钻孔灌注桩和预应力锚杆组合在基坑支护中的应用研究

赵晓晓

摘  要：钻孔灌注桩与预应力锚杆组合是经过钻孔灌注桩与预应力锚杆、桩顶冠梁生成围护结构，其支护体系经过总体刚度避免基坑变形。通过钻孔灌注桩挡土，预应力锚杆把支护结构承载的力传导稳定地层，锚杆施加张拉应力有助于锚固体和土体摩擦力、拉杆和锚固体的握裹力与锚杆强度共同作用，保证锚固体稳定。鉴于此，作者结合实践研究，对钻孔灌注桩与预应力锚杆组合在基坑支护的运用展开分析。

关键词：钻孔灌注桩;预应力锚杆;基坑支护;应用方法

中图分类号：TU753        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）08-0160-02

Abstract： The combination of bored cast-in-place pile and prestressed anchor rod is through bored cast-in-place pile， prestressed anchor rod and pile top crown beam to form the enclosure structure， and its supporting system avoids the deformation of foundation pit through the overall stiffness. Through the bored cast-in-place pile to block the soil， the prestressed bolt transmits the force carried by the supporting structure to stabilize the strata. the tensile stress applied by the anchor rod is helpful to the friction force between the anchor body and the soil， the holding force of the tension rod and the anchor body and the strength of the anchor rod， to make sure the anchor is stable. In view of this， the author combines the practice research， carries on the analysis to the bored pile and the prestressed anchor rod combination in the foundation pit support application.

Keywords： bored pile; prestressed anchor rod; foundation pit support; application method

1 钻孔灌注桩施工与预应力锚杆施工概述

1.1 钻孔灌注桩施工

旋挖钻机：主要用于中等密实以上的砂土层中的钻孔施工。冲击钻机：主要用于地质坚硬，有岩层分布地层的钻孔施工。回转式钻机：适用于粘土、砂土层中钻孔施工。作业平台平整牢固，以免钻机不均匀沉陷。桥墩位于河中时，尽量采用围堰筑岛方式修筑工作平台，为水中桩创造陆地条件。泥浆池：泥浆池容量必须保证钻孔水头高度，并能容纳灌注混凝土时的桩孔排出的泥浆量。项目部测量人员放好桩位中心点后，報测量监理工程师验收，合格后埋置护筒，埋设完毕，经项目部技术人员、监理复核后钻机就位开钻。护筒顶宜高于地面0.3m或水面1-2m，埋置深度在旱地或筑岛处宜为2-4m。护筒底和外侧用黏土回填夯实，使护筒外侧不漏泥浆。桩位定点时，每个桩位至少4点护桩。护筒中心线与桩位中心线的允许偏差不大于20mm，护筒应垂直。桩位中心偏差不得大于5cm。将粘土倒入泥浆池，注水，用挖掘机进行搅拌，然后用泥浆泵将泥浆从泥浆池一端抽至另一端，过程中掺入适量火碱、膨润土（能保证泥浆三大指标的前提下可以不加），直至泥浆均匀。冲击钻使用管形钻头钻孔时，入孔泥浆比重可为1.1～1.3;冲击钻使用实心钻头钻孔时，孔底泥浆比重不宜大于：黏土、粉土1.3;大漂石、卵石层1.4;岩石1.2;旋挖钻钻孔时入孔泥浆比重可为1.05～1.15。

