深厚淤泥地質條件下拉壓應力錨桿試驗分析研究與應用

劉曉英 劉 敏 賈世祥 劉曉林

1. 青建集團股份公司 山東 青島 266011；2. 青島地質工程勘察院（青島地質勘查開發局） 山東 青島 266000

臨海區域的深基坑逐年增多，在施工中深基坑出現的困難也是復雜多樣的。錨桿的應用在深基坑支護中起著舉足輕重的作用，由于受周圍場地或建筑物的影響，在錨桿設計中經常采用拉壓結合的方式，但在淤泥地質條件下，拉、壓應力錨桿是施工的難點，施工時經常難以達到設計要求[1-3]。本文依托某會展深基坑工程，針對淤泥地質條件錨桿進行試驗，總結的施工經驗具有一定的借鑒價值。

1 工程概況

某會展中心包括展館及部分配套會議、酒店、辦公和商業設施，總建筑面積約45.5萬 m2，其中地上建筑面積約35.5萬 m2，地下建筑面積約10萬 m2。擬建酒店（地上15層、地下3層）、辦公樓（地上15層、地下3層）、展廳（地上1ü 2層、無地下）、中廳（地上3層、地下3層），基坑開挖深度2.70～11.85 m。

酒店、辦公樓、中廳等基坑工程采用預應力錨桿施工工藝，設計錨桿1～2道，長度19.0～28.0 m，錨筋選用φ15.2 mm鋼絞線。錨桿按臨時錨桿設計，分拉力型錨桿和壓力型錨桿這2種類型，典型支護剖面如圖1、圖2所示。

圖1 辦公樓5單元支護剖面示意

圖2 中廳4單元支護剖面示意

2 工程地質條件

1）水文地質條件：勘察期間屬枯水期，鉆孔中見地下水，地下水類型主要為第①層填土中的孔隙潛水，場區地下水主要接受大氣降水補給。勘察期間測得鉆孔內穩定水位埋深0.10～2.10 m，水位標高0.71～3.43 m，年變幅1～2 m。場區近3～5年最高地下水位標高4.00 m。

2）工程地質條件。地形：場區原為養殖池，場區北部已回填整平，場區南部以養殖池為主，地勢較低，勘察期間對場區南部鉆孔所在位置進行了回填整平，勘察期間孔口地面標高1.69～4.96 m。地貌：場區原地貌為濱海淺灘，后經人工回填改造。根據鉆探揭露，場區第四系主要由全新統人工填土、全新統海相沼澤化層及上更新統洪沖積層組成，場區基巖主要為白堊系青山群安山巖。勘察共揭示了6個主層、10個亞層，地層描述以層為單位。

3）場區分布的軟土主要以流塑狀態的淤泥質土為主，厚度4～7 m。

3 拉應力和壓應力錨桿試驗分析

3.1 試驗目的

1）工藝性試驗，驗證在該場區各類地層中錨桿成孔、注漿、鋼絞線及承壓板安放等操作可行性。

2）驗證設計估算的錨桿承載力能否達到設計要求。

3）錨桿拉拔至破壞，得出地層的極限錨固力，以便設計優化調整錨桿參數。

3.2 第1次試驗數量及位置

共施工試驗錨桿11根，其中10根具備試驗條件，1根錨桿（編號ZG1-拉）反力座不具備張拉條件。

酒店基坑試驗錨桿：試驗錨桿6根，其中壓力Ⅰ型錨桿4根，拉力型錨桿2根。錨桿位于酒店東南側3單元處。

中廳基坑試驗錨桿：試驗錨桿4根，其中壓力Ⅱ型錨桿3根，拉力型錨桿1根。錨桿位于3單元南側。

3.3 試驗錨桿參數

試驗錨桿參數見表1、表2。

表1 酒店錨桿試驗參數

表2 中廳錨桿試驗參數

3.4 錨桿基本試驗

根據JGJ 120ü 2012《建筑基坑支護技術規程》[1]進行現場破壞性試驗，測定錨桿極限荷載。壓力型錨桿張拉時按照承載體從里到外的順序逐個張拉，每個承載體拉至破壞后，再張拉下一個，以便得出每個承載體的極限承載力值。每個承載體承擔錨桿的加載值取預應力張拉值/承載體個數。

