預(yù)應(yīng)力錨索護壁樁在深基坑支護中的應(yīng)用

王 志 遠

(大同煤礦集團宏遠工程建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037003)

預(yù)應(yīng)力錨索護壁樁在深基坑支護中的應(yīng)用

王 志 遠

(大同煤礦集團宏遠工程建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037003)

針對施工場地狹小，擬建建筑物臨近公路或其他建筑物的工程項目，在深基坑施工中采用預(yù)應(yīng)力錨索護壁樁支護與不支護放坡開挖進行了對比分析，并對預(yù)應(yīng)力錨索護壁支護法的施工工藝及質(zhì)量控制作了簡述，實踐表明該支護方法取得了較高的社會效益和經(jīng)濟效益，值得推廣應(yīng)用。

深基坑，人工挖孔護壁樁，預(yù)應(yīng)力錨索，效益

我國近幾年城市發(fā)展迅速，地面建筑建設(shè)速度快，但部分城市內(nèi)舊有建筑物多，新建建筑物與舊有建筑、城市道路距離短、地下室成為新建建筑的“標(biāo)配”、舊有防空洞的處理等，這些因素使得“毗鄰而建”成為常態(tài)，為了盡可能使得舊有建筑得到保護，城市交通不受中斷，同時增加施工場地，護壁樁加預(yù)應(yīng)力錨索正越來越多的應(yīng)用于施工實踐。

1 工程背景

同煤集團老年大學(xué)教學(xué)樓工程是該種類型工程的典型案例，該工程坐落于同煤集團老年大學(xué)院內(nèi)，占地面積593.7 m2：建筑面積2 173.85 m2。地下1層，層高為4.2 m，地上3層、局部4層，建筑物總高度為18.95 m，建筑結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用柱下獨立基礎(chǔ)，墻體基礎(chǔ)為鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，本工程基礎(chǔ)下為濕陷性黃土層，為消除地基濕陷，將基底下3 m的粉土全部挖除、然后用3∶7灰土分層夯實回填，遇防空洞須局部挖除，基底下設(shè)100厚C15素混凝土墊層。本工程基礎(chǔ)為深基礎(chǔ)，坑底設(shè)計標(biāo)高為-8.8 m，遇有防空洞時，可達-10.8 m。擬新建建筑物北側(cè)為一處民房，影響不大；南側(cè)、東側(cè)緊鄰老年大學(xué)舊教學(xué)樓；西側(cè)為通往同煤總醫(yī)院的交通主干道。若按不支護、高寬比1∶0.75的坡度值放坡開挖，則擬新建建筑物基坑開挖后，南側(cè)、東側(cè)建筑物，西側(cè)公路均須拆除。為避免破壞舊有建筑物和道路，必須采取支護措施，而單獨使用預(yù)應(yīng)力錨桿或護壁樁均無法滿足施工要求，現(xiàn)決定采用人工挖孔護壁樁加預(yù)應(yīng)力錨索進行支護。護壁樁分布于東、南、西三面，護壁樁樁底標(biāo)高為-12.000 m，樁徑為800，間距1.6 m，共64根，樁身、冠梁混凝土強度等級為C30。錨索分為兩排，分別設(shè)置于-4.5 m～-6.5 m，每套錨索采用2×1086號鋼絞線，長度為15 m，錨孔孔徑為150 mm，傾角為10°～15°，第一排錨索錨固段長度為12.9 m，第二排錨索錨固段為13.6 m；索梁為2×18b槽鋼，注漿采用二次注漿法，水泥采用普硅42.5水泥，水灰比0.4～0.5。按支護方案開挖后，南側(cè)邊坡距舊建筑物為5.3 m，東側(cè)邊坡距舊建筑物為5.45 m，西側(cè)邊坡距公路為3.5 m。沒有破壞舊有建筑，也基本滿足施工場地需要。

