淤泥质土层基坑支护的高压旋喷预应力锚索技术

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高压旋旋喷预预应力力锚索索施工工（1）主要要施工工设备备旋喷钻钻机：：履带式式钻机机自动动化程程度高高、移移动方方便、、施工工效率率高，，成锚锚角度度控制制好。。而简简易底底盘式式钻机机要靠靠人工工移动动，效效率较较低。。注浆泵泵（GZB-40C型高压压注浆浆泵））输出流流量：：96、99、110L/min额定压压力：：42、40、35Mpa(配90kw电机）35、30、28Mpa(配75kw电机）锚盘：采用10mm厚钢板制作作，直径150mm。钢绞线用冷冷挤压法与与锚盘进行行固定（2）工艺流程施工时应采用成孔、喷浆浆、搅拌和和加筋一次性完成成的施工工工艺。工艺流程如如下：土方开挖→→放线定孔孔位→钻机机就位→校校正孔位、、调整角度度→钻进（（附锚索））→喷浆→拔套管管→安装锚锚头锚具→→张拉锁定定（3）施工要点点①锚孔定位位：坑壁修修整后定位位，按设计计要求的标标高和水平平间距定出出孔位，做做好标记。。锚孔定位位误差小于于50mm，孔斜误差差小于±1度。②钻机就位位：将钻机机对准孔位位，调整好好角度，采采用钻机自自带角度盘盘校核钻孔孔开孔角度度，使开孔孔角度误差差不超过±1°，开孔处的的平面位置置（水平和和垂直）误误差为±50mm。③钻孔：选选用硬质合合金高压旋旋转钻头（（喷头），，钻头侧翼翼设置多个个喷嘴进行行高压旋转转回转钻进进工艺，锚锚杆钻孔的的深度不应应小于设计计长度，也也不宜大于于设计长度度500㎜。锚索角度控控制④锚体施工工高压水泥浆浆从底部钻钻头和侧翼翼喷嘴向外外喷射，喷喷射过程中中同步对周周侧的土体体进行切割割；钻头在在动力推动动下逐渐向向前推进，，直至达到到设计深度度和直径，，形成锚索索。锚体施施工符合下下列要求：：a、锚体施工工时提速不不超过30cm/min，转速不低低于20转/min，浆液流量量不小于50L/minb、锚体旋喷喷搅拌的压压力应为20-25MPa，锚体底部部扩大端的的注浆压力力应增大至至25-35MPa，扩大端应应采用二进进二出四次次喷射的工工艺，以保保证锚体直直径。c、水泥浆采采用42.5级普硅水泥泥拌制，锚锚体水泥掺掺入量25%，水灰比0.7，水泥浆应应拌和均匀匀，随拌随随用，一次次拌合的水水泥浆应在在初凝前用用完。d、连接高压压注浆泵和和钻机的输输送高压喷喷射液体的的高压管长长度不宜大大于50米。e、高压旋喷喷钻头应均均匀提升或或下沉，由由上而下或或由下而上上进行高压压喷射扩孔孔，喷射管管分段提升升或下沉的的搭接长度度不得小于于100㎜。f、在高压喷喷射扩孔过过程中出现现压力骤然然上升或下下降时，应应查明原因因并及时采采取措施。。水泥浆比重重控制拌制水泥浆浆⑤锚索制作与与安放根据设计要要求设置钢钢绞线，钢钢绞线插入入定位误差差不超过30mm，底部标高高误差不大大于20cm。钢绞线端头头采用Φ150××10钢板锚盘，，锚头用冷冷挤压法与与锚盘进行行固定。锚固段沿杆杆体轴线方方向每隔1.5m设置一个架架线环。自自由段用塑塑料管包裹裹，与锚固固段相交处处的塑料管管管口用防防水胶布封封住。筋体应放在在桩体的中中心上，桩桩外留0.7m以便张拉。。组装好的锚锚索在钻孔孔时随钻杆杆一同进入入孔内。⑥预应力锚索索张拉与锁锁定待旋喷锚桩桩养护10天后、冠梁梁强度达到到80%后方可进行行张拉锁定定。筋体与与冠梁、锚锚具应连接接牢固。