加筋水泥土桩锚技术在软土中的应用

加筋水泥土桩锚技术在珠三角地区软土中的应用摘要：加筋水泥土桩锚技术在基坑支护工程中的应用较为普遍，本文结合在珠三角地区这类特殊软土中的应用实例，证明该技术在珠三角地区地下室基坑中的应用是可行的，具有较好的推广前景。以下通过佛山兴发大厦工程基坑围护中的成功应用,介绍该支护结构的优势。关键词：加筋水泥土桩锚；基坑支护；注浆；前言深基坑支护技术复杂且综合性强，涉及到工程地质学、土力学和结构力学等多门学科，影响到工程施工的安全、质量、成本、工期、环保等各个方面。因此，根据工程特点，选择一种安全可靠、技术可行、经济合理的岩土加固方法意义重大且深远。目前，广泛应用于深基坑支护的结构形式主要有内支撑、土钉、锚杆、排桩+锚索和挡土墙等。传统岩土加固支护技术虽应用广泛、技术成熟，但在实际应用过程中也暴露出了一些缺点和不足。例如，内支撑存在着形式复杂、施工不便、施工拆除耗时较长、投入较大等缺点；土钉锚杆存在着适用性较差、基坑安全稳定性难以保证等缺点；重力式挡墙存在着墙身截面大等缺点。二、加筋水泥土桩锚概述加筋水泥土桩锚是用于深基坑开挖和稳定边坡的一种挡土、止水新专利技术，是水泥加筋地连墙技术与地锚技术（可做扩大头）及相应的机械施工设备、成套工艺在岩土工程基坑、土坡支护工程中的综合应用。经过多年上百项工程的实践，已成为一项较成熟的、创新的支护技术。该工法及其配套的施工工艺和机械设备已于是1994年、1995年、1997年先后取得了实用新型专利和发明专利。1、加筋水泥土桩锚的主要技术内容（1）采用压力旋喷注浆工艺，形成水泥土地下连续墙作为挡土和止水的主体结构。（2）用专利设备插筋机、加筋机将钢筋或型钢等材料竖向或斜向插入水泥土连续墙内，形成有足够刚度、强度和抗弯能力的支护面墙。（3）根据土层和基坑条件（坑深度、周围环境等）施作水泥土地锚或土层HYPERLINK"/?doc-innerlink-ê??"锚杆用搅拌或旋喷法形成水泥土并插入钢筋（钢绞线或型钢）称水泥土地锚，是支护体系的斜向支撑。水泥土地锚和普通土层锚杆均可根据需要用扩孔钻头（专利设备）施作扩大头，把预应力张拉技术应用于土层地锚工程中。（4）当支护体系仅作为施工的临时支护时，插入水泥土连续墙内或地锚内的钢筋、型钢等加固体可用专利设备拔出。降低工程造价，减少对相邻场地地下空间的影响。（5）用横向、斜向专利机械在挡土面墙后侧软弱土层中，采用旋喷法、搅拌法或钢管注浆法形成多层的水泥土地锚、土钉。（6）采用先进的冷挤压技术，把几根钢绞线或钢筋通过挤压套、承载板连结成一整体，解决单根钢绞线或钢筋受拉时单根滑移难题，形成新的地锚锚筋结构。（7）根据土层和基坑条件，亦可与其它支护结构相结合，形成既安全可靠又经济合理的支护体系，如钢板桩、内支撑（钢支撑或钢筋HYPERLINK"/?doc-innerlink-??????"混凝土内支撑）等。（8）基坑侧面面层采用横向槽钢与竖向钢筋（或型钢）拼成横竖加固围带，并与地锚钢筋（或型钢）连接，以保证基坑侧面土体的稳定。2、加筋水泥土桩锚原理加筋水泥土桩锚的本质是将水泥土挡墙和土钉墙结合起来的基坑支护施工技术,不过土钉墙锚体以加筋为主,加筋水泥土桩锚锚体以置换为主,加筋水泥土桩锚特别适应于比较松软的地层,通过大直径的锚体改善加固区的土体（减少其流变性，增加其抗剪强度）,同时增大锚体的总摩阻力。虽然水泥砂浆（或混凝土）对钢筋（钢丝绳）的握裹力远大于水泥土对钢筋（钢丝绳）的握裹力，但由于在松软各地层中土层对水泥土杆体的总摩察力也不大，因此，钢筋一般也不会拉出水泥土。通过高压旋喷形成的大直径水泥土桩体，首先可对松散软土的力学性能作出改善，使软土改变成具有较高强度的水泥土体，有效提高土体的粘聚力、内摩擦角值和抗渗能力；其次，大直径且变径的水泥土桩体，因与土层接触面积较大，桩体与土层之间产生较大摩阻力，可确保支护结构锚固力达到设计要求。加筋水泥土桩锚示意图3、操作要点（1）施工准备1）高压旋喷加筋水泥土桩锚施工前，应详细研究设计内容、设计要求、地层条件和环境条件；2）对设计阶段考虑到的地下埋设物、障碍物应做进一步核查，并进一步确定其位置、形状、尺寸和数量，同时提出排除和防护处理等措施；3）掌握工程周围状况、建筑物状态及其影响，预测可能出现的问题并提出相应对策；4）认真检查原材料及各种仪器设备的型号、品种、规格，检查其主要性能是否符合设计要求；5）对于地质条件特殊或特别重大工程，宜在正式施工前进行钻孔成桩、张拉锁定试验，以获得有较强针对性的施工工艺参数，同时考核施工工艺和施工设备的适应性。