3.5 試驗數據

根據錨桿極限抗拔試驗結果繪制了荷載-位移曲線，部分詳見圖3。

圖3 荷載-位移曲線

3.6 試驗結果分析

1）試驗情況分析：酒店和中廳的拉力型錨桿承載力較高，高于設計要求的軸向拉力設計值700、450 kN；壓力型錨桿承載力較低，與設計要求軸向拉力設計值仍有一定差距；通過對錨桿JG4-壓、JG5-壓、JG6-拉的3組試塊進行無側限抗壓強度試驗，其強度在30～38 MPa，基本滿足設計要求；試塊抗壓強度普遍較低，強度為17～24 MPa；通過在將ZG4-壓錨桿的承載體2強行拉出的過程中發現，并沒有相應的水泥漿錨固體被帶出，即壓力型錨桿承載體與錨固體之間的黏結情況達不到設計要求。綜合分析，拉力型錨桿極限承載力較高且均勻穩定，可以看出拉力型錨桿在該地層中同一施工條件下質量穩定可靠。壓力型錨桿總體承載力偏低，且不穩定，同一根錨桿不同承載板間承載力差別很大，壓力型錨桿在該淤泥地質條件下承載力離散型較大。

2）問題分析：由于施工所用水泥漿、工藝、設備、操作人員等均一致，在這種情況下拉力型錨桿承載力明顯大于壓力型錨桿，故認為該淤泥地層中采用拉力型錨桿更為適合。

在將ZG4-壓錨桿的承載體2強行拉出的過程中未發現柱狀錨固體，分析是由于對中支架過小，錨桿在鉆孔中不能實現居中，桿體貼近鉆孔下緣，導致承載力較低。壓力型錨桿未能達到設計要求張拉力，首先需要從施工角度進行問題分析，同時進行了受力模擬試驗。制作了3根壓力型錨桿，模擬錨桿在土體內的情況進行試驗，第1根為鋼絞線偏心，第2根為錨固頭偏心，第3根為正常受力。第1根錨桿張拉失敗，鋼絞線未錨固好，直接被拉出。錨桿錨固體無裂縫。第2根錨桿設置為鋼絞線偏心，張拉后水泥漿錨固體出現彎曲，然后在錨固體部位開始出現裂縫，水泥漿體開始碎裂，直至破壞。

通過試驗看出，鋼絞線及錨頭偏心受力是壓力型錨桿失敗的一個主要原因，對中支架太小，無法真正起到對中的作用；另外本工程錨桿長度長，最長的達到24 m，所使用的套管鉆機的能力已經接近極限，因淤泥質土層太軟，鉆桿鉆進過程中會出現向下偏移的情況，也會使得錨桿張拉時出現偏心受力的情況；錨桿注漿質量，漿體飽滿程度，漿體強度是否達到設計要求，均使得壓力型錨桿可能無法達到設計抗拉強度。

4 結語

綜合以上2次試驗結果，得出如下結論：

1）在深厚淤泥地質條件下，受力最穩定的是拉力型錨桿。因受力形式的不同，拉力型錨桿全長有黏結，通過張拉鋼絞線使得整個錨固漿體與土體產生的摩擦力來抗拉，因此地質情況對錨桿的影響相對較小；壓力型錨桿是通過張拉鋼絞線作用力在錨桿內部的錨固體上，通過錨固體來擠壓錨桿漿體錨固體而產生抗拉力，因此是通過局部錨固體反壓的形式來受力。試驗表明，錨桿的長度、錨桿的安放、注漿的時間和強度等都會對壓力型錨桿最終的抗拉力產生較大影響。影響因素這么多，使得錨桿的受力很不穩定，同時因錨桿太長，對鉆機的要求非常高，所以普通壓力型錨桿在這種深厚淤泥地質下受力很不穩定，在本工程中未能達到設計受力要求。

2）壓力型錨桿的受力形式相對復雜，因此整個錨桿施工中每一步都需要嚴格控制施工質量。同時壓力型錨桿不易設置過長，本工程中壓力型錨桿長度最長達到24 m，以現有的錨桿鉆機，如此長度下全套管跟進施工，支撐桿件的支撐強度已經達到極限，很難保證整個錨桿孔體成形質量，一旦出現向下彎曲的情況，對后續錨桿受力將產生較大影響。因此壓力型錨桿的施工長度宜控制在18 m以內。

3）壓力型錨桿的對中支架的選型，安裝固定方法對錨桿最終受力的影響較大。試驗分析錨桿在孔體內的偏心程度對錨桿拉力影響很大，對中支架是控制錨桿在孔洞中位置的唯一措施。對中支架首先不能太小，與孔洞大小必須相符，同時還要考慮能否順利安裝到位，本工程后續調整對中支架直徑為170 mm。然后對中支架需要牢固地安裝在錨桿上，在將鋼絞線固定的同時也能夠保證自身的位置。