张拉采用高高压油泵和和穿心千斤斤顶。正式张拉前前先用20%锁定荷载预预张拉二次次，再以50%、100%的锁定荷载载分级张拉拉，然后超超张拉至110%设计荷载，，在超张拉拉荷载下保保持5分钟，观测测锚头无位位移现象后后再按锁定定荷载锁定定。锚索张拉5工程实例1芜湖中电环环保发电项项目垃圾库为长长方形，基基础平面尺尺寸约41.8××116m，基坑面积积约3838.4㎡，周长约321.3m。基坑东、、西、北三三侧开挖深深度为8.0m，南侧开挖挖深度9.32m，沥液池开开挖深度为为11.0m。垃圾库四四周密布布PHC管桩，北北侧为锅锅炉房，，桩顶标标高-3.4m，东西两两侧建筑筑桩顶标标高-3.4m，南侧为为卸料平平台，桩桩顶标高高-2.4m。PHC管桩距围围护桩外外侧距离离一般为为200-2000mm，最小仅仅为50mm。场地地下下水类型型主要为为孔隙水水。勘测测期间地地下水稳稳定水位位埋深一一般为0.45～1.90m。3层砂中的的地下水水具有微微承压性性质。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土的物理理力学性性质指标标由于上部部15m的地层全全部为淤淤泥质地地层，四四周密布布已施工工完成的的PHC管桩。为为保证支支护结构构的变形形满足规规范要求求，采用用桩锚式式支护结结构。锚索采用用一次成成型的高高压旋喷喷锚索。。基坑北侧侧剖面基坑南侧侧剖面基坑监测测结果施工时进进行了锚锚索轴力力、围护护结构顶顶部位移移、周边边管桩位位移等监监测，监监测结果果表明：：1采用两道道锚索的的基坑南南侧的最最大位移移量仅4.12mm，而采用用一道锚锚索的基基坑北侧侧的最大大位移量量为8.45mm。2采用一道道锚索的的南侧，，锚索的的最大拉拉力与设设计值基基本相当当；采用用两道锚锚索的北北侧，锚锚索拉力力最大值值仅为设设计值的的55%左右，说说明锚索索还有很很大的潜潜力没有有发挥。。开挖至设设计深度度后，锚锚索拉力力在初期期3-5天内有一一个缓慢慢增长，，之后基基本稳定定定。3基坑周边边设置21个管桩位位移监测测点，管管桩的位位移量很很小，最最大位移移量仅3.93mm。2张家港市市金茂创创业大厦厦项目基坑开挖挖面积约约为1.3万ｍ2，开挖深深度为8.98ｍ。对本工程程基坑有有影响的的地下水水主要为为潜水。。潜水赋赋存于③③2层粉土夹夹粉质粘粘土及其其以上土土层中，，富水性性一般，，水位标标高2.9ｍ。地层层和土的的物理力力学指标标如下：：采用SMW工法桩＋＋2道或3道高压旋旋喷锚索索的支护护形式。。本工程采采用Φ650＠900三轴水泥泥土搅拌拌桩，搅搅拌桩桩内插H500×200×10×16型钢的形形式，桩桩长14ｍ，型钢钢采用插插一隔一一的方式式。采用用直径500mm高压旋喷喷锚索，，水平平间距1800mm，倾角25°。基坑监测测结果（1）围护墙墙深层水水平位移移最大水平平位移为为34.8mm，测试结结果的最最大变形形发生在在围护的的顶部，，呈悬悬臂式特特征。（2）围护墙墙顶水平平位移随着开挖挖深度加加深，各各点水平平位移逐逐渐加大大，开挖挖到坑底底后，变变形趋趋于稳定定，最大大水平位位移累计计值为32mm。6主要结论论1）淤泥质质地层中中采用预预应力旋旋喷锚索索桩锚支支护结构构能够有有效限制制支护结结构的变变形，大大直径旋旋喷锚索索能够有有效降低低锚固体体与土体体之间的的应力水水平，显显著降低低锚索的的蠕变量量，能够够更好地地控制基基坑位移移。2）旋喷锚锚索能够够适应复复杂的基基坑周边边环