（2）钻机定位1）当土方开挖沟槽后，测量人员应在高压旋喷加劲水泥土桩施工前根据设计图纸将钻孔的孔位、方位测定，并予以编号；2）由于钻机安装定位质量不仅影响成桩质量，同时还影响施工速度和人员安全。因此，钻机安装定位应按照“正、平、稳、固”的要求，确保钻机受力后不摇摆、不移位；3）钻机定位后，采用钻机自带罗盘校核钻孔开孔角度，使开孔角度误差不超过1°，开孔处的水平和垂直向误差不大于50mm；4）钻进施工前应在场地中挖好排水沟及循环浆池，以避免因泥浆随意排放而影响正常施工。（3）水泥浆液配比1）注浆材料一般选用42.5级普通硅酸盐水泥净浆，如有特殊需要，可添加外加剂；2）水泥掺入量一般为20％～30%，水灰比一般选0.7～1.0，若地层情况特殊，则需在现场进行浆液配比试验，确保高压旋喷加劲水泥土桩的成桩质量；3）水泥浆应拌和均匀，随拌随用，一次拌和的水泥浆应在初凝前用完。（4）钻进成孔1）高压旋喷加筋水泥土桩采用专用钻机成孔，钻头采用一次性钻头加搅拌叶片（专利号：ZL200920210581.6），钻杆为中空钻杆，钻进过程中，通过上述钻杆的中空通道边钻进边搅拌注浆；2）旋喷搅拌钻进压力一般为15～20MPa，搅拌钻杆的钻进、提升速度分别控制在0.3～0.5m/min、0.7～0.9m/min左右，搅拌钻杆（轴）的转速控制在20～50r/min左右，具体应用时可结合实际地层条件进行调整，以确保搅拌桩桩体成桩质量；3）扩大头的旋喷搅拌的进退次数比桩身增加2次，以确保扩大头的直径；4）钻进过程中，通过钻杆数量控制桩长偏差≤10cm，通过钻进压力、钻进速度与转速控制桩径偏差≤5cm。（5）锚筋制作1）锚筋体采用设计规定材料制作（钢绞线、钢筋、型钢等），所用材料需达到该种材料强度的标准值，所用钢绞线在制作之前应送有关单位检验合格后方可使用；2）采用不同材料制作的锚筋体，其制作方法亦不相同。具体制作安装应遵守CECS22：1990《土层锚杆设计与施工规范》中相关规定。（6）锚筋安放1）钻进至设计深度后，依次退出并拆卸钻杆。钻杆拆卸完毕后，通过钻机将制作好的锚筋插放至旋喷搅拌桩体内；2）插入前，应确保锚筋位于搅拌桩中心点，插入过程中，应严格按照钻进角度缓慢、均衡地插入锚筋体，确保锚筋不发生扭曲。3）锚筋体插入孔内深度不应小于筋体总长度的95%，锚筋体安放后不得随意拉伸或悬挂重物。（7）预应力基座制作与安装1）根据具体工程，选用特定形式的预应力基座，预应力基座可采用钢筋混凝土或型钢进行制作；2）预应力基座制作与安装时，应先在该道高压旋喷加劲水泥土桩锚的水平位置上下各一定范围内的围护结构桩体上切出水平槽，所切沟槽的深度、宽度应符合预应力基座尺寸要求，确保可以将预应力基座置入槽中；3）预应力基座是锚筋体张拉时的直接受力构件，所以，预应力基座受力面应平整可靠，且与锚筋体轴线方向垂直。（8）锚筋张拉与锁定1）锚筋张拉锁定应在高压旋喷加劲水泥土桩施工结束且养护至设计强度后进行。2）根据设计要求选定相应的锚头与张拉锁定设备，张拉锁定设备进场前，应通过相关机构检验标定，根据标定数据进行张拉。张拉时，应事前检查油泵及各阀门的工作情况、油管畅通情况，以免张拉时油泵工作不正常而造成张拉失败。3）锚筋张拉应按一定顺序进行。张拉时，应考虑临近锚筋之间的相互影响。4）锚筋张拉要分级逐步施加荷载，不可一下加至锁定荷载。分级施加荷载和观测变形时间应执行相关规范。4、质量控制标准与要点高压旋喷加筋水泥土桩锚施工质量执行CECS147：2004《加筋水泥土桩锚支护技术规程》、CECS22：1990《土层锚杆设计与施工规范》。加筋水泥土桩锚体几何尺寸偏差限值见表1。其质量控制要点为：1）钻进速度严格控制在0.3～0.5m/min，回转速度控制在20～50r/min，防止速度过快引起旋喷搅拌不均匀，浆液过少；2）注浆用水、水泥及其添加剂应注意氯化物与硫酸盐的含量，以防对钢绞线造成腐蚀；3）施工前应根据设计要求和土层条件，选择合理的施工工艺；4）锚筋体制作前应除油污、除锈，严格按设计尺寸下料，长度误差不大于50mm；5）锚筋体插入钻孔之前，应检查筋体质量，确保锚筋体组装满足设计要求。