可回收承压型囊式扩体锚杆在苏南地区的推广应用

顾建亚 牛文忠

随着我国国民经济的快速发展,建筑业突飞猛进,城镇化上升为国家战略，地下空间的开发利用向纵深、大跨方向发展,其埋深已由单层普遍到二、三层，甚至更多层，为了保证地下空间本身的施工安全以及周边环境安全，常规的支护施工手段已难以满足要求，需要有更经济、更有竞争力、更方便快捷的技术手段来支撑。与此同时，为了保证地下空间的有序、长远、合理开发利用，各地政府相继出台文件,禁止地下空间支护体系超越用地红线，如《无锡市深基坑工程管理规定》锡政办规定。

可回收承压型囊式扩体锚杆作为一种新型的深基坑支护技术，具有工程造价低,如与不回收锚索相比，造价降低约10%～20%，与支内撑相比，造价可降低30%～50%；工期短，土方开挖方便；节能、环保、与可持续发展国家战略实施相协调；锚杆实现回收，清除地下障碍，重复利用，节约资源，保护环境等众多优势，在各地地下空间的开发应用中取得良好的经济和社会效益。现结合全国各地使用情况，尝试在苏南及无锡地区地下空间开发中的推广应用。

1.可回收承压型囊式扩体锚杆应用领域

1.1 可回收承压型囊式扩体锚杆新技术应用领域

岩土锚固技术在高层建筑、地下空间、轨道交通、桥隧工程、城市地下交通枢纽、港口码头、水库高坝、边坡工程、矿山建设、国防工程等领域有着广泛的应用。工程界正面对大量隧道、地下洞室、井巷支护、边坡稳定、深基坑、结构抗浮、高压输水管道等规模宏大、技术难度与风险程度较高的岩土工程稳定问题。承压型囊式扩体锚固技术（中国京冶CJY-KT 锚杆成套新技术）是确保上述工程建设安全、经济、高效与环保的最佳途径之一。

1.2 可回收承压型囊式扩体锚杆承载的力学机制

新型扩体锚杆与传统锚杆的锚固段形态存在显著区别，传统锚杆依靠锚固段与周围土体的粘结力和摩擦效应来传递荷载[1]，锚固力大小取决于有效锚固段的长度，而压力型囊式扩体锚杆则依靠扩大头的端压，及锚固段与周围土体的粘结力、摩擦力承载，锚固力大小与扩大头的端头承载面积关系很大，扩体锚固段长度只要能满足对土体有效挤密的要求，其长度可以大大减短。

图1 可回收承压型囊式扩体锚杆与传统锚杆承载

1.3 可回收承压型囊式扩体锚杆理论研究

（1）竖向扩体锚杆长度与直径对锚杆承载力的影响（见图2-3）。

（2）承压型囊式扩体锚杆承载力的确定

行业标准《高压喷射扩大头锚杆技术规程》JGJ/T282-2012

图2 Q-S 试验曲线

图3 Q-S 试验曲线

对于竖直扩体锚杆：

对于水平或倾斜扩体锚杆：

1.4 可回收承压型囊式扩体锚杆施工技术措施

1.4.1 可回收承压型囊式扩体锚杆的主要施工方法

机械扩孔方法：中国京冶开发的机械扩孔锚杆施工方法；旋喷扩孔方法：欧洲20 世纪80 年代投入的工程的旋喷扩孔锚杆施工方法，中国京冶开发的钻喷注一体化扩孔锚杆施工方法；胀压扩孔方法：中国京冶开发可控囊式膨胀挤压土体装置。

1.4.2 可回收承压型囊式扩体锚杆施工工艺步骤

（1）根据锚杆设计角度与长度，采用钻喷注一体化扩体锚杆施工方法，形成非锚固段开孔和扩体锚固段旋喷扩孔，使水泥浆充满锚孔。或采用带有螺旋叶片的旋喷管机具（或机械扩孔机具）进行非锚固段钻孔和扩体锚固段旋喷扩孔，使水泥浆充满锚孔。

（2）将可回收承压型囊式扩体锚杆制成品导入锚孔中的设计位置。

（3）根据设计压力与注浆量，压灌水泥浆或水泥砂浆，使囊体膨胀成设计形态与大小。锚杆扩体锚固段通过压力注浆向外均匀挤扩，增加扩体锚固段围压，确保索体置中；囊式扩体锚固段对周边土体产生挤胀作用，可以提高锚杆拉拔力，同时减少变形量；囊内压灌高标号水泥浆，其结石体强度大于45MPa，给锚固端头承压提供了足够的强度。

（4）根据设计要求，还可以采用扩体锚固段前部压浆工艺。

图4 折叠的与膨胀挤扩后的扩体锚固段结构图

2.工程实例实践

2.1 工程概况

（1）绿地集团无锡置业有限公司太湖大道东望景苑商务广场基坑工程位于无锡市锡山区太湖大道以南、华夏南路以东、东亭路以西，由6 栋21～27 层高层办公楼（附带3 层商业裙房）以及2 层满布大地库组成。

（2）基坑周边环境条件：北侧道路红线距离地下室外墙约28.4m～32m；南侧道路红线距离地下室外墙约13.5m；西侧道路红线距离地下室外墙约7.8m，路面下1.5m 左右靠近基坑侧人行道分布有雨、污水及电力、通讯管线；东侧道路红线距离地下室外墙约13.5m，路面下1.5m 左右靠近基坑侧人行道分布有雨、污水及电力、通讯管线。

