壓應力分散型擴大頭錨桿的研究與應用

杜明祥 周建明 程良奎

1.蘇州市能工基礎工程有限責任公司 蘇州 215011；2.冶金部建筑研究總院 北京 100088

1 壓應力分散型擴大頭錨桿原理及錨固承載機理

壓應力分散型擴大頭錨桿的機理是，采用改良的高壓噴射工藝，形成φ600～φ800 mm的旋噴注漿體，將預先由工廠制作且附有分散承載板（合頁夾或鋼板）的無黏結鋼絞線錨桿桿體放置于鉆孔內，當旋噴注漿體固結硬化達到設計要求的強度時，即形成具有高承載力的壓應力分散型擴大頭錨桿。這種錨桿的錨固機理有如下特點[1]：

錨桿錨固段直徑由150 mm增至600～800 mm，可以充分發揮變截面處的端承壓力。是錨桿抗拔承載力提高的最主要因素，占到錨桿總抗拔承載力的60%～70%。

錨桿錨固段直徑由150 mm增至600～800 mm，使單位長度錨固段旋噴注漿體與土體的接觸面積增加了4～5.3 倍，從而提高了旋噴注漿體的側摩阻力。

擴大頭錨固體形成了以支承力為主、摩阻力為輔共同作用的復合承載體系。

承壓板巧妙地分散分布于錨固段內的不同部位，增加了承壓面積，可大幅度減小錨固段旋噴注漿體的壓應力，能夠有效抑制在高張拉荷載條件下旋噴體的局部壓碎和剪切破壞（圖1、圖2）。

圖1 錨固體大樣1

圖2 錨固體大樣2

2 壓應力分散型擴大頭錨桿的拆芯回收

壓應力分散型擴大頭錨桿實現拆芯回收有2 種較為成熟的方法。

第1種方法是結合熱熔錨具方法，如圖1、圖3所示，其錨具即是熱熔錨具，在錨桿使用階段，它在錨固段鎖定住鋼絞線，通過錨具限制承壓板壓在錨固體上實現錨桿的承載力；錨桿使用階段結束后，通過通電熱熔的方式破壞錨具內部的結構，鋼絞線就可以輕易地抽出，實現拆芯回收。

圖3 結合熱熔錨具方法

第2種方法是結合合頁夾方法，如圖2、圖4所示，其端頭為合頁夾，合頁夾處于錨固段，鋼絞線穿過合頁夾，形成一個大直徑的回轉體。鋼絞線包裹住的合頁夾能夠提高很大的端承力，穩定性很高。在錨桿使用功能結束后，通過抽拉鋼絞線的一端，即能夠輕易將整根鋼絞線拆除回收。

圖4 結合合頁夾方法

3 壓應力分散型擴大頭錨桿在永久性結構中的應用

壓應力分散型擴大頭錨桿桿體結構的外層部分全部采用防腐材料構成，完全符合永久性錨桿的技術要求，并且錨固體處于受壓狀態，其受壓強度會隨時間繼續增長，耐久性好，非常適合使用在抗浮結構和永久性邊坡工程當中[2]。

4 壓應力分散型擴大頭錨桿在基坑圍護結構中的應用

在基坑圍護結構中，使用壓應力分散型擴大頭錨桿的樁錨結構與樁結合混凝土內支撐相比，具有明顯的經濟效果和工期優勢，因為壓應力分散型擴大頭錨桿的承載力比傳統錨桿大1.5～2 倍，同時穩定性很高，且隨時間的延長，錨桿的抗拔承載力會持續增長，樁錨結構的安全儲備較大[3]。壓應力分散型擴大頭錨桿有條件實現高初始預應力，可以達到設計值的80%～110%，同時錨桿絕大部分長度都是自由度，所以能夠實現“點到點”的張拉鎖定，能夠有效地控制基坑的變形和位移。

同一個工程，在基坑圍護中使用這種樁錨結構會比使用樁結合混凝土內支撐結構節約大量造價，且工程面積越大，節約量越多[4]。而且，使用這種樁錨結構，基坑處于一個敞開式的開挖和結構施工環境，大大提高了功效，縮短了工期[5]。

5 壓應力分散型擴大頭錨桿應用實例

5.1 結構概況

本工程位于徐州市繁華商業中心，北側為中樞街及中央百貨大樓，西側為中山南路，南側為青年路，東側為彭城路，基坑面積約為26 929 m2，周長約為634 m。本工程包括地上2 棟300 m高層建筑及9 層裙房；地下均為4 層，分別為商業、停車場。

基坑開挖深度：本工程采用標高均為黃海高程，自然地坪標高為33.85 m。基坑開挖深度根據底板墊層底標高確定，地下室底板墊層底標高為14.25 m，故開挖深為19.6 m。主樓區域底板墊層底標高為10.75，故開挖深為23.1 m。

