錨桿支護技術與深基坑施工若干問題探討

　　自由段長度與負摩阻問題土層錨桿是一種埋入土層深處的受拉構件,它一端與工程構筑物相連、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應力;一般來說,錨桿自由段Lf是根據(jù)基坑土體滑裂面計算出來的即Lf=(H+a-d),而錨固段長度則一般根據(jù)設計軸力Nt來估算:K?Nt=πDLa?qs式中qs―錨固段與土體的粘結強度,與鉆孔方法、土壤性質、內摩擦角φ、抗剪強度、固結強度、錨桿上覆土厚度、灌漿壓力等有關。一般由試驗確定,也可按規(guī)范取值。目前一些工程中存在自由段設計過短的情況,使得一部分錨固段處于滑裂面內主動區(qū)。
　　1 錨桿設計角度問題及分析
　　1.深基坑錨桿支護中,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,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,錨桿往往設計成與水平面成一定的角度,角度越大,越早進入穩(wěn)定地層。
　　2.從結構受力分析,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結構是有益的。從上式可以看出,θ越小,水平分力越大,對支護越有利;反之θ越大,水平分力越小,相應的垂直分力會越大。另一方面還會產(chǎn)生一個下滑力,使錨桿臺座或支承腰梁產(chǎn)生向下滑移,引起預應力松弛,并可能造成坑壁變形也隨之增大。特別是在連續(xù)墻錨桿支護工程中,一般是在連續(xù)墻內預埋一塊鋼板,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,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,有利于提高灌漿質量。但是,角度太大時,鉆孔時機器須貼近孔口,同時須墊高機座,會給工人起卸鉆具帶來操作困難。錨桿角度超過40°時,施工難度大增。土層錨桿有關規(guī)范規(guī)定:錨桿角度不應小于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 關于錨桿基本試驗錨桿基本試驗
　　由于土層錨桿技術正處于發(fā)展階段,設計理論尚有待完善。錨桿設計一般是根據(jù)設計者本身經(jīng)驗及場地地質條件進行取值,而地質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用的土層時,必須進行基本試驗,為設計、施工提供依據(jù)。Rf―自由段極限摩阻力;R0―孔口擴孔區(qū)段砂漿抗剪阻力?？卓跀U孔區(qū)段砂漿產(chǎn)生的抵抗力,可以通過一定方法進行消除,鉆孔時下一節(jié)孔口管可以有效防止擴孔,張拉時應盡量保持臺座中心孔徑與孔口砂漿直徑一樣。錨桿張拉試驗時,自由段砂漿體實際上是產(chǎn)生摩阻力的,但這部分摩阻力在基坑開挖后,將轉變?yōu)樨撃ψ枇ΑＯ撃ψ枇Φ姆椒ㄊ潜ＷC自由段不注漿。施工時可以用止?jié){塞將自由段與錨固段隔開,亦可采用定量注漿法。
　　3 關于錨桿成孔工藝
　　1.護壁問題地質條件復雜多變,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土、粉細砂或中粗砂、粘性土或粉土等土層及各種風化程度不同的泥質、砂礫質等基巖層。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砂層時,應注意護壁。通常通過調節(jié)泥漿性能、合理掌握鉆進參數(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化層,兩者并沒有明顯的使用界限。在遇到堅硬巖層時,全面鉆進效率降低,可采用合金或金剛石鉆頭,用“取芯鉆進法”進行施工。
　　3.施工機械目前專業(yè)的錨桿機市面上并不多,且多是國產(chǎn)新型機種,技術性能尚待完善。錨桿施工的主要機械仍是地質勘探鉆機,這種鉆機雖然性能不很突出,但暫時還能滿足工程建設需要。不過,發(fā)展高性能的專業(yè)錨桿機是形勢發(fā)展的需要。
　　4.關于錨桿制作錨桿加工時,一般沿軸向每隔1.5～2.0m設置一中位架(隔離架),中位架作用有兩個:
　?、俦ＷC桿體在孔內有一定的砼保護層,防止桿體材料在孔內直接托底;
　?、诜乐箺U材在運輸安裝時散亂。對鋼絞線錨桿,中位架市面上有專用產(chǎn)品買。
　　4 關于錨桿注漿工藝
　　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行,在張拉鎖定之前,一般需要等一段時間的齡期,以使錨桿注漿體達到一定強度。
　　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下入兩條注漿管,一條為帶有許多小孔的預埋花管,并用黑膠布將小孔封閉,另一條在進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,兩次注漿時間間隔問題,要根據(jù)工程實際情況由試驗確定,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壓力進行注漿。此法在對裂隙發(fā)育、涌漏水的地層時收到了良好的效果。
　　3.注漿形式質疑目前所采用的“全孔法”注漿方式是值得商榷的。因為自由段內注漿體在土方未開挖、進行預應力張拉時,它是產(chǎn)生摩阻力的,而一旦開挖后,由于它處滑裂面內主動區(qū),隨著坑壁位移產(chǎn)生,它會轉而產(chǎn)生負摩阻力。影響錨固效果,要消除這一現(xiàn)象,須在注漿方式上進行改變,常壓注漿方式下可以進行錨固段定量注漿。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)灌漿時孔口密封不嚴;
　　(b)錨桿張拉鎖定時,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)生或應力輕松等引起裂隙。滲漏水現(xiàn)象嚴重時會影響基坑內正常施工作業(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進行。堵漏方式是:鑿開漏水通道,先用砂漿預埋兩條注漿管引水,待砂漿具有一定強度時,再通過此兩條預埋管進行壓力注漿堵漏。
　　6 錨桿應力松弛問題
　　1.松馳原因探討,通過飽和軟土中錨桿的松弛試驗認為,引起松弛的原因為錨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。對于深基支護中的錨桿,還有以下原因可能導致應力松弛:
　　(1)由于自由段設計太短,使得一部分錨固段處于滑裂面內的主動區(qū),土方開挖后產(chǎn)生負摩阻效應造成應力松弛;
　　(2)全孔注漿方式時,自由段內砂漿體在土方開挖后亦產(chǎn)生負摩阻力;
　　(3)錨桿傾角過大時,錨桿垂直分力使錨頭臺座及腰梁向下產(chǎn)生滑移,造成應力松弛;
　　(4)當多排錨桿一起構成支護體系時,下層錨桿張拉鎖定時,會對上層錨桿受力情況產(chǎn)生影響,同一排內相鄰錨桿施工時也會相互影響,引起預應力損失;
　　(5)錨固時,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,應精心操作,防止出現(xiàn)“假張拉”現(xiàn)象。安裝錨具時,應將壓板有凹槽的一面對準錨頭,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,此時錨桿實際受力Nt'與所施加的力Nt(油表讀數(shù))是一致的,即Nt=Nt'。當壓板裝翻時,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深基坑開挖支護工程中,尤其是錨桿施工,經(jīng)常會遇到周圍建筑物基礎、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高及角度來避開;而對于相鄰建筑物基礎,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 結束語
　　目前,深基坑支護工程多采用排樁或地下連續(xù)墻加支撐的支擋型結構。而錨桿支護由于具有施工速度快、施工難度較小、造價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,已成為深基坑支護中普遍采用的支護技術。