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。
　　1 錨桿設計角度問題及分析
　　1.深基坑錨桿支護中,錨固力產生于滑裂面外深部穩定地層。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。另一方面還會產生一個下滑力,使錨桿臺座或支承腰梁產生向下滑移,引起預應力松弛,并可能造成坑壁變形也隨之增大。特別是在連續墻錨桿支護工程中,一般是在連續墻內預埋一塊鋼板,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。土層錨桿有關規范規定: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展階段,設計理論尚有待完善。錨桿設計一般是根據設計者本身經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。Rf―自由段極限摩阻力;R0―孔口擴孔區段砂漿抗剪阻力。孔口擴孔區段砂漿產生的抵抗力,可以通過一定方法進行消除,鉆孔時下一節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生摩阻力的,但這部分摩阻力在基坑開挖后,將轉變為負摩阻力。消除負摩阻力的方法是保證自由段不注漿。施工時可以用止漿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。通常通過調節泥漿性能、合理掌握鉆進參數即可成孔。極少數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。總的來說,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.施工機械目前專業的錨桿機市面上并不多,且多是國產新型機種,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,發展高性能的專業錨桿機是形勢發展的需要。
　　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:
　　①保證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;
　　②防止桿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,它是產生摩阻力的,而一旦開挖后,由于它處滑裂面內主動區,隨著坑壁位移產生,它會轉而產生負摩阻力。影響錨固效果,要消除這一現象,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漿塞來隔離自由段。
　　5 錨桿頭漏水問題深基坑支護中,錨桿頭出現滲水現象是較常見
　　(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、桿體與孔壁地層產生變形而出現裂隙;
　　(c)基坑使用過程中,由于變形發生或應力輕松等引起裂隙。滲漏水現象嚴重時會影響基坑內正常施工作業,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象,只有在基坑變形完全穩定后方能做到。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生流變,以及錨固體與土體的分界面在受力后產生相對的移動。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,土方開挖后產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”現象在錨桿張拉鎖定時,應精心操作,防止出現“假張拉”現象。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)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。