錨桿支護(hù)技術(shù)與深基坑施工若干問題探討

　　自由段長度與負(fù)摩阻問題土層錨桿是一種埋入土層深處的受拉構(gòu)件,它一端與工程構(gòu)筑物相連、另一端錨固在土層中,整根錨桿長度分為自由段和錨固段。自由段是指將錨頭處的拉力傳至錨固體的區(qū)段,其功能是對錨桿施加預(yù)應(yīng)力;一般來說,錨桿自由段Lf是根據(jù)基坑土體滑裂面計(jì)算出來的即Lf=(H+a-d),而錨固段長度則一般根據(jù)設(shè)計(jì)軸力Nt來估算:K?Nt=πDLa?qs式中qs―錨固段與土體的粘結(jié)強(qiáng)度,與鉆孔方法、土壤性質(zhì)、內(nèi)摩擦角φ、抗剪強(qiáng)度、固結(jié)強(qiáng)度、錨桿上覆土厚度、灌漿壓力等有關(guān)。一般由試驗(yàn)確定,也可按規(guī)范取值。目前一些工程中存在自由段設(shè)計(jì)過短的情況,使得一部分錨固段處于滑裂面內(nèi)主動(dòng)區(qū)。
　　1 錨桿設(shè)計(jì)角度問題及分析
　　1.深基坑錨桿支護(hù)中,錨固力產(chǎn)生于滑裂面外深部穩(wěn)定地層。為了降低工程造價(jià),錨桿長度一般在滿足受力要求的情況下盡量縮短長度,所以,錨桿往往設(shè)計(jì)成與水平面成一定的角度,角度越大,越早進(jìn)入穩(wěn)定地層。
　　2.從結(jié)構(gòu)受力分析,錨桿軸力Nt可分解為:水平分力:Nt水平=Ntcosθ(3-a)垂直分力:Nt垂直=Ntsinθ(3-b)只有水平分力對支護(hù)結(jié)構(gòu)是有益的。從上式可以看出,θ越小,水平分力越大,對支護(hù)越有利;反之θ越大,水平分力越小,相應(yīng)的垂直分力會越大。另一方面還會產(chǎn)生一個(gè)下滑力,使錨桿臺座或支承腰梁產(chǎn)生向下滑移,引起預(yù)應(yīng)力松弛,并可能造成坑壁變形也隨之增大。特別是在連續(xù)墻錨桿支護(hù)工程中,一般是在連續(xù)墻內(nèi)預(yù)埋一塊鋼板,以支承錨桿臺座。
　　3.從施工方面分析,錨桿具有一定的角度,有利于鉆孔孔壁保持穩(wěn)定、下錨操作及灌漿施工。尤其在采用常壓方式注漿時(shí),漿液在凝固過程中,由于液柱自身壓力作用,會使錨固體變得較為密實(shí),有利于提高灌漿質(zhì)量。但是,角度太大時(shí),鉆孔時(shí)機(jī)器須貼近孔口,同時(shí)須墊高機(jī)座,會給工人起卸鉆具帶來操作困難。錨桿角度超過40°時(shí),施工難度大增。土層錨桿有關(guān)規(guī)范規(guī)定:錨桿角度不應(yīng)小于13°,并不大于45°,以15°～35°為宜。錨桿角度一般取20°～30°更為合適。
　　2 關(guān)于錨桿基本試驗(yàn)錨桿基本試驗(yàn)
　　由于土層錨桿技術(shù)正處于發(fā)展階段,設(shè)計(jì)理論尚有待完善。錨桿設(shè)計(jì)一般是根據(jù)設(shè)計(jì)者本身經(jīng)驗(yàn)及場地地質(zhì)條件進(jìn)行取值,而地質(zhì)條件又是變化多端的,因此,任何一種新型錨桿或已有錨桿用于未曾應(yīng)用的土層時(shí),必須進(jìn)行基本試驗(yàn),為設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)。Rf―自由段極限摩阻力;R0―孔口擴(kuò)孔區(qū)段砂漿抗剪阻力。孔口擴(kuò)孔區(qū)段砂漿產(chǎn)生的抵抗力,可以通過一定方法進(jìn)行消除,鉆孔時(shí)下一節(jié)孔口管可以有效防止擴(kuò)孔,張拉時(shí)應(yīng)盡量保持臺座中心孔徑與孔口砂漿直徑一樣。錨桿張拉試驗(yàn)時(shí),自由段砂漿體實(shí)際上是產(chǎn)生摩阻力的,但這部分摩阻力在基坑開挖后,將轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)摩阻力。消除負(fù)摩阻力的方法是保證自由段不注漿。施工時(shí)可以用止?jié){塞將自由段與錨固段隔開,亦可采用定量注漿法。