2 預(yù)應(yīng)力錨索護壁樁支護法施工工藝及質(zhì)量控制

2.1 人工挖孔護壁樁加預(yù)應(yīng)力錨索支護法的工作原理

人工挖孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力錨索通過索梁來形成二元擋土圍護結(jié)構(gòu)，通過該支護體系的整體剛度來控制基坑變形。一方面可通過人工挖孔灌注樁進行擋土，另一方面，亦可通過預(yù)應(yīng)力錨索將支護結(jié)構(gòu)承受的力傳遞給穩(wěn)定地層，使錨固體系保持穩(wěn)定。

人工挖孔護壁樁加預(yù)應(yīng)力錨索支護示意圖見圖1。

2.2 具體做法

先進行人工挖孔灌注樁及冠梁的施工，待樁身混凝土養(yǎng)護7 d后開始基槽開挖，當(dāng)基槽開挖至第一道索梁設(shè)計深度時進行第一排錨索及索梁的施工，注漿養(yǎng)護7 d，且達設(shè)計強度70%以上后進行張拉，完成后開挖至第二道索梁設(shè)計深度，進行第二排錨索及索梁的施工。

2.3 工藝流程

人工挖孔灌注樁及冠梁施工→錨孔定位→鉆孔→插錨桿→第一次注漿→第二次注漿→索梁施工→張拉封錨→施工監(jiān)測。

2.4 人工挖孔灌注樁的工藝流程

土層可采用短鎬、鋤頭、鐵鍬類工具來挖掘，當(dāng)遇巖層或堅硬狀障礙物時改為風(fēng)鎬來掘進。棄土通過吊桶裝載，然后用人力絞架垂直提升到井口，井口四周1.5 m范圍內(nèi)不得有棄土。護壁鋼筋、模板安裝：護壁定型組合鋼模板組裝好，然后根據(jù)樁孔中心點校正模板的平面位置，以保證護壁厚度、樁孔尺寸和垂直度，按設(shè)計綁扎護壁鋼筋。然后澆筑護壁混凝土，護壁混凝土標(biāo)號C20，每節(jié)護壁高1 m，逐層取土逐層護壁。成孔垂直度偏差不大于0.5%，深度和持力層要達到設(shè)計要求。要保證人工挖孔灌注的樁徑幾何尺寸不小于設(shè)計值；樁位平面偏差小于5 cm；孔底沉渣厚度為零。鋼筋籠制作完成經(jīng)檢驗合格后，采用25 t汽吊直接放入樁孔內(nèi)。鋼筋籠安裝完畢驗收合格后，進行樁身混凝土灌注。本工程樁身混凝土標(biāo)號為C30，樁身混凝土采用商品混凝土一次性澆筑完成不得二次澆筑。樁身混凝土澆筑完畢后，制作、安裝冠梁鋼筋及澆筑冠梁混凝土。

2.5 錨孔定位

錨桿鉆機就位時應(yīng)準(zhǔn)確，底座應(yīng)墊平。鉆機就位后用量角器量立軸傾角，傾角為10°～15°，角度偏差不大于2°，高差不超過30 mm。當(dāng)錨索有可能碰到地下管線或隱蔽物時，錨孔傾角須作適當(dāng)調(diào)整。

2.6 鉆孔

錨索鉆孔不得擾動周圍土層。鉆孔前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求和地層條件，定出孔位并做好標(biāo)記。施鉆時，鉆頭要對準(zhǔn)錨桿孔孔位標(biāo)識下鉆，水平、垂直方向的孔距誤差不得大于100 mm。鉆頭直徑不應(yīng)小于鉆孔直徑3 mm。鉆孔軸線的偏斜率不應(yīng)大于錨桿長度的2%。初始時應(yīng)用小功率緩慢鉆進，鉆進約500 mm后，校正鉆孔方向，全功率鉆進。鉆孔深度通過在鉆桿上所作標(biāo)記控制，要求鉆孔深度不小于桿體設(shè)計長度，并不大于設(shè)計長度500 mm。向孔內(nèi)安放錨索前，應(yīng)將孔內(nèi)的巖粉和土屑等清理干凈。清孔：用一根聚乙烯管復(fù)核孔深，并以高壓風(fēng)吹孔，待孔內(nèi)巖粉和土屑等被吹干凈后，且孔深不少于錨索設(shè)計長度時，拔出聚乙烯管，塞好孔口。

