高壓旋噴擴孔錨桿在軟土基坑中的應用

黃森良

（福建省建專巖土工程有限公司， 福建 泉州 362000）

0 引言

工程建設領域里各類地下室、地下車庫及地鐵車站等工程施工，都會面臨深基坑工程問題。樁錨支護結構體系已是深基坑支護結構的常用型式之一，預應力錨桿（錨索）施工技術已經(jīng)非常成熟，但是一般的錨桿（錨索）支護技術已經(jīng)很難滿足這些深基坑尤其是軟土深基坑的支護要求，這就促進同行人士對錨桿（錨索）施工工藝進行不斷研究和改進。軟土基坑中，高壓旋噴擴孔錨桿也已經(jīng)在許多工程中推廣應用，筆者通過查閱相關資料以及相關工程實例，對其工作機理及應用進行了分析。

1 軟土的物理力學特性

軟土一般是指天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的細粒土，它包括淤泥、淤泥質土、有機質土、泥炭土、泥炭。我國沿海地區(qū)軟土的物理力學性質主要有如下特點：天然孔隙比大，含水量高；靈敏度高；壓縮性高；抗剪強度低；不均勻性；滲透性低，這造成了軟土在荷載作用下固結速率很慢，強度不易提高。

2 預應力錨桿作用機理

錨桿的作用機理如圖1 所示。

圖1 錨桿受力機理

預應力錨桿主要提供軸向抗拉，其通過外端固定于坡面，另一端穿過邊坡潛在滑動面，錨固于邊坡內(nèi)部穩(wěn)定巖土體中，通過錨桿施加的預應力，加大滑移面上的法向壓力，從而產(chǎn)生抗滑阻力，使邊坡巖土體的結構面處于受壓狀態(tài)，從而增大抗滑阻力，以提高邊坡巖土體的整體性，改善巖土體的力學性能，有效控制巖土體的位移，增加邊坡穩(wěn)定性。

預應力錨桿錨固作用主要體現(xiàn)在兩方面：其一是錨桿的物理效應，即使巖土體復合成一體，從而提高巖土體的整體穩(wěn)定性；其二是對邊坡表面提供壓力以約束邊坡向臨空方向產(chǎn)生變形。

（1）錨桿的物理效應。通過改變邊坡巖土體一系列的物理性質達到的，預應力錨桿的預應力產(chǎn)生的法向拉力一方面通過外置錨頭作用于邊坡表面，另一方面通過錨固段注漿材料和巖土體之間的粘結作用于巖土體內(nèi)部，使邊坡巖土體成為由錨桿、注漿體和巖土體相互作用的復合體，增加了巖土體整體剛度，從而提高巖土體的整體穩(wěn)定性。

（2）錨固的力學效應。主要體現(xiàn)為邊坡表面錨桿的自由段張拉鎖定施加預應力之后，彌補了邊坡原有的應力，使邊坡由雙向受力狀態(tài)恢復為三向受力狀態(tài)，邊坡巖土體應力產(chǎn)生二次重分布，使其內(nèi)部的初始裂隙閉合，進而提高邊坡巖土體的整體剛度。對于邊坡巖土體而言，預應力錨桿對邊坡的壓應力作用有效控制巖土體的位移，同時加大巖土層和滑移面間的摩擦力，且錨桿本身的抗剪切作用可以阻礙巖土層間的相對滑動，使巖土層夾緊形成組合梁，從而提高巖土層的承載能力。