1.2 预应力锚固

预应力锚索施工质量的控制以单元工程为基础、以工序质量控制为重点，进行全过程跟踪监督，本道工序验收不合格，决不进行下一道工序的施工。首先，在现场施工部位标明预应力锚索开孔位置，根据规范要求孔位偏差不得大于250px。搭建钻机平台要求稳固牢靠，钻机倾角及方位角要进行严格校验，当孔位受建筑物或地形条件限制无法施工时，征得设计同意后确定控制。其次，预应力锚索制作。预应力锚索索体在专用的施工场地进行编制。每根钢绞线下料长度应根据实测孔深、锚墩厚度、垫板、工作锚板、限位锚板、千斤顶等沿孔轴线方向的总和再预留一定长度确定。沿预应力锚索长度方向均安设隔离架，隔离架间距不大于2m，相邻两隔离架之间安设束线环（绑扎丝）对预应力锚索。最后，注浆。预应力锚索注浆是为了形成锚固段和为预应力锚索提供防腐蚀保护层。另外，一定压力的注浆可以使注浆体渗入地层的裂隙和缝隙中，从而起到固结地层、提高地层承载力的作用。注浆是预应力锚索施工的关键工序之一，其效果的好坏将直接影响到预应力锚索的锚固性能和永久性。当注浆强度达到设计强度80%以后开始张拉预应力锚索。张拉设备要求配套使用，并通过有关认证机构的标定，绘制压力表读数～张拉力关系曲线，以正式文件提交给监理工程师。经拆卸、检修或经受强烈撞击的压力。预应力锚索张拉采用单根预紧后再分级整体张拉的施工方法。为确保钢绞线理顺并受力均匀，张拉前应按设计荷载的10%进行单根钢绞线预紧。

2 深基坑支护

伴随着城市化进程的加快，高层建筑数量越来越多，深基坑开挖时能够提供边坡放坡的区域越来越小，进而很多企业通过支护确保施工顺利进行。自护结构分为：高压喷射、深层搅拌生成的水泥土墙。该支护形式适合应用在开挖深度在6m以下的区域，无较大施工噪音且具有防渗性，提升人工降水效果。钢筋支护桩也是一种常见的支护形式，架设锚杆条件下适合应用在一定深度的基坑护坡。拱圈式墙体结构是通过拱式结构科学受力，适合应用到开挖深度在10m左右的环境。沉井结构与地下连续墙具有较大刚度，无较大影响且土层环境适应性强，适合应用到不同深度的基坑开挖，也可以用于主体结构。土钉墙、纤维织物袋土迭累形式。支护结构使用还需结合基坑开挖深度、土层环境、水文地质综合分析。水平土压力作为支护结构重要承载，土压力确定仍然延续土压力理论。不过，这种测量方法与实际测量存在偏差，主动土压力与被动土压力都与遮挡物有着密切联系，其大小对土工实验数值也具有敏感性。所以，想要精准确定支护结构土压力具有重要作用。

3 问题成因分析与处理方法

3.1 问题成因

建筑施工时存在较多不确定因素，通过综合分析得出影响工程质量主要成因为：第一，混凝土浇筑导管深度缺乏控制。第二，混凝土浇筑桩身孔壁坍塌;第三，锚杆隔离保护方案不够精细化，锚杆没有选择二次注浆工艺技术。

3.2 处理方法

方法一：钻孔灌注桩混凝土灌输时，导管位置深度是重要环节。埋设过浅容易导致泥水流入导管，产生脱提漏现象降低桩身效果;反之，过深使得灌注混凝土流动性变差，增加混凝土和导管摩擦性，导管提高过程中导致断桩。混凝土灌输施工准备阶段标记警戒线。浇灌阶段，管道不断提起、拆卸，结合温度环境滨化调整混凝土初凝现象。方法二：结合项目岩土地质勘查检测结果对土质稀松地区或成孔后降低转速，提升泥浆比重。桩位成孔后准备混凝土浇筑，确保桩身的混凝土等待灌注时间在3h以内。方法三：优化传统锚杆自由段涂抹防锈土层，外包二层塑料薄膜，锚杆自由段涂抹防腐材料，外套预应力专用套管技术。方法四：二次注浆和一次注浆间隔10h左右，伴随着注浆的持续展开不断提升灌浆压力，让浆液深入到土层中。

4 案例分析

以某工程为例，该工程建筑楼层16层，一层为地下室，基坑地面标高约87～95m，基坑面积为2900m2，周长为170m，底面高程81m，基坑开挖深度在5～12m之间。基坑支护区域南端与东端呈“L”形。

