高压旋喷加筋水泥土桩锚技术在某深基坑中的应用

谢剑保

厦门圣德信工程管理有限公司（361000）

高压旋喷加筋水泥土桩锚技术在某深基坑中的应用

谢剑保

厦门圣德信工程管理有限公司（361000）

介绍了高压旋喷加筋水泥土锚桩技术的特点和优点，主要针对某工程锚索施工过程中的关键技术处理进行了阐述。

高压旋喷加筋水泥土桩锚；基坑支护；工艺流程；质量控制；综合效益

0 前言

随着我国城市化进程的高速发展，城市基础设施建设项目的规模越来越大，各种大型公用设施结构的深基坑施工工程越来越多,基坑壁同周围既有建筑物（道路）的间距也越来越小，如何在施工过程中保证基坑稳定、既有建筑物（道路）以及拟建建筑物的结构和操作人员的安全，成为工程的关键。

加筋水泥土桩锚支护是一种有效的土体支护与加固新技术,其特点是钻孔、注浆、搅拌和加筋一次完成。其适用于砂土、黏性土、粉土、杂填土、淤泥等土层中的基坑支护和土体加固。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，有效提高土体的黏聚力、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，并对锚筋施加预应力以后，借助变径的水泥土桩体，使软土的流变变形处于收敛状态，对被加固土体的变形产生有效约束作用。

高压旋喷加筋水泥土桩锚加固与支护有如下优点:1）施工作业所需空间不大，适用于各种地形和场地；2）由旋喷搅拌加筋桩代替内支撑，使基坑内空旷，改善施工作业条件；3）高压旋喷加筋桩的锚拉力可通过张拉试验确定，每根锚筋体通过张拉锁定来检验其旋喷加筋桩的作用效果，因此可保证施工质量和加固结构的安全度；4）通过施加预拉力,有效控制支护结构的侧向位移；5）施工形成的扩大径桩头能有效增大抗拔力。

1 工程概况

本工程位于某市主要交通要道的西侧，包括一栋12层的主楼及3层的裙房，设1层整体地下室，为框架剪力墙结构。本工程基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数为1.05，基坑周长231m、面积约3 372m2。建筑±0.00相当于黄海高程+6.45m，场地标高为黄海高程约为+5.45m；冠梁顶标高为-2.2m，板底标高为-5.95m，承台底标高为-6.80m，基坑开挖深度为4.95～5.80m。

在本场地范围内，主要土层为:①-1杂填土、①-2素填土和块石素填土、②-1淤泥质土、②-2中砂、③-1粉质黏土、③-2细砂、④残积砂质黏性土、⑤-1全风化花岗岩、⑥-1a砂烁状强风化花岗岩、⑥-2a碎块状强风化花岗岩、⑦-1中风化花岗岩。根据地勘报告,场地及周边无全新活动断裂带穿过，场区属稳定性较好地块。未见采空区、滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、塌陷、地裂缝等不良地质现象。地基中除揭露有淤泥质土软土，在残积土和风化基岩层中有揭露少量硬夹层和孤石外,未发现古河道、沟浜、地下管线、暗埋人防洞穴及墓穴等其他不利埋藏物。

2 基坑支护方案的选择

根据本工程基坑支护东侧紧邻主要交通要道（道路距红线仅为3.5m）,对基坑支护结构有较高的要求，允许变形较小，综合考虑开挖深度、岩土压力、道路荷载等各种因素的影响，且经过多方案比较后,决定东侧基坑采用高压旋喷加筋水泥土桩锚、灌注桩及水泥搅拌桩止水帷幕组合成一种特有的支护形式，进行基坑围护施工。

2.1 基坑支护的设计

采用直径900mm间距1.4m的冲孔灌注桩悬臂支护，桩长18.1m，嵌固深度不少于13.50m。桩顶冠梁（冠梁尺寸为1.1m×0.6m）处设置一道加筋水泥土锚桩，长29.0m@1.4m，锚固段长18.0m，自由段长11m；预加拉力100 kN，设计抗拔力260 kN。后半段采用扩大头旋喷桩扩大头段Φ500mm，长18.0m。采用3排Φ500@400的水泥搅拌桩在被动区加固，宽度1.3m、长度9.5m。

图1

3 锚索的施工工艺及操作要点

3.1 施工工艺流程

图2 施工工艺流程

3.2 施工示意图

图3 施工示意图

3.3 操作要点

3.3.1 测量放线

根据提供的坐标基准点，按照设计图建筑地下室外边线放2m的原则进行放样定位及高程引测工作，并做好永久及临时标志。测量人员施工前根据设计图纸将钻孔的孔位在围护桩上拉线做记号，并予以编号。

3.3.2 开挖沟槽

由于原地面标高约有0.5m的高差，为便于高压旋喷桩机施工，现场统一开挖施工沟槽降至-3.5m。沟槽开挖后，基坑上部设置截水沟，沟槽内采取设置排水沟措施，避免地面水、泥浆随意排放影响施工。

3.3.3 桩机定位

1）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。

2）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°，开孔处的平面位置（水平和垂直向）误差为±50mm。