5.2 水文地質情況

根據《徐州中央國際廣場C地塊基坑勘察報告》（編號：KC11013），將本次在基坑開挖深度范圍內所遇各土層結構特征自上而下分述如下：

上層滯水，含水層為①雜填土，水位埋深1.0～3.0 m不等，局部水量較豐富；

潛水，含水層為③層老城填土，水量不豐，水位埋深平均2.80 m；

承壓，⑤1層含砂姜黏土，砂姜富集連通，具有賦水性、導水性及弱承壓性，水頭埋在12～12.5 m之間。

5.3 周邊環境

擬建工程位于徐州市繁華商業中心， 建筑場地狹小，周邊環境較復雜，建筑物占據整個廣場，四面皆臨道路，道路下管線密布，且在西北側有現存6 層建筑1 幢，正在營業，需嚴加保護。

5.4 基坑圍護方案

綜合考慮工程地質、水文地質和周邊建筑情況，確定基坑為一級基坑，對基坑的穩定性要求比較高。根據基坑圍護的經驗和本工程的特點，本基坑可采用灌注樁+混凝土內支撐或者灌注樁+預應力可拆芯錨桿方案。

采用第1套方案時，工程的安全性高，但工程造價較高，且工期很長，混凝土用量大，由于工程所處為鬧市區，施工場地狹小，混凝土結構的施工受影響較大，且混凝土內撐在拆除時，會產生大量的噪聲和粉塵，對環境影響非常大。

若采用第2套方案，施工比較靈活，可以根據現場實際情況進行預應力的設置，因此基坑同樣比較安全，位移控制亦較好。不僅工程造價比混凝土內支撐較低，而且采用預應力錨桿結構時，錨桿可以穿插在工法樁施工時進行。基坑圍護處于敞開式，對土方的開挖非常方便，不需要像混凝土內撐結構一樣采用長臂挖機掏土。在主體結構施工時也不受外界影響，錨桿的拆芯回收完全不占用總工期，且拆芯時無噪聲、無粉塵，弊端是對預應力錨桿的施工質量要求較高。經測算，第2套方案在保證基坑安全的情況下，能夠節約1 200 萬元工程造價。

綜上分析，決定本工程基坑圍護方案采用鉆孔灌注樁+壓力分散型擴大頭錨桿的支護方案（圖5～圖7）。采用三軸攪拌樁作止水帷幕，使用管井進行降水。

圖5 拉錨平面

圖6 拉錨剖面

圖7 施工現場

本方案預應力可拆芯錨桿長度為16～35 m，除擴大頭錨桿外全為自由段，擴大頭段長度為3.0 m，φ800 mm，水平間距為1.2 m、2.4 m間隔布置。可回收預應力錨桿張拉值為500～950 kN，鎖定值300～570 kN。采用6φ15.2 mm無黏結鋼絞線。

5.5 預應力可拆芯錨桿基本實驗和檢測驗收

按照地質情況，總共對4 組16 根錨桿進行了基本試驗，極限抗拔力達1 250 kN，最小1 066 kN；最大位移量207.41 mm，最小僅116.26 mm，實驗結果均滿足設計要求。緊接其后，按照設計對錨桿進行驗收檢測，亦全部達到設計要求。

5.6 基坑監測和錨桿的拆芯回收

根據基坑監測情況，基坑支護過程中，樁頂位移變形僅12.5 mm，樁身位移14 mm，基坑西北側的徐州百貨大樓樓體和周邊道路均未出現任何裂縫或變形現象。

本工程在底板和結構樓板處傳力帶施工完畢并達到設計要求后，即開始拆除回收相應的上層錨桿。在拆除過程中，同一層樓板以上的主體結構同步分段進行。拆除時，使用自動回收機抽拉鋼絞線，整個回收過程不需要人力干預，勞動強度低，且回收過程無噪聲、無粉塵等危害。目前，除第1道錨桿外，其余已全部回收。

6 結語

壓力型錨桿與普通拉力型錨桿相比，具有承載力高、穩定性好等顯著優點，特別是在結合熱熔錨和合頁夾拆芯技術后，又實現了筋體的可拆芯回收功能，使錨桿優勢進一步擴大[6]，不僅可在基坑周邊環境緊張時能夠發揮錨桿的特點，避免了因為錨桿桿體超出紅線無法使用的問題，且大大節約了工程造價、加快了工程進度[7]。因此，壓應力分散型擴大頭錨桿必將逐步取代常規拉力型錨桿，為我國建筑業實現綠色、環保、節約貢獻一份力量。