3 高壓旋噴擴孔錨桿的作用分析

對于土層錨桿，影響錨桿抗拔承載力的主要因素是錨固體與周圍巖土體之間的極限摩阻力，根據(jù)Habib 經(jīng)典理論公式：

式中：Pug——土層錨桿的極限抗拔力；

F——錨固體周圍表面的總側阻力；

Q——錨固體受壓面的總端阻力；

D1——錨固體直徑；

D2——錨固體擴孔部分的直徑；

τz——深度Z 處錨固體周圍土層的抗剪強度；

q——錨固體擴孔部分土體的抗壓強度；

A——錨固體擴孔部分的承壓面積；

l1、l2、Z1、Z2——長度。

τ為錨固體周圍土層的抗剪強度，它主要取決于與土層粘聚力、內(nèi)摩擦角以及正應力。

由公式（1）可知決定錨桿抗拔承載力的主要因素有：錨固體直徑D、錨固體周圍土體的抗剪強度τ、錨固體長度l、錨固體擴孔部分土體的抗壓強度q。

高壓旋噴擴孔錨桿相對于普通錨桿，主要是增大錨固體直徑、提高錨固體周圍土體的抗剪強度。

（1）增大錨固體直徑。通過高壓旋噴在錨桿錨固段范圍內(nèi)擴孔形成較大直徑錨固體，增大了錨固體的表面積及錨固體擴孔部分的承壓面積，提高錨桿的側摩阻力和錨固體受壓面的端阻力；同時，在一些薄弱部位，巖土體難以抵抗?jié){液的壓力，產(chǎn)生劈裂作用，漿液擠入周圍巖土體，并與周圍巖土體產(chǎn)生相互作用，在錨桿錨固段形成不規(guī)則形狀的錨固體。

（2）提高錨固體周圍土體的抗剪強度。錨固體周圍土體在高壓旋噴注漿后，在壓力的影響下減小原土顆粒之間的距離，增加土顆粒間咬合作用，減小了土顆粒之間相對運動，加上漿液中的各種化學成分對土顆粒的作用，使土體的粘聚力、內(nèi)摩擦角得到提高。高壓旋噴注漿的擠密作用、劈裂作用等都能對錨固體周圍土體產(chǎn)生較高的正應力。因此，錨固體周圍土體的抗剪強度在一定程度上得到了提高。

4 工程實例

4.1 基坑工程概況

泉州華大片區(qū)6 號地塊棚戶區(qū)改造項目基坑位于324 國道旁，西側為幼兒園及操場，西側中段和北段為大學宿舍區(qū)，北側及東北側為大學舊建筑?；又荛L約980m，開挖深度約5.1-7.2m，開挖范圍內(nèi)主要土層為雜填土、粉質粘土、淤泥、中砂、殘積砂質粘性土，基坑開挖范圍內(nèi)的地下水主要是雜填土中的上層滯水和中砂層中的承壓水以及風化巖殘積土中的地下水。

4.2 基坑支護設計

考慮該基坑地層和周圍環(huán)境的復雜性，比較各種方案，最終采用如下支護方案：靠近國道一側，可用場地范圍比較大，采用攪拌樁+土釘墻支護；其余位置采用SMW 工法樁+預應力錨桿支護。錨桿的最大設計軸向抗拔力為390kN，由于錨固段很大一部分位于淤泥層中，采用常規(guī)的錨桿施工工藝要達到設計的軸向抗拔力比較困難，因此，為了保證錨桿有足夠的抗拔力，錨桿的施工采用了高壓旋噴擴孔施工工藝。預應力錨桿注漿采用單管高壓旋噴注漿，通過高壓旋噴在擴孔段進行高壓注漿形成較大直徑錨固體，擴孔后保證錨固體直徑不小于400mm。

4.3 支護效果

在基坑工程施工前進行了錨桿基本實驗，基坑施工過程中，進行了錨桿的抗拔試驗，試驗結果表明錨桿的施工質量較好，其與土體具有較好的協(xié)作關系?；拥哪蟼绕马斣谡麄€施工中為建筑材料運輸通道，且項目部辦公、生活用房及倉庫均建在南側，坡頂沒有出現(xiàn)可見裂縫，西側及西北側建筑也未發(fā)現(xiàn)裂縫，而且監(jiān)測資料表明基坑始終處于安全工作狀態(tài)。

5 總結

1、通過對高壓旋噴擴孔錨桿在軟土中作用機理的分析，結合高壓旋噴擴孔錨桿在軟土基坑支護的實際應用效果來看，在軟土基坑中，高壓旋噴擴孔施工工藝對于提高錨桿抗拔承載力是一種比較有效的措施。

2、錨桿的布置是以排、列的形式出現(xiàn)的，如果錨桿間距過小，尤其對于擴孔錨桿，會引起錨桿周圍的高應力區(qū)疊加，繼而影響錨桿的抗拔力和增加錨桿位移，即產(chǎn)生“群錨效應”，因此應注意錨桿的間距或調整相鄰錨桿的傾角。

3、為保證錨固體與周圍土層有足夠的接觸應力，錨固體的上覆土層厚度應滿足規(guī)范要求，上覆土層厚度太小會降低錨固體與土層的粘結力。采用高壓旋噴擴孔施工工藝時，需保證上覆土層有一定的厚度，以防止高壓力下漿液溢出地表或者流入地下管線內(nèi)。