淤泥质土层中基坑支护的高压旋喷锚索技术

淤泥质土层基坑支护的高压旋喷预应力锚索技术目录1普通锚索的应用局限2高压旋喷预应力锚索的特点3高压旋喷预应力锚索的设计4高压旋喷预应力锚索施工5应用实例6主要结论1普通锚索的应用局限淤泥质软土一般呈流塑～软塑状，天然含水量高，具有压缩性高、强度低、渗透性差以及灵敏性高等特点。如果淤泥质软土中基坑支护设计和施工不当，不仅会容易引起基坑坍塌、场地周边管线和道路损坏等不良影响，还会造成基坑内桩基倾斜、折断等严重质量事故的发生。淤泥质土中的基坑支护结构形式常用的有：重力式水泥土挡墙（H≤7m）；微型桩垂直复合土钉墙、水泥土桩垂直复合土钉墙（H≤6m）；支挡式结构等。桩锚式支护结构在基坑支护工程的应用十分广泛，但在淤泥质土中锚索的应用较少，《建筑基坑支护技术规范》JGJ120-2012中也明确规定：锚杆不宜在软土中应用。究其原因，主要有：（1）锚杆（索）在软土中会因土的流变和锚固体与周围土的接触面的流变而产生锚固力损失和变形逐渐增大的现象；（2）淤泥质土的侧阻力小，锚索得不到足够的锚固力；（3）软土蠕变使对锚索施加的的预应力损失较大,支护体系的变形大。（4）锚索施工时易坍孔、缩颈，施工质量不易得到保证。近年来，高压旋喷预应力锚索在淤泥质土地区得到了较多的应用。高压旋喷预应力锚索是一种将大直径水泥土桩体与传统锚索相结合而成的新型锚索结构，它利用旋喷钻机按一定角度在土体中成孔、喷射水泥浆，充分搅拌形成桩体，同时利用钻机钻头将加筋体（钢绞线）带入桩体中，施加预应力后形成高压旋喷预应力锚索。2高压旋喷预应力锚索的特点旋喷锚索与常规锚索相比，主要特点如下：1）锚固体直径大（一般300-1000mm）能有效降低锚索周围土体的应力水平，减少锚索塑性变形，再通过预张拉，能有效控制支护结构位移和内力，达到有效约束变形，减少蠕变变形的目的。2）锚固体直径大，锚固体端部可通过复搅、增大浆液喷射压力等措施形成“扩大头”，它既有常规断面又有扩大头，能有效克服淤泥质土侧阻力小的缺点，锚固力较常规锚索可提高3-6倍。3）高压旋喷预应力锚索施工时成孔、喷浆、搅拌和加筋等程序一次完成，能有效克服常规锚索在淤泥质土层施工时的坍孔、缩颈问题，保证锚索的施工质量。4）布置方式灵活，可适应复杂的基坑周边环境，所需作业空间不大，可设置成任意倾斜角度，从而代替常规锚杆、土钉，适用于不同的地质和场地条件。5）改善围护墙体的受力条件。多排锚索对围护结构形成多点约束，降低了作用于围护结构上的弯矩，改善了围护结构的受力条件。6）与内支撑方式相比，具有空间开阔、土方开挖与地下结构的施工更为方便等优点，可缩短施工工期20%～50%。利用旋喷锚索与排桩形成桩锚支护体系，与普通桩锚体系相比，锚索的水平间距和竖向排距可显著增大，经济性大大提高。3高压旋喷预应力锚索的设计（1）组合形式高压旋喷预应力桩锚支护体系的排桩可选用加筋水泥土桩、钢板桩、钻孔灌注桩等。高压旋喷锚索可根据需要设置扩大头或变截面体。斜向高压旋喷锚体的直径可采用0.3-1.0m，锚头应与腰梁连结，并施加预应力。高压旋喷预应力锚索的设计可按中国工程建设标准化标准《加筋水泥土桩锚支护技术规程》CECS147:2004的有关规定进行，这里简单介绍。（2）抗拔承载力计算抗拔承载力设计值应由锚体自重与土体侧摩阻力确定:4高压旋喷预应力锚索施工（1）主要施工设备旋喷钻机：履带式钻机自动化程度高、移动方便、施工效率高，成锚角度控制好。而简易底盘式钻机要靠人工移动，效率较低。注浆泵（GZB-40C型高压注浆泵）输出流量：96、99、110L/min额定压力：42、40、35Mpa(配90kw电机）35、30、28Mpa(配75kw电机）锚盘：采用10mm厚钢板制作，直径150mm。钢绞线用冷挤压法与锚盘进行固定（2）工艺流程施工时应采用成孔、喷浆、搅拌和加筋一次性完成的施工工艺。工艺流程如下：土方开挖→放线定孔位→钻机就位→校正孔位、调整角度→钻进（附锚索）→喷浆→拔套管→安装锚头锚具→张拉锁定（3）施工要点①锚孔定位：坑壁修整后定位，按设计要求的标高和水平间距定出孔位，做好标记。锚孔定位误差小于50mm，孔斜误差小于±1度。②钻机就位：将钻机对准孔位，调整好角度，采用钻机自带角度盘校核钻孔开孔角度，使开孔角度误差不超过±1°，开孔处的平面位置（水平和垂直）误差为±50mm。③钻孔：选用硬质合金高压旋转钻头（喷头），钻头侧翼设置多个喷嘴进行高压旋转回转钻进工艺，锚杆钻孔的深度不应小于设计长度，也不宜大于设计长度500㎜。锚索角度控制④锚体施工高压水泥浆从底部钻头和侧翼喷嘴向外喷射，喷射过程中同步对周侧的土体进行切割；钻头在动力推动下逐渐向前推进，直至达到设计深度和直径，形成锚索。