2.7 錨桿加工制作

錨桿自由段涂黃油并套PVC套管，錨孔外留1.5 m張拉段，保證鋼絞束與注入的水泥凈漿體隔離，在拉力的作用下，錨桿自由段進行充分的彈性拉伸，將預(yù)應(yīng)力有效傳遞到錨固段。在錨桿制作中，錨桿錨固段設(shè)置定位架，定位架間距為1 m，外徑小于鉆孔直徑10 mm。錨索桿體的制作、存儲在施工現(xiàn)場的專門作業(yè)棚內(nèi)進行。在錨固段長度范圍內(nèi)，桿體上不得有可能影響與注漿體有效粘結(jié)和影響錨桿使用壽命的有害物質(zhì)，并應(yīng)確保滿足設(shè)計要求的注漿體厚度。加工完成的桿體在存儲、搬運、安放時，應(yīng)避免機械損傷、介質(zhì)侵蝕和污染。鋼絞線應(yīng)采用機械切斷，桿體制作時應(yīng)按要求進行防腐處理。鋼絞線錨索桿體的制作要求：應(yīng)清除油污、銹斑，嚴(yán)格按設(shè)計尺寸下料，每根鋼絞線的下料長度誤差不應(yīng)大于50 mm。應(yīng)平直排列，注漿管應(yīng)與桿體綁扎牢固，綁扎材料不宜采用鍍鋅材料。

2.8 安裝錨桿

安裝錨桿前，應(yīng)檢查桿體的加工質(zhì)量，確保滿足要求。安裝桿體時，應(yīng)防止扭壓和彎曲。插錨桿工人必須熟悉各個孔的孔向。桿體放入孔內(nèi)應(yīng)與鉆孔角度保持一致。插桿時，要緩慢、勻速，切忌擾動土體，造成塌孔。注漿管隨桿體同時放入孔內(nèi)。安放桿體時，不得損壞防腐層，不得影響正常的注漿作業(yè)。

2.9 注漿

注漿材料采用普硅42.5水泥配制的凈漿，水灰比0.4～0.5，并摻入適量的早強劑和微膨脹劑。注漿時，水泥凈漿自孔底向外灌注，隨著漿液的灌入，應(yīng)逐步把注漿管向外拔出直至孔口。拔管過程中應(yīng)保證管口始終埋在水泥凈漿內(nèi)。待孔口溢漿，即可停止注漿。注漿管的出漿口應(yīng)插入距離孔底300 mm～500 mm處，注漿自下而上連續(xù)灌注，且保證從孔內(nèi)順利排水、排氣。注漿設(shè)備應(yīng)有足夠的漿液生產(chǎn)能力和所需的額定壓力，采用的注漿管應(yīng)能在1 h內(nèi)完成單根錨桿的連續(xù)注漿。水泥凈漿強度不得低于30 MPa。注漿后不得隨意敲擊桿體，也不可在桿體上懸掛重物。注漿過程中應(yīng)嚴(yán)防石塊、雜物等混入漿液中。

2.10 索梁制作安裝

索梁采用2×18b槽鋼，槽鋼的焊接必須滿焊且必須滿足規(guī)范要求。索頭下墊板厚度為8.5 mm，槽鋼下角度板為楔形，分為兩層，第一層為木質(zhì)，靠近護壁樁一側(cè)做成弧形，第二層為鋼墊板，墊于槽鋼與木楔之間。

2.11 張拉鎖定

一般情況下，錨固體養(yǎng)護7 d后，當(dāng)錨固體強度大于設(shè)計強度的75%時，方可進行預(yù)張拉。錨索先張拉至1.05倍設(shè)計值，穩(wěn)定后再恢復(fù)到鎖定值進行鎖定。按規(guī)范要求用拉拔機分級張拉，同時觀測其位移，其逐級加載次序如表1所示。