锚筋体安放后不得随意敲击，不得悬挂重物；6）张拉前，应对张拉设备进行标定。锚固体养护时间应不少于5d，或高压旋喷加劲水泥土桩桩体强度达到1MPa时，方可进行张拉。张拉应按一定程序进行，充分考虑邻近搅拌加劲桩之间的相互影响。三、工程实例1、工程概况兴发大厦工程位于佛山市禅城区南庄镇季华西路以北、禅港路以西，交通便利。工程由广东兴发铝业有限公司投资兴建。总用地面积36405.73m2，净用地面积16961.36m2，总建筑面积128754.82m2（地上92988.82m2，地下二层28766m2）。该工程项目由办公楼、公寓式商务楼及办公裙楼、商业裙楼等组成，其中办公楼、公寓式商务楼属高层建筑塔楼部分。本工程有二层地下室，基坑开挖深度9.5m，基坑支护周长约为491.6m，开挖面积约14452.2m²。本工程位于南庄镇季华西路以北、禅港路以西，东面距黄浦涌约12m，西面距红线约1.5m，距三层厂房约6.5m，南面距季华路约30m，北面为另一工地基坑。工程地质情况（1）素填土：由于工程建设需要，全场地均由人工填土覆盖，回填厚度差异性较大。层厚0.80～4.70m，平均厚度2.36m，顶界标高3.72～2.96m。（2）粉质粘土：分布不连续，局部缺失，为原地表工程性质相对较好的鱼塘塘基等粘土层。层厚0.80～3.20m，顶板标高2.39～0.86m，顶板埋深0.80～2.40m。（3）淤泥：分布连续，厚度较大，以淤泥为主，局部为淤泥质土，是本场地范围内浅层主要软土层，具有承载力低、高压缩性、高灵敏度、抗剪能力差等特点。层厚4.50～9.90m，顶板标高1.78～-1.61m，顶板埋深1.50～4.70m。（4）淤泥质土：分布连续。是本场地第2层软弱土层，与上覆淤泥层无截然界限。厚度较大，层厚7.10～22.40m，顶板标高-4.42～-9.29m，顶板埋深7.70～12.60m。粉质粘土：分布较为广泛，局部缺失，层厚0.70～7.00m，顶板标高-13.98～-25.85m，顶板埋深17.30～29.20m。（6）残积粉质粘土：层厚0.60～7.60m，顶板标高-17.38～-28.05m，顶板埋深20.70～31.40m。（7）强风化岩带（W3）：本场地ZK1等42个钻孔均有揭露，厚度变化较大。揭露厚度0.60～13.40m（含中风化岩夹层），平均厚度3.80m，顶板标高-23.98～-31.21m，顶板埋深27.30～34.60m。3、基坑支护选型本程基坑主要处于淤泥土中，如采用土钉锚杆支护形式，则无法满足保护周边建筑物的安全要求，如按传统方法需要采用钻孔桩+锚索或内支撑方法，虽然能保证基坑安全，但造价较贵，工期较长。所以本工程基坑支护采用加筋水泥土桩锚基坑支护。止水帷幕选用Φ850三轴水泥土搅拌桩。水泥土桩锚水灰比1：0.7，水泥掺量25%，每5米设一个扩大头，扩大头长1米。内插2*15.2预应力钢绞线，桩锚倾角20度，桩长20m，桩锚水平间距为1.5m，竖向间距1.5m。每排桩锚横向以双拼槽钢腰梁连接，腰梁为20b#槽钢，每根桩锚的末端1m长度范围扩径至φ800mm。基坑工程剖面本工程开挖与支护过程中，按照预先编制的基坑监测方案对深基坑变形与位移进行了全过程监测。深部位移观测结果表明：基坑最大水平位移13mm，小于规范规定的30mm要求。基坑最大沉降位移15mm，小于规范规定的25mm要求。与采用内支撑支护方案相比，加筋水泥土桩锚支护结构节省造价680万元、缩短工期54d；与采用传统桩锚支护方案相比，加筋水泥土桩锚支护结构节省造价400万元、缩短工期30d。四、结语1）加筋水泥土桩锚技术以其科学合理的岩土力学原理为基础，具有良好的变形控制能力和较高的稳定性，适合于建筑密集或临近重要工业与民用设施附近对基坑变形有严格要求的工程，可有效确保基坑安全，具有显著的社会效益；2）加筋水泥土桩锚支护结构相比于传统的内支撑支护体系，可有效减少主体结构纵向水平施工缝，增加施工便利性和提高坑内作业工效，能有效地利用资源。3）相比于传统岩土加固支护体系