囊袋式扩体锚杆在超高层深基坑中的应用

囊袋式扩体锚杆在超高层深基坑中的应用杂志名称：建筑技术开发刊登期号：2013年第10期作者：李奇志,魏小强,陈之[摘要]随着时代的进步和社会土地资源的稀缺，城市建筑基坑和地下空间工程的建筑红线外占地现象日益严重。而传统锚杆施工时，因其长度过长穿透相邻工地基坑施工造成的技术难题的现象也随之增多，囊袋式扩体锚杆因其锚杆长度短，受力机理好等优点在超高层深基坑中的应用，能更好的解决上述问题并减少未来城市建设发展的障碍与隐患，促进社会和谐发展，它着重介绍囊袋式扩体锚杆在超高层深基坑中的应用。1、工程概况及整体思路中国储能大厦场地基坑位于深圳市南山区科技园南区，科苑南路西侧，深南大道南侧，场地西侧紧邻地铁罗宝线，总建筑面积140632平方米，地下室部分35700平方米，地下4层，地上61层，总建筑高度为333.3米，基坑设计开挖深度为17.5m～20.5m，基坑坑中坑开挖深度为2.0m～4.0m，即本基坑最大开挖深度为24.5m。本项目施工场地三面环绕马路，又紧邻两家高层施工项目，场地北侧与地铁科技大厦项目仅一路之隔，场地西侧与深投控超高层公寓项目共用一边建筑用地红线，若基坑支护工程支护方式采用传统预应力锚杆施工，将会面临预应力锚杆与西侧工地工程桩桩位冲突、与北侧工地锚杆冲突等技术难题。由于囊袋式扩体锚杆其锚杆长度短，受力机理好等优点，本基坑支护工程支护方式采用囊袋式扩体锚杆。2、囊袋式扩体锚杆与普通锚杆的对比囊袋式扩体锚杆与普通锚杆的对比特点（1）与传统锚杆相比，将锚杆锚固段和自由段完全区别，锚杆结构传力体系和承载机理简单明确，单锚锚固力的计算值和工作荷载的确定更加准确。（2）与传统锚杆相比，锚固段长度和锚杆杆体长度大大缩短（锚固段一般可缩短至传统锚杆的1/4），减少施工材料和设备的损耗，具有较高的经济性；与现有的一些土层扩体锚杆相比，锚固段锚筋完全居中，传力及受力机理更加具有优势。（3）能够与高压喷射注浆或机械式扩孔技术等多种施工辅助工法相结合，从而适应更广泛、更复杂的地质条件，并提高锚固体系的承载和变形性能。（4）可配合加装可移除式锚索机构以及各种防腐结构，使得扩体锚杆的环保性和技术先进性大大提高。（5）在抗拔和抗浮锚固中也具有优异的工程性能。图2囊袋式扩体锚杆与传统锚杆承载性能的对比曲线3、囊袋式扩体锚杆原理囊袋式扩体锚杆的基本结构是由无粘结线材构成的自由段和带有囊式膨胀挤扩体的端承锚固段组成，其各组成部分见图3。图3囊带式扩锚杆单锚承载结构图在将装配式扩体锚索置入钻孔中的预设位置后，通过预设的分离式注浆管，向装配式挤扩体内注入一定配比的水泥浆液；随着浆体的注入，钻孔内的囊式膨胀挤扩体逐渐向预设的形状膨胀，同时，囊体周围土体和浆液逐渐被压密；伴随膨胀压力的提高，土体挤密区范围不断扩大，最终预估挤密区的影响范围可以达到囊体膨胀后直径的两倍范围。在经过挤密后，根据土体的密度—有效应力—抗剪强度的对应原则，囊体周围土体的强度提高，从而在膨胀水泥浆挤扩体的端承效应下，大大提高单根锚杆的极限承载力。传统锚杆依靠锚固段与周围土体的粘结力和摩擦效应来传力荷载，所以锚固力的大小取决于有效锚固段的长度；而承压型囊式扩体锚杆主要依靠膨胀挤扩体的端压作用承载，锚固力的大小主要取决于膨胀挤扩体的端头承载面积，所以膨胀挤扩体的长度只需满足能够对土体有效挤密的要求即可，锚固段的长度可以尽量的缩短。4、施工工艺及控制要点表1施工工艺流程Table1Constructionprocess4.1施工前准备施工前选取3根囊袋扩体锚杆进行试验，确定该地区地层囊袋扩体锚杆的极限抗拔力，了解锚杆抵抗破坏和承受荷载后的力学状态，为锚杆结构参数的调整和锚杆施工提供可靠依据，并考核施工工艺及设备的适应性，选择最优的施工方案。4.2测量定位控制为确定锚杆之间的定位误差和高程误差，应根据设计图放出每根锚杆的具体位置。首先对所有锚杆进行编号；其次利用已知点坐标，根据网格计算出各个孔位在施工坐标中的理论坐标，进行坐标编辑且上载到全站仪中；最后利用已知控制点设站、定向，用全站仪根据理论坐标逐一放样，定位点即为孔位。在定位的同时测量该点的地面高程，计算出钻孔深度。控制各锚杆的定位误差在20mm以内，高程误差在10mm以内。对特殊情况，经设计单位与甲方同意后可适当移位。4.3下钻成孔采用D73钻杆进行成孔（在砂层中为防止塌孔，采用等同扩体锚杆直径的168套管跟进），压水钻进的方法钻孔，钻进时压力水从钻管流向孔底，在一定水头压力下，水流携带钻削下来的渣土屑排出孔外，钻进时要不断供水冲洗，包括接长钻管和暂时停机，而且要始终保持孔口水位，待钻进至设计扩体段起始位置时，钻机原位旋转，并压水冲洗残留在孔内的土屑，直到流出的水不再浑浊为止。此时，拔出钻管，安装机械三臂扩孔器。