表1 加載次序表

張拉鎖定系統(tǒng)事先經(jīng)過標(biāo)定，并將油壓表的讀數(shù)換算成張拉壓力進行控制。按設(shè)計要求安裝好支座平臺及錨墊板，并保證各段平直。錨頭臺座的承壓面應(yīng)平整，并與錨桿軸線方向垂直；錨桿張拉應(yīng)有序進行，張拉順序應(yīng)考慮鄰近錨桿的相互影響。錨索正式張拉前，應(yīng)取0.1～0.2軸向拉力設(shè)計值對錨桿預(yù)張拉1次～2次，使桿體完全平直，各部位接觸緊密。錨索應(yīng)采用符合標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求的錨具，采用鋼絞線束整體張拉鎖定的方法進行施工。錨索張拉應(yīng)平緩加載，加載速率不宜大于100 kN/min(當(dāng)張拉至1.0倍～1.05倍張拉設(shè)計值時，速率不宜大于50 kN/min)；在張拉值下的錨索位移和壓力表壓力應(yīng)能保持穩(wěn)定，當(dāng)錨頭位移不穩(wěn)定時，應(yīng)判定此根錨桿不合格。錨索鎖定后，若發(fā)現(xiàn)有明顯的預(yù)應(yīng)力損失時，應(yīng)進行補償張拉。

3 應(yīng)用情況及經(jīng)濟效益

經(jīng)老年大學(xué)教學(xué)樓工程施工實踐檢驗，與不支護放坡開挖相比，可避免拆除舊樓1 078.6 m2，避免社會公路的拆除和封閉，少倒運土方2 334 m3，同時騰出大量的施工場地，工程按計劃完工。計算分析結(jié)果如下：按照不支護，高寬比1∶0.75放坡開挖，則需要多挖土方約2 334 m3，并運至5 km外后山棄土場，并在回填時運回，機械壓實，按目前市場價格計算，每立方米土需89元才能完成上述過程，費用為2 334 m3×89元/m3=20.8萬元。拆除擬建建筑物東、南兩側(cè)舊教學(xué)樓1 078.6 m2，每平方米損失約600元，費用為1 078.6 m2×600元/m2=64.7萬元。拆除擬建建筑物西側(cè)瀝青混凝土公路約223.2 m2并重建，每平方米造價約為186元，費用為223.2 m2×168元/m2=3.7萬元。而本工程人工挖孔護壁樁加預(yù)應(yīng)力錨桿的支護費用大約為42萬元。綜合計算，可節(jié)省費用20.8萬元+64.7萬元+3.7萬元-42萬元=47.2萬元。同時又騰出了寶貴的施工場地，為工程按期完工打下堅實基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力錨索護壁樁支護方法具有工藝成熟、可靠性高，費用合理，適用于施工場地狹小，擬建建筑物臨近公路或其他建筑物的工程項目，能夠有效增加施工場地，保證臨近建筑物或公路的安全，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

The application of pre-stressed anchor retaining pile in deep foundation pit support

WANG Zhi-yuan

(HongyuanEngineeringConstructionLimitedLiabilityCompany,DatongCoalMineGroup,Datong037003,China)

According to the engineering projects with narrow construction site, proposed buildings near highway or other buildings, this paper compared and analyzed the used pre-stressed anchor cable retaining pile support and un-support slope excavation in deep foundation pit construction, and briefly introduced the construction technology and quality control of pre-stressed anchor cable retaining wall support method, the practice showed that the support method achieved higher social benefit and economic benefit, worthy of popularization and application.

deep foundation pit, artificial hole digging retaining pile, pre-stressed anchor cable, benefit

2014-07-12

王志遠(1973- )，男，工程師

1009-6825(2014)27-0067-02

TU463

A