扩大头可回收锚索与工法桩复合支护技术应用

陈永进

(福建省水文地质工程地质勘察研究院，福建漳州 363000)

0 引言

在对软土地区较厚砂层基坑支护设计时，常规采用钻孔灌注桩、管桩支护的施工方法受到限制，往往工期较长，且对砂层还需另外设计止水帷幕，尤其是管桩在软土地层施打产生的挤土效应对敏感建筑物造成的影响不容忽视，需采用干扰小,且能够保证既有建筑安全的工艺。由于SMW工法机械化程度高,具有施工安全、可靠、对周围扰动较小、成孔垂直精度高、无泥浆污染等特点，此工艺在软土地区较厚砂层施工中得到较多应用。通过扩大头可回收锚索技术+SMW工法在漳州某项目基坑支护中的应用,针对该工艺成孔具有刚度大、施工快速、止水效果好等特点，提高基坑支护效果及经济性，为此后类似软土地区较厚砂层提供参考和经验。

1 拆卸型与U型可回收锚索工艺比较

目前工程应用比较多的主要有可拆卸型可回收锚索、U型压力分散型可回收锚索[1-2]，各工艺优劣见表1。

表1 可回收锚索工艺比较表

锚索是比较常见的支护技术，应用比较普遍的是排桩加锚索支护形式，但锚索长度一般都在20～30 m以上，超过市政道路用地红线及临近建筑地下空间，造成侵权，且对后期施工造成难度，增加成本。可回收锚索技术便应运而生，且在市区使用日益频繁，其中选择回收率高的工艺是此项技术应用的关键。

2 扩大头锚索与普通锚索工艺比较

扩大头锚索是指对锚固段进行扩孔，见图1，普通锚索见图2。两种工艺对比见表2。

图1 扩大头拆卸型可回收锚索工艺

图2 普通U型可回收压力分散型锚索示意图

表2 扩大头与普通锚索工艺比较表

从应用效果角度对两种工艺进行比较，扩大头反拉锚索比普通锚索抗拉力可提高2～3倍，大大地减少锚索的长度，同时回收率也大大增加，可以达到80%至90%。

市区基坑开挖，近年来往往有两层地下室，再加上场地受限，垂直开挖基坑对于锚索设计拉力值往往很大，如按普通锚索配置，锚索需要很长且锚索根数相应较多，对施工造成难度，效率不高且不经济。采用扩大头锚索，在设计拉力值不变的情况下，可大大减少锚索的长度和根数，节省造价，提高施工效率[3-5]。

3 SMW与传统排桩+桩间止水桩比较

传统排桩施工工艺与SMW工法大不相同，工法桩在保证基坑的支护效果外，更是提高了施工的进度和可控性[6-10]。(见表3)

表3 SMW工法桩与传统排桩+桩间止水桩比较表

目前，基坑地下水位较高者，常采用排桩间设置素混凝土桩、排桩间设置高压旋喷桩进行桩间挡土止水，隔绝地下水，但如果基坑深度较深，施工桩间止水桩对于桩机垂直度的要求较高，需要操作工人具有较高的施工水平，对于地下存在软弱土层施工更为不利，采用钻孔灌注桩或者长螺旋施工桩间旋喷桩更易偏向一侧，出现斜孔，起不到挡土止水效果，对于后期施工及堵漏造成严重影响。综合考虑，对于软土地层或者砂质地层(细砂)，桩长较长者，采用三轴搅拌桩内插型钢是比较好的选择。

4 工程应用

4.1 工程背景

以漳州市龙文区某工地为例，该工程位于九龙大道东侧，横四路北侧，主要由10幢高层建筑、商场、商业服务网点、物业管理用房组成。地下工程设二层地下室，基坑挖深7.80～9.70 m。基坑面积约10900 m2，周长约450 m。

4.2 工程地质及水文条件

根据钻孔揭露，场地内分布的主要土层有人工堆填的杂填土，海积的淤泥质土，冲海积的砂类土，冲洪积的黏性土、砂类土、卵石及残积成因的残积黏性土层，基底为不同风化程度的燕山晚期侵入花岗闪长岩，局部见有喜山期辉绿岩脉(见图3)。

图3 典型地质剖面图

场地内地下水类型包括赋存于杂填土层孔隙中的上层滞水，赋存于细砂④和细砂⑥、砾砂⑦、卵石⑧层中的孔隙承压水，赋存于强风化岩层中的风化裂隙承压水，以及中等风化花岗岩、中等风化辉绿岩脉层中的基岩裂隙水。稳定水位埋深为1.97～5.06 m(标高5.40～6.12 m)。

4.3 围护结构设计

(1)拟建物西侧约6.0 m为九龙大道，宽约15 m，为漳州至长泰县的主要交通要道，交通繁忙，北侧为已建一层酱油厂房及部分二层民用住宅(相距约4 m)，基础采用以粉质黏土为持力层的混合结构建筑物，南侧为刚开通不久的横四路(相距约6 m)，宽约18 m，东侧为空地。