4.4机械扩孔安装机械三臂扩孔器，钻管跟进至扩孔起始位置，采用测量孔外钻杆长度来推算扩孔长度，当扩孔长度达到设计要求后，反复水压冲洗钻孔。注意事项：——施工前要熟悉机械三臂扩孔器的施工要领，钻杆转速、钻进速度、压入水压等施工参数，确保扩孔直径满足设计要求。——扩孔完成后，应轻拉慢提，确定扩孔臂完全闭合后，提出钻管进行下一步作业，不能生拉硬拽，若扩孔器退出不顺利，应反复用水冲洗。4.5孔内注浆置换渣土扩孔工作完成后，用高压注浆管插入扩孔段底部注入水灰比0.5的浆体，置换内部沉渣使之泛出孔口，待孔口翻浆，拔出注浆管。4.6扩体锚杆制作和安放（下锚）1）现场扩体锚杆制作：首先在平整硬化好的场地上用电动切割机切割φ15.2mm1860级钢绞线，下料长度误差ΔL=+0～+50mm。然后，将切割好的钢绞线，穿过扩体锚杆囊袋的预留孔，在囊袋的钢绞线固定端，由经过专门培训的工人和专用设备在钢绞线此端安装P型锚头。随后，对安装好压力型锚头的这组钢绞线，采用配套多孔压板固定在扩体囊袋上，在外部套紧与之配套的钢护套，并采用点焊方式与囊袋连接。接着，用早强型无收缩灌浆料（或不沁水无收缩纯水泥浆）来填充扩套内部空隙，从而达到对压力型锚头的防护。最后，以1.5m的间隔在钢绞线上安装对中支座。注意：P型锚作为一种预应力钢绞线的固定装置，因其加工设备便宜、操作简单，质量稳定可靠，综合造价低等优点而被广泛采用。P型锚制作工艺：钢绞线端头用磨光机磨去毛刺→安装P型锚板→套入钢丝衬套→套入挤压套→开动油泵挤压。2）扩体锚杆的安放（下锚）安装带有快速接头的注浆钢管，并通过对中支架绑扎钢绞线和注浆管，人工将锚索置入锚孔内的预设位置4.7囊袋内灌注水泥浆连接注浆外管进行囊体的膨胀注浆，浆体水灰比控制在0.35-0.45，为了保证囊袋注浆饱满，控制泌水性，依据现场试验需添加减水剂和保水剂，添加比例为：水泥：水：减水剂：保水剂=1:0.4:0.01：0.0002，水泥浆的流动度控制在200～220mm，灌注体积控制在0.2m³。4.8囊袋顶部补浆拧下注浆钢管后上提100-200mm，开动中压泵进行补浆直至孔口返浆变色，补浆完成后除去快速接头后面的注浆外管，将注浆钢管全部提出冲洗，接着对孔口进行填土保护，完成一根扩体锚索施工。4.9锚固段二次压力注浆二次压力注浆在锚杆囊袋顶部补浆结束1小时以后进行。注浆压力控制在2.5MPa左右，浆体水灰比控制在0.50，补浆完毕后立即拔出注浆管4.10冠梁腰梁施工根据设计图纸、设计说明及相关规范等要求进行施工。4.11锚杆张拉锁定待基础梁做好并达到75%以上强度时，进行预应力锚索张拉。张拉按20%设计张拉荷载对其预张拉1-2次，以使各部分接触紧密、钢绞线平直。正式张拉至设计荷载的105%-110%后，再按规定值锁定。5、社会和经济效益分析与传统锚杆施工相比，承压式扩体式锚杆的施工以下社会效益和经济效益5.1社会效益1）推动建筑施工环保，减少废浆液和渣土排放；2）消除深基坑和地下空间工程的建筑红线外占地，减少未来城市建设发展的障碍与隐患，促进社会和谐发展。5.2经济效益1）能够在较为广阔的地域和工程项目中部分替代目前使用量极大的传统锚杆；2）基于技术优势可获得更高的单锚承载力、更好的防腐性能；3）由于材料省、工期短、承载力高，能够降低工程成本，其直接成本可以比传统锚杆减少10%-15%。6、结束语本文从囊袋扩体锚杆与传统锚杆的比较、原理分析、施工工艺、社会效益、经济效益等方面详细的介绍了囊袋扩体锚杆在超高层深基坑中的应用，并对需要注意的事项进行了强调。整个方案经济可行，为超高层深基坑锚杆施工提供了一条新的施工思路，值得类似工程学习与借鉴。参考文献[1]中冶集团建筑研究总院.CECS22：2005.岩土锚杆（索）技术规程［S］.北京:中国计划出版社，2005.[2]建筑施工手册(第五版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2011.12[3]冶金部建筑研究总院.GB50086—2001.锚杆喷射混凝土支护技术规范［S］.北京:中华人民共和国建设部，2001.10.[4]重庆市建设委员会.GB50330—2002.建筑边坡工程技术规范［S］北京:中华人民共和国建设部，2002.8.[5]深圳钜联锚杆技术有限公司、标力建设集团有限公司.JGJ/T282—2012.高压喷射扩大头锚杆技术规程［S］.北京:中华人民共和国住房和城乡建设部，2012.5.[6]中国建筑科学研究院.JGJ85—2002.预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程［S］.北京:中华人民共和国住房和城乡建设部，2010.10.[7]程良奎.基坑锚杆支护的新进展[J].建筑技术.1998(增刊)[8]程良奎.岩土锚固研究与新进展[J].岩石力学与工程学报.2005(21)