌，地层中主要为淤泥质土与粘土，且地下水位较高。如采用土钉锚杆支护形式，很难保证周围建筑物的安全；如采用内撑方案，工期较长，造价高，支撑施工作业复杂，挖土不便。综合考虑，本工程基坑支护选用高压旋喷加筋水泥土桩锚基坑支护技术。采用止水帷幕水泥土连续墙，阻止基坑内外水力联系，护坡桩采用钻孔灌注桩，直径1 m，间距1.5 m。

图2 基坑支护平面布置图

设5道500 mm旋喷搅拌水泥土桩锚，每道桩锚长度分别为22、20、18、16、14 m，桩锚倾角均为15°，水泥浆水灰比为0.75。

抗拔承载力设计值根据公式：

得到的锚筋抗拔承载力设计值分别为1 874.1、1 874.9、1 925.4、1 506.5、1 414.6 kN。

加筋体截面面积根据公式：

A≥1.35N/f(2)

设定桩径分别为450、550、600、500、500 mm。

每隔5 m设一个扩大头，扩大头长1 m，内插215.2钢绞线。每排桩锚横向用双拼槽钢腰梁连接，腰梁为2根10号槽钢，每根桩锚末端1 m范围扩径至800 mm(工程支护设计剖面图见图3)。

图3 支护设计剖面图

设计完成后，对整体稳定安全系数和抗隆起稳定安全系数进行计算、验核。

(1)整体稳定安全系数

满足要求。

(2)抗隆起安全系数

满足要求。

4.5 基坑监测成果及效益分析

该基坑尺寸非常大，坑深12.0~13.5 m，在天津地区首次采用桩锚支护，意义重大，因此基坑监测十分重要[5]。该工程业主对于工程的水平位移和沉降监测十分重视，要求在保证符合规范的基础上，要尽可能地降低基坑变形。经过对该基础工程6月到次年3月的20次监测来看，最大水平位移为12.5 mm，最大沉降位移为7.5 mm，在满足规范要求的基础上，高质量地做到降低基坑变形。

相比较传统的基坑支护方案，加筋水泥土桩锚支护完成了缩短工期、降低工程造价的任务，支护结构工期缩短了43 d，节约工程造价560万元。

5 结束语

加筋水泥土桩锚基坑支护技术的不断成熟解决了我国东南发达地区淤泥质土土层支护困难、施工空间狭小、地基承载能力低的问题。通过在水泥土搅拌桩支护基础上的发展，融合更多技术，形成了成孔、注浆、搅拌、插筋等程序一次完成的新技术，极大程度上降低了基坑造价，并且可适用于粉土、粘土、淤泥质土等复杂的软弱地基土层。本文通过对天津某建筑场地深基坑支护工程概况的分析，着重对场地土层物理力学指标、周边环境的分析，选择更为合适的加筋水泥土桩锚支护技术进行设计、施工，且注重基坑位移变化监测。该技术在天津的发展，有利于北方沿海发达城市区域中心深基坑建设，并逐渐推广到全国各个地区复杂土层深基坑支护建设中。

[1] 冯虎, 刘涛, 徐春蕾, 等. 加筋水泥土桩锚在“土岩组合”深基坑支护中的应用[J]. 岩土工程学报, 2010, 32(2): 351-354.

[2] 徐至钧, 李宪奎, 李景. 深基坑支护新技术—加筋水泥土桩锚支护设计与工程应用[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2012.

[3] 周民, 黄磊. 加筋水泥土桩锚施工技术[J]. 建筑技术开发, 2014, 41(10): 13-16.

[4] CECS 147—2004. 加筋水泥土桩锚支护技术规程[S]. 北京: 中国计划出版社, 2004.

[5] 马海龙, 戈铮. 加筋水泥土桩锚支护的基坑监测分析[J]. 土木工程学报, 2010, 43(4): 105-112.

责任编校：孙林

Application of Reinforced Cement Soil Pile Anchor Support Construction Technology in Engineering

LI Zhen1, ZHAO Zhi-qi2, LIANG Hui-xi1

（1.College of Architecture and Civil Engineering, Shenyang University, Shenyang 1100442, China; 2.Panjin Senior High School, Panjin 124000, China）

In this paper, the application of reinforced cement soil pile anchor support technology in deep foundation pit engineering is studied.Combining with the special condition of soft soil foundation in the case，the general situation, technology and design of pile anchor supporting structure of reinforced cement soil pile are discussed.The technology ideally achieved economic benefits and social benefits，and launched gradually to the northern coastal cities.

reinforced cement soil pile anchor support; deep foundation pit engineering; soft soil foundation；supporting structure

10.15916/j.issn1674-3261.2017.02.007

TU472.3+4

A

1674-3261(2017)02-0100-04

2015-07-05

李贞(1992-)，男，辽宁大连人，硕士生。