市政红线距离基坑较近，北侧业主拟后期开发建设，要求锚索不应超过其界线，根据采用的基坑支护类型，采用可回收锚索技术[4-7]。

①比较U型压力分散型锚索和可拆卸型锚索两种可回收锚索，近年来可回收锚索施工经验表明，可回收U型压力分散型锚索的钢绞线回收率很低，可拆卸型锚索回收率可在80%至90%；

②结合本工程实际，可回收U型压力分散型锚索底段为两条锚索，推送锚杆入孔内时很容易偏向一侧，加之锚杆钻孔穿越地层为较厚砂层，孔壁很难保护，采用三条钢绞线构成的单元可拆卸压力型锚杆体，以便于推送锚杆体进入孔内。

(2)设计计算时采用北京理正软件设计研究院的深基坑支护结构软件F-(SPW7.0PB5版)，本工程如采用普通锚索，需采用4索35～40 m长的锚索，人工下锚索无法实现，需用钻杆推送进入孔内，极大地降低施工效率，但采用扩大头锚索，长度缩减至25～30 m，人工推送锚索易于实现，提高锚索施工效率和钢绞线回收率，同时，在设计拉力值相同的情况下，锚固段可相应减少，降低工程成本。本工程普通锚索改为扩大头锚索，锚索工程量由19170 m减少至13129 m，大大减少锚索长度。

本工程拉力标准值在210～270 kN，拉力设计值在289～371.3 kN，采用扩大头锚索使的原有的锚索长度由4索35～40 m减少至3索25～30 m。

扩大头锚索在锚固段扩孔，在不增加锚固段长度情况下可获得更大抗拔承载力，施工工艺也不复杂。本工程钻孔采用机械成孔，成孔孔径150 mm，成孔后自下而上对锚固段实施高压旋喷扩孔，孔径扩大至≥φ300 mm。扩孔的旋转速5～15 r/min，提升速度 100～250 mm/min；喷射时高压浆泵的压力20～30 MPa，流量60～120 L/min。喷射头均匀旋转、提升，喷射管分段提升的搭接长度不得小于100 mm，此操作与旋喷桩工艺相似，属于比较成熟的工艺，施工效果易于保证。施工流程见图4。

图4 旋喷扩孔预应力锚索施工流程

(3)拟建建筑物以细砂层为持力层，基础进入砂层2～4 m，基坑深度7.8～9.3 m，根据勘察报告揭露的地层，上部4～5 m不是砂层，向下10～20 m范围内都是细砂，粒径较小，为三轴搅拌桩及型钢施工提供可能。根据设计计算，桩嵌固深度应在13 m以上，总桩长在20 m以上，桩长较长，如采用排桩间设置素混凝土桩、排桩间设置高压旋喷桩，因桩长较长，较易斜孔，对桩机的垂直度及工人的操作水平提出更高的要求，而三轴搅拌桩及型钢在施工上效果会更好。

本工程水位较高，细砂层较厚，流动性大，隔水层较深，且隔水层在基坑范围内部分缺失，截水帷幕无法完全隔绝透水层。降水是必不可少，但为减少降水量以及对周围道路及建筑物影响，应在基坑内降水，且应尽量增加截水帷幕水力路径，提高水力坡降(见图5)。

图5 典型剖面图(单位：m、mm)

4.4 围护结构施工效果分析

本工程在2018年8月10日由1台三轴搅拌桩机进场施工，至2018年09月12日搅拌桩及型钢施工完成，历时33天，共施工H型钢788根17336延米；φ850 mm水泥搅拌桩943根20746 m，施工过程顺利，施工进度快慢主要受天气和材料供应影响。H型钢及搅拌桩施工设备退场后，随即进行清理场地，开挖至冠梁土方，施工锚索，共完成扩大头锚索496根13129 m，接着施工冠(腰)梁，进行土方开挖，至2018年12月份基坑土方开挖完成。整个基坑支护和土方开挖期间正好在当地的雨季，经建设单位委托的第三方监测结果表明，从基坑土方开挖至2019年6月基坑回填期间，基坑支护变形和周边建(构)筑变形均未超过设计预警值，基坑位移很小，最大水平位移为11 mm，最大竖向位移为11 mm，基坑侧壁没有出现渗、漏水现象(见图6)。

图6 基坑全貌现场照片

5 结论

(1)扩大头锚索与可回收锚索在工程中同时运用，可以解决市区深基坑支护施工瓶颈，进一步提升锚索的运用空间，提高施工效率和支护效果。

(2)搅拌桩在地基处理中，特别是砂层处理效果较好，应用较为广泛，而三轴搅拌桩机较传统的搅拌桩机搅拌能力更强，水泥土能得到充分搅拌，保证墙体强度和抗渗性。三轴搅拌桩内插H型钢，较以往的排桩施工，可缩短工期，同时型钢可回收利用，大大降低成本。

(3)通过实例分析，使用的扩大头可回收锚索与SMW工法桩复合支护技术在软弱土地层或深厚细砂层(粒径不大于0.5 mm)适用性良好，不仅加快施工速度，节省工程造价，而且刚度大，支护效果好，在沿海地区值得推广。