锚体施工符合下列要求：a、锚体施工时提速不超过30cm/min，转速不低于20转/min，浆液流量不小于50L/minb、锚体旋喷搅拌的压力应为20-25MPa，锚体底部扩大端的注浆压力应增大至25-35MPa，扩大端应采用二进二出四次喷射的工艺，以保证锚体直径。c、水泥浆采用42.5级普硅水泥拌制，锚体水泥掺入量25%，水灰比0.7，水泥浆应拌和均匀，随拌随用，一次拌合的水泥浆应在初凝前用完。d、连接高压注浆泵和钻机的输送高压喷射液体的高压管长度不宜大于50米。e、高压旋喷钻头应均匀提升或下沉，由上而下或由下而上进行高压喷射扩孔，喷射管分段提升或下沉的搭接长度不得小于100㎜。f、在高压喷射扩孔过程中出现压力骤然上升或下降时，应查明原因并及时采取措施。水泥浆比重控制拌制水泥浆⑤锚索制作与安放根据设计要求设置钢绞线，钢绞线插入定位误差不超过30mm，底部标高误差不大于20cm。钢绞线端头采用Φ150×10钢板锚盘，锚头用冷挤压法与锚盘进行固定。锚固段沿杆体轴线方向每隔1.5m设置一个架线环。自由段用塑料管包裹，与锚固段相交处的塑料管管口用防水胶布封住。筋体应放在桩体的中心上，桩外留0.7m以便张拉。组装好的锚索在钻孔时随钻杆一同进入孔内。⑥预应力锚索张拉与锁定待旋喷锚桩养护10天后、冠梁强度达到80%后方可进行张拉锁定。筋体与冠梁、锚具应连接牢固。张拉采用高压油泵和穿心千斤顶。正式张拉前先用20%锁定荷载预张拉二次，再以50%、100%的锁定荷载分级张拉，然后超张拉至110%设计荷载，在超张拉荷载下保持5分钟，观测锚头无位移现象后再按锁定荷载锁定。锚索张拉5工程实例1芜湖中电环保发电项目垃圾库为长方形，基础平面尺寸约41.8×116m，基坑面积约3838.4㎡，周长约321.3m。基坑东、西、北三侧开挖深度为8.0m，南侧开挖深度9.32m，沥液池开挖深度为11.0m。垃圾库四周密布PHC管桩，北侧为锅炉房，桩顶标高-3.4m，东西两侧建筑桩顶标高-3.4m，南侧为卸料平台，桩顶标高-2.4m。PHC管桩距围护桩外侧距离一般为200-2000mm，最小仅为50mm。场地地下水类型主要为孔隙水。勘测期间地下水稳定水位埋深一般为0.45～1.90m。3层砂中的地下水具有微承压性质。地层名称直接剪切快剪粘聚力c(kPa)快剪内摩擦角()①粉质黏土12.66.6②淤泥质粉质黏土9.76.5②1粉砂5.428.2③粉砂5.333.4土的物理力学性质指标由于上部15m的地层全部为淤泥质地层，四周密布已施工完成的PHC管桩。为保证支护结构的变形满足规范要求，采用桩锚式支护结构。锚索采用一次成型的高压旋喷锚索。基坑北侧剖面基坑南侧剖面基坑监测结果施工时进行了锚索轴力、围护结构顶部位移、周边管桩位移等监测，监测结果表明：1采用两道锚索的基坑南侧的最大位移量仅4.12mm，而采用一道锚索的基坑北侧的最大位移量为8.45mm。2采用一道锚索的南侧，锚索的最大拉力与设计值基本相当；采用两道锚索的北侧，锚索拉力最大值仅为设计值的55%左右，说明锚索还有很大的潜力没有发挥。开挖至设计深度后，锚索拉力在初期3-5天内有一个缓慢增长，之后基本稳定定。3基坑周边设置21个管桩位移监测点，管桩的位移量很小，最大位移量仅3.93mm。2张家港市金茂创业大厦项目基坑开挖面积约为1.3万ｍ2，开挖深度为8.98ｍ。对本工程基坑有影响的地下水主要为潜水。潜水赋存于③2层粉土夹粉质粘土及其以上土层中，富水性一般，水位标高2.9ｍ。地层和土的物理力学指标如下：采用SMW工法桩＋2道或3道高压旋喷锚索的支护形式。本工程采用Φ650＠900三轴水泥土搅拌桩，搅拌桩内插H500×200×10×16型钢的形式，桩长14ｍ，型钢采用插一隔一的方式。采用直径500mm高压旋喷锚索，水平间距1800mm，倾角25°。基坑监测结果（1）围护墙深层水平位移最大水平位移为34.8mm，测试结果的最大变形发生在围护的顶部，呈悬臂式特征。（2）围护墙顶水平位移随着开挖深度加深，各点水平位移逐渐加大，开挖到坑底后，变形趋于稳定，最大水平位移累计值为32mm。6主要结论1）淤泥质地层中采用预应力旋喷锚索桩锚支护结构能够有效限制支护结构的变形，大直径旋喷锚索能够有效降低锚固体与土体之间的应力水平，显著降低锚索的蠕变量，能够更好地控制基坑位移。2）旋喷锚索能够适应复杂的基坑周边环境，布置灵活，可采用较大的锚索间距，能够有效降低工程造价。3）当上部地层为较厚淤泥质地层，而地层下部有较好土层时，可适当增大锚索倾角，将锚固端伸入下部较好土层内，能有效提高锚索的可靠度。4）锚固端头部3-5m应增加喷搅次数或提高喷浆压力，在锚固端头部形成扩大头，能显著提高锚固力，减少锚索的塑性变形。谢谢！