预应力扩大头锚索在深基坑支护工程中的应用

第２０卷第４期　报（自然科学版）　、，０１．２０　ＮｏＩ４　２０１　１焦１２Ｂ　（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　Ｄｅｃ．２０１ｌ　预应力扩大头锚索在深基坑支护工程中的应用　朱振华　，张俊利　，杨春发　（１．泉州勘测设计院有限公司，福建泉州３２６０００；２．陕西省地勘局第二综合物探大队，西安７１００１６；３．福建东　辰综合勘察院，福州３５０００５）　摘要：预应力扩大头锚索作为锚杆支护的新工艺、新技术，近年来较为广泛地应用于深基坑支护工程　中，其施工技术也日趋成熟．相比普通锚杆，扩大头锚索具有单根抗拔力大、位移小、可靠性高、经济性好　等特点，其支护效果亦得到业内认可．　关键词：深基坑；预应力；扩大头锚索；普通锚杆　中图分类号：ＴＵ７５７．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７３０４（２０１１）０４—００１７—０３　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　Ｅｎｌａｒｇｅｄ　Ａｎｃｈｏｒ　Ｃａｂｌｅ　Ｓｕｐｐｏｒｔ　ｉｎ　Ｄｅｅｐ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｐｉｔ　ＺＨＵＺＨＥＮＧ—ｈｕａ１．ＺＨＡＮＧＪｕｎ—ｌ　．ＹＡＮＧ　Ｃｈｕｎ．ｆ　（１．Ｑｕａｎｚｈｏｕ　Ｓｕｒｖｅｙ＆Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏ．ＬＴＤ．，Ｑｕａｎｚｈｏｕ，Ｆ￣ｉａｎ　３２６０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａａｎｘｉ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ｂａｔｔａｌｉｏｎ　ｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ，　Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ　７１００１６，Ｃｈｉｎａ；３．Ｆｕｊｉａｎ　Ｄｏｎｇｃｈｅｎ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．ＬＴＤ．，Ｆｕｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ　３５０００５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｅｎｌａｒｇｅｄ　ａｎｃｈｏｒ　ｃａｂｌｅ　ａｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｂｏｌｔｉｎｇ　ｉｓ　ａ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｓｔ　ｆｅｗ　ｙｅａｒｓ　ｉｔ　ｗａｓ　ｍｏｒｅ　ｗｉｄｅｌｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｓｕｐｐｏｒｔ，ｉｔｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｍａｔｕｒｅ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｂｏｌｔ，ｅｎｌａｒｇｅｄ　ａｎｃｈｏｒ　ｗｉｔｈ　ｓｉｎｇｌｅ　ｕｐｌｉｆｔ　ｆｏｒｃｅ，ｓｍａｌｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｈｉｇｈ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｅｃｏｎｏｍｙ　ａｎｄ　ｇｏｏｄ　ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｉｔｓ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｈａｓ　ａｌｓｏ　ｂｅｅｎ　ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ；ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ；ｅｎｌａｒｇｅｄ　ａｎｃｈｏｒ；ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｂｏｌｔ　随着城市规模的不断扩大，对地下空间的利　锚索钻头带人土体，直至设计深度．将上述钻杆　用也不断加强，深基坑Ｔ程越来越多．锚杆作为　前段与钻头拆开，通过钻杆的中空通道，向孑Ｌ壁　支护体系，在深基坑支护工程中应用比较普遍，　高压旋喷注浆，高压注浆泵产生的高压液体通过　特别是开挖深度较深、宽度较大的基坑，采用锚　喷嘴形成高压喷射流束切割土体，并用水泥浆置　杆支护相比采用内支撑就有其明显优势．锚杆支　换泥浆充填整个土体空腔，通过控制浆压，形成　护有利于土方开挖和结构施工，能节省工期以及　从底到上的水　叫　”　ｆ…　…。　工程造价．普通锚杆分自由段和锚同段，锚同段　自由段　面舌　ｔ　，一—　一——一一—１一　直径一般为ｌｌ０　ｍｍ或１３０　ｍｍ（扩大头锚索锚同段　Ｉ　　ｊ直径町达４００～２　０００　ｍｍ）．锚杆的抗拔力是由锚　一　段与周同土体之间的摩擦力决定的．普通锚杆Ｆ｝１　喜　三三三一　Ｔ２　Ｉ　　于直径小，所以单根抗拔力较小．在土层中采用　图１　扩大头锚索力学模型　锚杆，要满足设计的抗拔力，往往采用加大锚杆　扩大头锚索除了截面增大，锚固体与土体之　长度及缩小锚杆间距的办法，但锚杆间距过小会　间摩阻力增大外，扩大头端头与土体挤压形成一　产生“群锚效应”，且依靠增加锚同段长度来提高　个端承力，所以扩大头锚索在长度不增加的情况　抗拔力也是有限的，故普通锚杆应用受到限制．　下，抗拔力得以大幅度提高　锚杆抗拔力Ｔｌ￣ｔ３部份组成：非扩大头锚同段　１扩大头锚索原理　与土体之问的侧摩阻ｆ１３Ｔ１　扩大头锚同段与土体　扩大头锚索由高压旋喷水泥土桩体和锚索组　之间的侧摩阻力　、扩大头端面支承力死［¨．即　成．锚索应通过可拆卸的钻头装配到钻杆的前端，　＝　十　＋　・Ｔｌ＝ｘｃｌｌａＴｆ，式中　勾非扩大　一边通过旋转钻杆，在土体中进行钻孔；一边将　头锚同段直径；　为非扩大头锚同段长度；　ｌ，为　收稿日期：２０１ｌ—ｌＯ．２５　、　作者简介：朱振华（１９８２一），男，湖南郴州人，助理工程师，硕士，主要从事深基坑支护、高边坡支护等岩土工程设计研究　ｌ８　湖南城市学院学报（自然科学版）　２０１１年第４期　非扩大头锚同段侧摩阻力．　＝ｒｄ）１．＇ｃ　，式中　坑面积较大．经过技术经济比较，采用　ｌ　ｌｏｏ＠　１　５００冲孔灌注桩加预应力扩大头锚索结合钢筋　Ｄ为扩大头锚同段直径；，　为扩大头锚固段长度；　为扩大头锚同段侧摩阻力．　＝吉７【Ｄ２ｃｏｔｏ，（ｏ－ｔａｎ　ＣＯＳＯ＇＋　ｎ￣ｚ＋ｃｃｏｓａ），　混凝土角撑的联合支护体系，桩间采用二重管高　压旋喷桩作为止水帷幕．　式中：　＝４５。一　／２；　为土体的内摩擦角；Ｃ　为土体的粘聚力；　为约束核锥面上的正应力．　５施工工艺　施工工艺流程为：锚索定位——锚杆钻机就　位——锚杆钻孔（带锚索）——高压旋喷、提钻一　２工程概况　拟建工程位于泉州市丰泽区，设２层地下室，　基坑大体呈梯形，建筑用地面积为４．７万Ｉｌ１２，总　建筑面积为１４．２万ｍ　，基坑面积约２．４万ｍ　．场　地西临江滨路（防洪大堤），东侧有２栋保留建筑（９　层，管桩基础，无地下室）距离较近，北侧和南侧　均为其他工地．基坑开挖深度为６．７５～９．２５　ｍ．该　基坑主要特点：基坑面积大，开挖深度深、软土　层厚、地下水丰富、放坡条件有限．　３工程地质　根据勘察揭露，场地上部地层主要以第四系　冲洪积、淤积及残积地层为主，下伏基岩主要是　燕山早期形成的花岗岩．场地内分布的岩土层自　上而下描述见表１．　表１地层情况统计表　４支护方案　本基坑支护工程安全等级为１级，重要性系数　ｙ＝１．