　　3 關(guān)于錨桿成孔工藝
　　1.護(hù)壁問題地質(zhì)條件復(fù)雜多變,但總的來說可分為:人工填土、沖積層、殘積層及基巖層,主要包括淤泥或淤泥質(zhì)土、粉細(xì)砂或中粗砂、粘性土或粉土等土層及各種風(fēng)化程度不同的泥質(zhì)、砂礫質(zhì)等基巖層。在這種地層成孔,采用普通斜孔鉆孔工藝一般都能滿足要求,只是在遇到飽和松散的粉細(xì)砂層時(shí),應(yīng)注意護(hù)壁。通常通過調(diào)節(jié)泥漿性能、合理掌握鉆進(jìn)參數(shù)即可成孔。極少數(shù)情況如飽和流砂流泥層需采用套管護(hù)壁。
　　2.鉆頭選用問題合理選用鉆頭,對錨桿成孔亦很重要?？偟膩碚f,錨桿孔均采用不取芯的“全面鉆進(jìn)法”施工,鉆頭多為三翼或四翼鉆頭,前者因水口大、不易堵水而用于較軟土層,后者因合金多、施工速度快而用于稍硬的風(fēng)化層,兩者并沒有明顯的使用界限。在遇到堅(jiān)硬巖層時(shí),全面鉆進(jìn)效率降低,可采用合金或金剛石鉆頭,用“取芯鉆進(jìn)法”進(jìn)行施工。
　　3.施工機(jī)械目前專業(yè)的錨桿機(jī)市面上并不多,且多是國產(chǎn)新型機(jī)種,技術(shù)性能尚待完善。錨桿施工的主要機(jī)械仍是地質(zhì)勘探鉆機(jī),這種鉆機(jī)雖然性能不很突出,但暫時(shí)還能滿足工程建設(shè)需要。不過,發(fā)展高性能的專業(yè)錨桿機(jī)是形勢發(fā)展的需要。
　　4.關(guān)于錨桿制作錨桿加工時(shí),一般沿軸向每隔1.5～2.0m設(shè)置一中位架(隔離架),中位架作用有兩個(gè):
　?、俦ＷC桿體在孔內(nèi)有一定的砼保護(hù)層,防止桿體材料在孔內(nèi)直接托底;
　?、诜乐箺U材在運(yùn)輸安裝時(shí)散亂。對鋼絞線錨桿,中位架市面上有專用產(chǎn)品買。
　　4 關(guān)于錨桿注漿工藝
　　1.配比問題錨桿注漿一般采用水泥砂漿或純水泥漿,以14%的UEA低堿U型混凝土膨脹劑代替中砂,收到滿意效果,同時(shí)亦大大改善了漿液的可灌性。錨桿施工一般與土方開挖交替進(jìn)行,在張拉鎖定之前,一般需要等一段時(shí)間的齡期,以使錨桿注漿體達(dá)到一定強(qiáng)度。
　　2.特殊地層中提高錨固力方法這里是指含淤泥或砂的軟土層及裂隙發(fā)育的涌漏水風(fēng)化層。目前通常的注漿方式有兩種,一次常壓注漿及二次高壓注漿。一次常壓注漿是指將注漿管連同桿體一起下入孔底,在常壓(一般0.4～0.6MPa)下,漿液由孔底注入,邊注漿邊拔出注漿管,待孔口溢出漿液后即停止灌漿。二次高壓注漿是指在下錨的同時(shí)下入兩條注漿管,一條為帶有許多小孔的預(yù)埋花管,并用黑膠布將小孔封閉,另一條在進(jìn)行完一次常壓灌漿后被拔出。如果密封太牢固,二次注漿又存在漿液無法沖開密封的問題。另外,兩次注漿時(shí)間間隔問題,要根據(jù)工程實(shí)際情況由試驗(yàn)確定,間距太短或太長,二次注漿都將因漿液無法灌入而失敗。在此提出一種“一次高壓注漿”工藝,是綜合上述兩種注漿方式而成。雖說效果比二次高壓注漿稍差,但卻操作簡單易于掌握,失敗率低,這種方式只需一條注漿管,即在一次常壓方式注漿完后,馬上用廢水泥紙袋、麻袋及水玻璃等物將孔口快速密封,用1.8～2.5MPa壓力進(jìn)行注漿。此法在對裂隙發(fā)育、涌漏水的地層時(shí)收到了良好的效果。
　　3.注漿形式質(zhì)疑目前所采用的“全孔法”注漿方式是值得商榷的。因?yàn)樽杂啥蝺?nèi)注漿體在土方未開挖、進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉時(shí),它是產(chǎn)生摩阻力的,而一旦開挖后,由于它處滑裂面內(nèi)主動(dòng)區(qū),隨著坑壁位移產(chǎn)生,它會轉(zhuǎn)而產(chǎn)生負(fù)摩阻力。影響錨固效果,要消除這一現(xiàn)象,須在注漿方式上進(jìn)行改變,常壓注漿方式下可以進(jìn)行錨固段定量注漿。高壓注漿方式下可用止?jié){塞來隔離自由段。