3.3.4 水泥浆液配比

1）高压旋喷桩采用42.5R级普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比1∶0.8。

2）水泥浆应搅拌均匀，随拌随用，一次拌和的水泥浆应在初凝前注浆完毕。

3.3.5 钻进成孔及注浆

1）高压旋喷加筋水泥土桩采用专用钻机成孔，钻头采用鱼雷式钻头、承压板及搅拌叶片，钻杆为中空钻杆，钻进过程中，通过钻杆的中空通道边钻进边搅拌注浆；每搅拌完一次及时检查叶片磨损情况，及时更换损坏的叶片。

2）提速不超过15 cm/min，转速不低于20转/min，浆液流量不小于50 L/min。锚桩采用二次复喷，桩体每延米水泥用量为200～220 kg；扩大头采用四次复喷,扩大头每延米水泥用量为300～350 kg，以确保扩大头的直径。

3）成桩旋喷注浆压力为25～30mPa，桩径扩大端旋喷注浆压力为30～35mPa，特殊情况按如下原则调整:新填土中锚桩喷射压力为5～10mPa，淤泥等黏土中喷射压力为15～20mPa。钻杆退至孔口3m范围内应减压至5mPa以下。每一桩锚体的注浆量均大于理论计算量。

4）钻进过程中，桩锚体直径、长度允许偏差±50mm，相邻桩入射角错开5°。

3.3.6 锚筋制作

1）锚筋采用3根Φ15.2预应力钢绞线制作而成，其强度级别为1 860mPa，所用钢绞线在制作之前应有出厂合格证等质保材料，并送检合格后方可使用。

2）锚筋长度按设计桩长+冠梁厚度，并考虑冠梁外预留长度，桩外外留长度不应小于700mm，以便张拉。

3）在与混凝土冠梁结合段，采用钢绞线套PVC管的方法施工，在施工浇捣冠梁前应先绑扎好套在钢绞线上的PVC管。

3.3.7 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）通过钻杆的中空通道,边钻进边搅拌注浆，钻进同时将钢绞线及锚头结构件带入设计深度。加筋桩内插钢绞线，应进入旋喷桩底。

3.3.8 预应力基座制作与安装

1）本工程采用支护桩钢筋混凝土冠梁作为预应力基座。

2）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。

3.3.9 锚筋张拉与锁定

1）锚筋张拉锁定应在高压旋喷加筋水泥土桩施工结束且达到设计强度1mpa后进行。

2）根据设计要求采用250mm×250mm×20mm锚垫板，用千斤顶配合OVM15-3(2)锚具锁定于冠梁上；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）锚筋张拉应按隔桩张拉顺序进行。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。正式张拉前先用20%锁定荷载(Φ500加筋桩按每根钢绞线18 kN）预张拉一次,再以50% (Φ500加筋桩45 kN)、100%的锁定荷载(Φ500加筋桩90 kN)分级张拉，然后超张拉至110%锁定荷载(Φ500加筋桩99 kN)，在超张拉荷载下保持5min，观测锚头无位移现象后再按锁定荷载锁定。

4 质量控制要点及关键技术处理

1）注浆压力与提升速度应相配合，以确保额定浆量在桩身长度范围内均为分布；注浆作业开始和中途停止较长时间，再作业时宜用水或稀水泥浆润滑注浆泵及注浆管口。

2）布置灰浆制备系统应使灰浆的水平泵送距离不大于50m，方可确保注浆压力。

3）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；锚筋体安放后不得随意敲击，不得悬挂重物。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。

4）搅拌工艺在较硬地质中施工，应更换金刚钻头，确保顺利引孔。

5）环境振动严重影响加筋水泥土桩锚支护效果，因此控制好桩锚倾斜角度，防止机械等外界因素对基坑近距离扰动，可有效防止基坑事故。

6）张拉前，应对张拉设备进行标定。高压旋喷加劲水泥土桩桩体强度达到1mPa时，按规范及相关工艺要求进行张拉，以防止桩锚失效，并充分考虑邻近搅拌加筋桩之间的相互影响。

7）注意地下、地上水对基坑侧后土层的影响，可在冠梁边设置截水沟，因为水通过渗透可以影响加筋水泥土锚体与土层之间的黏结力和基坑侧后土压力，从而影响支护结构安全。

5 结语

目前本工程基坑东侧已开挖至承台底，深度约6.8m。严格按照监测方案监测，在施工过程中，坡顶水平及竖向位移、深层土体水平位移、周边道路沉降观测的累计最大变化量及变化速率等指标均在设计允许变化的范围内,基坑安全处于受控状态。

同时采用该技术后，方便地下室土方开挖及施工，降低了成本，与采用钢筋混凝土内支撑设计方案相比，约节省15%的造价，工期提前1个月左右，其经济效益显著。旋喷搅拌加筋桩系统在全国应用项目越来越多，在福建、厦门地区均有应用，工程实践表明加筋水泥土桩锚支护技术具有较灵活的组合形式,特别是在松软土层较厚等复杂场地条件下，加筋水泥土桩锚支护技术可以和已有传统支护结构有效组合，从而达到理想的支护效果。

[1]JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规程[S].中国建筑工业出版社.

[2]CECS 22:2005,岩土锚杆（索）技术规程[S].中国建设工程标准化协会标准.

[3]建筑施工手册(第四版缩印本)[M].中国建筑工业出版社.

[4]CECS 147:2004,加筋水泥土桩锚支护技术规程[M].中国建设工程标准化协会标准.

[5]刘全林,等.加筋水泥土斜锚桩基坑维护结构的稳定性分析及其应用[J].