１．工程场地无放坡条件，软土较厚，且基　—锚索张拉锁定——单根锚杆完成．　５．１　定位　根据设计锚索标高和平面位置确定锚索孑Ｌ位．　５．２锚杆钻机就位　钻机平台一般比锚索设计标高高５００　ｍｍ左　右，作业面场地要平坦、坚实，还要有足够的施　工空间．　５．３钻孔　锚索通过可拆卸的钻头装配到钻杆的前端，　一边通过旋转钻杆，在土体中进行钻孑Ｌ；一边将　锚索钻头带人土体，直至设计深度（无法直接带入　的需先引孔或扩孔）．　５．４喷浆提钻　将上述钻杆前段与钻头拆开，通过钻杆的中　空通道，向孔壁高压旋喷注浆，锚同段旋喷注浆　压力为２０～２５　ＭＰａ（注浆压力值根据地层设计锚固　段直径及地质条件调整），扩大段旋喷注浆压力为　２５～３０　ＭＰａ，形成从底到上（１）４００～　５５０水泥土串　葫芦状锚固体．　５．５锚索张拉锁定　（１）按设计和工艺要求安装好腰梁，保证各段　平直，腰梁与挡墙之间的空隙要紧贴密实．（２）锚　索张拉前应先进行预张拉（０．１倍拉力设计值），使　各部紧同平整并和杆体完全平直，保证张拉数据　准确．（３）锚固段强度大于１５　ＭＰａ并达到设计强度　等级的７５％后方可进行张拉．（４）锚索张拉至　０．９～１．Ｏ倍设计轴向拉力值时保持１５　ｍｉｎ，然后卸　荷至锁定荷载进行锁定．　６应用效果　６．１技术分析　（１）对扩大头锚索进行了抗拔力验收试验，采　用随机抽样，数量为锚索总数的５％且不少于３根　［２１，所有锚索验收试验均合格．以１－Ｚｌ　１．２００％￣索　验收试验为例，其锚索轴向受拉承载力设计值　Ｎｕ＝５２５　ｋＮ，当试验加载到１．０倍Ⅳｕ（５２５　ｋＮ）时未发　第２Ｏ卷　朱振华等：预应力扩大头锚索在深基坑支护工程中的应用　１９　生破坏，卸载至０．１倍Ｍ后变形值仍满足规范要求　（锚索的试验情况见表２及图２）．　表２锚索抗拔试验加载及位移情况表。　最大位移量：６９．１０ｍｍ；最大回弹量：４１．３０ｍｍ；回　弹率：５９．７７％　①工程名称：浦西城市综合体安置房．浦西安置区Ａ地块；试验　号：１－Ｚｌ１２Ｏ０＃；测试日期：２０１卜９．５；锚索长度：１８　ｍ；直径：３　×７×中５ｍｍ．　０．００　ｌ０．Ｏ０　２０．Ｏ０　３０．００　４０．Ｏ０　５０．Ｏ０　６０．Ｏ０　７０．Ｏ０　８０．Ｏ０　９０．Ｏ０　ｌ０Ｏ．Ｏ０　图２　１－Ｚ１１－２００＃锚索荷载一位移Ｑ－ｓ曲线　从试验结果可以看出，锚索的位移离散性非　常小、可靠性高，锚索的质量性能非常稳定．　（２）现本基坑工程已开挖至坑底，筏板承台及　地下室底板已施工完毕，坑壁无漏水现象，根据　监测单位提供的监测报告【３Ｊ，基坑顶部水平位移、　竖向位移及深层水平位移量都很小，截至第１　５次　基坑监测报告，坑顶部水平位移累计位移量仅为　ｌ６ｍｍ．　６．２经济比较　经计算，若在本项目采用普通预应力锚索，　锚索竖向间距需１．０　ｍ，且锚索长度将达到４０多ｍ，　可行性不大．使用扩大头锚索后，由于其承载力　大，开挖最深的剖面也仅需３排锚索，且锚索长度　仅需２０　ｍ左右．虽然扩大头锚索的水泥用量比普　通锚索多，考虑实际工程中的其它一些因素的影　响，总体成本可以减少２０％．　７结语　扩大头锚索相比普通锚索，锚索的抗拔力可　提高３—５倍，锚固段长度可以减小，锚索施工对周　边建筑物的影响减小，位移小，安全性高，且工　程造价更低．另外，扩大头锚索的锚索孔数量减　少，对止水帷幕整体性的影响较小．　该工艺也有不足之处：高压旋喷过程中的返　浆没有循环利用，水泥消耗量大；在土层较为复　杂的场地，用钻机将锚索一步带到位较为困难，　需先进行钻孔或扩孔后再将锚索带入，会相对减　慢工期．　综合来说，扩大头锚索能有效克服普通锚索　的缺点，单根抗拔力大，位移小，可靠性高，经　济性好，施工技术也日趋成熟，是锚杆技术发展　的一个方向，在深基坑支护工程中有很好的推广　应用前景．　参考文献：　【１】邹思源．扩大头锚索在深基坑支护工程中的应用【Ｊ】．建筑工　程，２０１０，３２（１１）：１１１６—１１１９．　【２］ＪＧＪ　１２０－９９，建筑基坑支护技术规程【ｓ】．　［３］ＧＢ　５０４９７－２００９，建筑基坑工程监测技术规范【Ｓ】．　（责任编校：陈健琼）