　　5 錨桿頭漏水問題深基坑支護(hù)中,錨桿頭出現(xiàn)滲水現(xiàn)象是較常見
　　(1)基坑外地下水位較高;
　　(2)地層承壓水及裂隙水。滲水通道產(chǎn)生的原因有:
　　(a)灌漿時(shí)孔口密封不嚴(yán);
　　(b)錨桿張拉鎖定時(shí),由于注漿體、桿體與孔壁地層產(chǎn)生變形而出現(xiàn)裂隙;
　　(c)基坑使用過程中,由于變形發(fā)生或應(yīng)力輕松等引起裂隙。滲漏水現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)會影響基坑內(nèi)正常施工作業(yè),甚至可能危及周圍建筑物、道路及地下管線的安全,必須采取措施進(jìn)行封堵;但要徹底根治滲漏水現(xiàn)象,只有在基坑變形完全穩(wěn)定后方能做到。一般是在地下室襯墻施工時(shí)進(jìn)行。堵漏方式是:鑿開漏水通道,先用砂漿預(yù)埋兩條注漿管引水,待砂漿具有一定強(qiáng)度時(shí),再通過此兩條預(yù)埋管進(jìn)行壓力注漿堵漏。
　　6 錨桿應(yīng)力松弛問題
　　1.松馳原因探討,通過飽和軟土中錨桿的松弛試驗(yàn)認(rèn)為,引起松弛的原因?yàn)殄^固體周圍土體受力后土體產(chǎn)生流變,以及錨固體與土體的分界面在受力后產(chǎn)生相對的移動(dòng)。對于深基支護(hù)中的錨桿,還有以下原因可能導(dǎo)致應(yīng)力松弛:
　　(1)由于自由段設(shè)計(jì)太短,使得一部分錨固段處于滑裂面內(nèi)的主動(dòng)區(qū),土方開挖后產(chǎn)生負(fù)摩阻效應(yīng)造成應(yīng)力松弛;
　　(2)全孔注漿方式時(shí),自由段內(nèi)砂漿體在土方開挖后亦產(chǎn)生負(fù)摩阻力;
　　(3)錨桿傾角過大時(shí),錨桿垂直分力使錨頭臺座及腰梁向下產(chǎn)生滑移,造成應(yīng)力松弛;
　　(4)當(dāng)多排錨桿一起構(gòu)成支護(hù)體系時(shí),下層錨桿張拉鎖定時(shí),會對上層錨桿受力情況產(chǎn)生影響,同一排內(nèi)相鄰錨桿施工時(shí)也會相互影響,引起預(yù)應(yīng)力損失;
　　(5)錨固時(shí),錨具滑移;
　　(6)鋼材本身松弛;
　　(7)錨具夾片長期外露銹蝕。
　　2.“假張拉”現(xiàn)象在錨桿張拉鎖定時(shí),應(yīng)精心操作,防止出現(xiàn)“假張拉”現(xiàn)象。安裝錨具時(shí),應(yīng)將壓板有凹槽的一面對準(zhǔn)錨頭,這樣能保證千斤頂所施加的力Nt通過壓板直接傳至錨頭及臺座,而鎖片只是被壓緊,并未受到力,此時(shí)錨桿實(shí)際受力Nt'與所施加的力Nt(油表讀數(shù))是一致的,即Nt=Nt'。當(dāng)壓板裝翻時(shí),千斤頂所施加的力Nt將通過壓板傳給鎖片、再由鎖片傳給錨頭及臺座;同時(shí)由于鎖片的楔塊作用,將鋼絞線咬緊,鋼絞線受到鎖片對它的正壓力P的作用而產(chǎn)生摩擦力F。
　　3.地下障礙物問題城市內(nèi)深基坑開挖支護(hù)工程中,尤其是錨桿施工,經(jīng)常會遇到周圍建筑物基礎(chǔ)、地下管線等的影響。地下管線由于埋得較淺,一般可以通過改變錨桿標(biāo)高及角度來避開;而對于相鄰建筑物基礎(chǔ),目前很多情況下是采取直接穿透的方法。這種做法已經(jīng)對相鄰建筑物造成一定程度的損害。
　　7 結(jié)束語
　　目前,深基坑支護(hù)工程多采用排樁或地下連續(xù)墻加支撐的支擋型結(jié)構(gòu)。而錨桿支護(hù)由于具有施工速度快、施工難度較小、造價(jià)較低以及具有開闊的基坑作業(yè)空間而有利于土方開控及地下室施工等特點(diǎn),已成為深基坑支護(hù)中普遍采用的支護(hù)技術(shù)。