4.1 水文地质环境

工程现场地层土质为人工填土、残积砂质粘性土、中风化花岗岩。其中，砂质粘性土多为松散土，层顶深埋为96～101m，层厚4.5～8.0m。全风化花岗岩为土柱状，层顶深埋为89～95m，厚度为10～17m。强风化花岗岩为半岩半土桩，层顶深埋75～85m，厚度为16～30m。中风化花岗岩多为块状，层顶埋深约47～65m，层厚1.5～5.6m。施工区域中地下水上层赋存残破坡积砂层内，全风化花岗岩属于强透水层，下端强风化基岩透水性为中等。地下水动态受温度环境与降雨影响，排泄状态不好。钻孔地下稳定水位埋深标高约1.2～19.4m，动态稳定。

4.2 基坑边坡支护

第一，工艺方法比较。地下连续墙刚度大、止水效果良好，适合应用在复杂的环境下。不过造价较高，施工设备要求严格。土钉墙施工简单、工期短、节约成本投入。不过，要求围岩土质良好，土钉支护只稳定局部土体，抗滑力受到限制。灌注桩与预应力锚杆组合影响小、桩施工没有震动、噪音等、强身强度大、支护稳定、变形小。预应力锚桿，锚固力、抗滑力较强，两者结合有助于提高锚固体系稳定性，且经济投入少。因此，该工程结合地质环境状态、经济效益分析，决定采用钻孔灌注桩与锚杆支护结构形式。第二，钻孔灌注桩和锚杆支护经过围梁生成二元挡土维护结构，借助总体强度控制基坑变形。经过钻孔灌注桩挡土，再利用预应力锚杆把支护结构承载力传到稳定地层。锚杆施加张拉应力有助于锚固体和土地体摩擦力、拉杆和锚固体握裹力共同作用，保证锚固体系稳定。第三，基坑边坡支护设计。结合工程地质条件将基坑四周分为A～D不同区域计算，全部选择钻孔灌注桩与锚索支护、钻孔灌注桩顺着基坑边线设置，选择钻挖法跳钻施工。锚杆施工中，孔径150，倾角20°，3根钢绞线，注水泥浆。首排锚索长20m，自由段5m、锚固段15m处于桩项冠梁位置。CD区设置一道腰梁，腰梁和锚索连接。桩间墙挂网喷砼。桩顶放坡一级，坡高9～15m，坡度为65°。选择锚杆挂网喷砼支护。

4.3 工艺技术需求

第一，施工流程。施工准备→放线定位→护筒埋设→桩机准备→施工、护壁→吊放钢筋笼→灌注水下混凝土→成桩。第二，工艺技术要求。选择全站仪监测放线定出钻孔灌注桩桩位与各排锚孔轴线、孔位。施工准备阶段进行工艺试验，做好混凝土配比、外掺剂配方、钻机转速、张拉参数控制。施工过程中，施工钻孔灌注桩，当灌注桩强度符合要求后分段分级开挖，准备锚索施工。锚索施工准备阶段，对各孔位进行标注，孔位偏差保持在50mm以内。锚索施工倾角偏差在±2°内。注浆孔周围面层混凝土需达到抵抗注浆压力扩散效果。此外，注浆过程中注意避免压力较大给四周环境带来影响。基坑边坡设计10个沉降、位移观测点，基坑外2～5m顺着周围设置地下水观测点6眼，定期观察。同时，工作人员掌握好边坡沉降与位置量、地下水变化，引导基坑支护与开挖。

5 结束语

综合分析，第一，项目交工后，检测结果显示，支护结构水平位移与沉降全部达到标准要求，较为稳定安全。第二，钻孔灌注桩与锚杆融合有助于提升基坑安全性、稳定性、施工简单、支护到位、施工时间段，值得在今后基坑支护中推广应用。

参考文献：

[1]姜志.桥梁水下钻孔灌注桩施工技术应用研究[J].交通世界，2018（34）：120-121.