（3）建筑物地下室±0.00=4.9m（1985 国家高程），场地整平标高-1.7m（相对），地下室底板底标高-10.6m～11.6m（相对），基坑开挖深度：8.90m～9.90m，支护周长约1311m。

（4）基坑侧壁安全等级：二级，有效支护时限：一年，设计地面超载：20KPa。

2.2 场地地质条件

根据无锡民用建筑院提供的岩土工程勘察报告，基坑开挖影响范围内工程地质及水文地质条件分布如下：

2.2.1 场地工程地质条件

表1 土层情况

2.2.2 场地水文地质条件

拟建场地主要含水层分别为（1）填土中的潜水、（4-1）层粉土夹粉质粘土中的浅部微承压水。

（1）填土中的潜水中地下水主要靠大气降水及地表径流补给，本场地3～5 年最高地下水位为2.70m。

（2）(4-1)层粉土夹粉质粘土中的浅部微承压水稳定水位（水头）标高(黄海标高) 1.25～1.41m，平均1.35m，透水性中等，富水性中等。

2.3 基坑支护方案

根据场地地质条件、基坑开挖深度和周边环境情况，基坑支护方案采用二级放坡土钉喷射混凝土护面+三轴搅拌止水桩支护，东、侧采用灌注桩排桩+可回收承压型囊式扩体锚杆+三轴搅拌止水桩支护，地下水采用坑内明排+管井降疏水措施。典型的可回收承压型囊式扩体锚杆支护剖面如图5。

2.4 可回收承压型囊式扩体锚杆试验

由于可回收承压型囊式扩体锚杆在苏南及无锡地区是一种新型基坑支护技术，无成熟的施工经验方法，正式施工之前选择了4 处（其中1 处为备用）具有代表性的地段进行试验，确定合理有效的施工工艺参数（锚杆承载力标准值、成孔工艺措施、扩孔参数、注浆参数及张拉锁定参数等），作为工程锚杆施工参考依据。

2.5 可回收承压型囊式扩体锚杆施工质量控制措施

（1）成孔质量控制，由于可回收承压型囊式扩体锚头需送至孔内指定深度，为了保证成孔孔径尺寸和孔壁的稳定性，钻成孔时采用套管跟进护壁成孔方法，确保锚杆扩体到达指定位置。

图5

（2）锚杆扩体位置扩孔控制措施，扩体时可以采用清水或水泥浆（建议最好采用水泥浆，不但护壁而且可以加固扩体段土体），压力以18～20MPa 为宜，扩体速度25cm/min左右，扩体段长度需同扩体锚杆相对应，防止超扩影响承载力。

（3）地面沉降控制措施，锚杆扩体成孔及旋喷扩孔过程中因应力释放、对原始地层的扰动及水、土的流失，不可避免产生地面沉降，为防止对周边建筑、道路及管线产生次生危害，施工时采取间隔成孔、变角度成孔，带浆成孔、超前注浆加固地表土体等技术措施，取得良好效果。

（4）承压水的控制措施，当囊体扩体位于粉土、粉砂等承压水土层时，因其体积有限，孔内虽经过补浆处理，但承压水头大于孔内水体压力，致使孔内水泥浆流失达不到止水效果，孔内产生水土流失情况，易产生承压水沿锚杆孔管涌，为防止次生灾害和锚拉力下降，需采取优化水泥浆配比、添加减水剂（水玻璃、木质素等）、设置止浆塞等技术措施。

（5）锚杆（索）回收措施，锚杆扩体施工完成施加预应力前后，需对锚头及外露锚杆（索）采取防锈、防损保护措施，避免锚头、锚杆（索）受损影响回收效果，回收时应间隔进行并加强周边环境监测，实行动态信息化施工，防止产生次生破坏。

2.6 可回收承压型囊式扩体锚杆监测成果

第三方监测单位对基坑变形监测工程，历时7 个多月，工期较长，综合分析边坡变形、道路与管线沉降监测成果及道路与管线点的累计沉降量-时间曲线图（见图6-7）可知：基坑周边道路与管线沉降值较小，对周边道路管线影响较小。基坑南侧及西南个别监测点因暴雨雨水管破裂造成地表填土浸水沉降较大，后经注浆加固处理消除隐患，未对基坑整体稳定性造成影响。

图6

图7

3.结论

（1）与传统的土层锚杆比，新型可回收承压型囊式扩体锚杆克服了各地政府关于支护体系禁出红线难题，减少了地下空间的施工难度，提高土方开挖和地下结构施工便利性，节约了工程造价，缩短了施工工期。

（2）扩体锚杆的适用地层广，包括：粘土、粉土、黄土、沙土、砂砾土、残积土和强风化岩层，(标贯击数N ≤60)。

（3）扩体锚杆的施工管理简单，承载力能够提高2到3倍,防腐效果好，耐久性突出；施工质量可控可靠，施工速度快，生产效率高，能使工期缩短1/5 左右；扩体锚杆成套专利新技术可以减少10%～20%的工程钢材用量，系统锚固工程综合造价可以降低10%～20%。

（4）扩体锚杆施工出土量少，无渣土外运，材料回收,实现了节能减排和环境保护，节省土地资源、人力资源、建筑材料。

（5）针对承压型囊式扩体锚杆的显著特点，结合其在兄弟省份实践的成功经验，作为地下空间抗拔锚杆加以推广使用。