黃森良

（福建省建專(zhuān)巖土工程有限公司， 福建 泉州 362000）

0 引言

工程建設(shè)領(lǐng)域里各類(lèi)地下室、地下車(chē)庫(kù)及地鐵車(chē)站等工程施工，都會(huì)面臨深基坑工程問(wèn)題。樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)體系已是深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的常用型式之一，預(yù)應(yīng)力錨桿（錨索）施工技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是一般的錨桿（錨索）支護(hù)技術(shù)已經(jīng)很難滿(mǎn)足這些深基坑尤其是軟土深基坑的支護(hù)要求，這就促進(jìn)同行人士對(duì)錨桿（錨索）施工工藝進(jìn)行不斷研究和改進(jìn)。軟土基坑中，高壓旋噴擴(kuò)孔錨桿也已經(jīng)在許多工程中推廣應(yīng)用，筆者通過(guò)查閱相關(guān)資料以及相關(guān)工程實(shí)例，對(duì)其工作機(jī)理及應(yīng)用進(jìn)行了分析。

1 軟土的物理力學(xué)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(xì)粒土，它包括淤泥、淤泥質(zhì)土、有機(jī)質(zhì)土、泥炭土、泥炭。我國(guó)沿海地區(qū)軟土的物理力學(xué)性質(zhì)主要有如下特點(diǎn)：天然孔隙比大，含水量高；靈敏度高；壓縮性高；抗剪強(qiáng)度低；不均勻性；滲透性低，這造成了軟土在荷載作用下固結(jié)速率很慢，強(qiáng)度不易提高。

2 預(yù)應(yīng)力錨桿作用機(jī)理

錨桿的作用機(jī)理如圖1 所示。

圖1 錨桿受力機(jī)理

預(yù)應(yīng)力錨桿主要提供軸向抗拉，其通過(guò)外端固定于坡面，另一端穿過(guò)邊坡潛在滑動(dòng)面，錨固于邊坡內(nèi)部穩(wěn)定巖土體中，通過(guò)錨桿施加的預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)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(xué)性能，有效控制巖土體的位移，增加邊坡穩(wěn)定性。

預(yù)應(yīng)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(yīng)，即使巖土體復(fù)合成一體，從而提高巖土體的整體穩(wěn)定性；其二是對(duì)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(yīng)。通過(guò)改變邊坡巖土體一系列的物理性質(zhì)達(dá)到的，預(yù)應(yīng)力錨桿的預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的法向拉力一方面通過(guò)外置錨頭作用于邊坡表面，另一方面通過(guò)錨固段注漿材料和巖土體之間的粘結(jié)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(fù)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(xué)效應(yīng)。主要體現(xiàn)為邊坡表面錨桿的自由段張拉鎖定施加預(yù)應(yīng)力之后，彌補(bǔ)了邊坡原有的應(yīng)力，使邊坡由雙向受力狀態(tài)恢復(fù)為三向受力狀態(tài)，邊坡巖土體應(yīng)力產(chǎn)生二次重分布，使其內(nèi)部的初始裂隙閉合，進(jìn)而提高邊坡巖土體的整體剛度。對(duì)于邊坡巖土體而言，預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)邊坡的壓應(yīng)力作用有效控制巖土體的位移，同時(shí)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(duì)滑動(dòng)，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(kuò)孔錨桿的作用分析

對(duì)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?chē)鷰r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?chē)砻娴目倐?cè)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(kuò)孔部分的直徑；

τz——深度Z 處錨固體周?chē)翆拥目辜魪?qiáng)度；

q——錨固體擴(kuò)孔部分土體的抗壓強(qiáng)度；

A——錨固體擴(kuò)孔部分的承壓面積；

l1、l2、Z1、Z2——長(zhǎng)度。

τ為錨固體周?chē)翆拥目辜魪?qiáng)度，它主要取決于與土層粘聚力、內(nèi)摩擦角以及正應(yīng)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?chē)馏w的抗剪強(qiáng)度τ、錨固體長(zhǎng)度l、錨固體擴(kuò)孔部分土體的抗壓強(qiáng)度q。

高壓旋噴擴(kuò)孔錨桿相對(duì)于普通錨桿，主要是增大錨固體直徑、提高錨固體周?chē)馏w的抗剪強(qiáng)度。

（1）增大錨固體直徑。通過(guò)高壓旋噴在錨桿錨固段范圍內(nèi)擴(kuò)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(kuò)孔部分的承壓面積，提高錨桿的側(cè)摩阻力和錨固體受壓面的端阻力；同時(shí)，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?chē)鷰r土體，并與周?chē)鷰r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?chē)馏w的抗剪強(qiáng)度。錨固體周?chē)馏w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(duì)運(yùn)動(dòng)，加上漿液中的各種化學(xué)成分對(duì)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(duì)錨固體周?chē)馏w產(chǎn)生較高的正應(yīng)力。因此，錨固體周?chē)馏w的抗剪強(qiáng)度在一定程度上得到了提高。

4 工程實(shí)例

4.1 基坑工程概況

泉州華大片區(qū)6 號(hào)地塊棚戶(hù)區(qū)改造項(xiàng)目基坑位于324 國(guó)道旁，西側(cè)為幼兒園及操場(chǎng)，西側(cè)中段和北段為大學(xué)宿舍區(qū)，北側(cè)及東北側(cè)為大學(xué)舊建筑?；又荛L(zhǎng)約980m，開(kāi)挖深度約5.1-7.2m，開(kāi)挖范圍內(nèi)主要土層為雜填土、粉質(zhì)粘土、淤泥、中砂、殘積砂質(zhì)粘性土，基坑開(kāi)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(fēng)化巖殘積土中的地下水。

4.2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

考慮該基坑地層和周?chē)h(huán)境的復(fù)雜性，比較各種方案，最終采用如下支護(hù)方案：靠近國(guó)道一側(cè)，可用場(chǎng)地范圍比較大，采用攪拌樁+土釘墻支護(hù)；其余位置采用SMW 工法樁+預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)。錨桿的最大設(shè)計(jì)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(dá)到設(shè)計(jì)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(kuò)孔施工工藝。預(yù)應(yīng)力錨桿注漿采用單管高壓旋噴注漿，通過(guò)高壓旋噴在擴(kuò)孔段進(jìn)行高壓注漿形成較大直徑錨固體，擴(kuò)孔后保證錨固體直徑不小于400mm。

4.3 支護(hù)效果

在基坑工程施工前進(jìn)行了錨桿基本實(shí)驗(yàn)，基坑施工過(guò)程中，進(jìn)行了錨桿的抗拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明錨桿的施工質(zhì)量較好，其與土體具有較好的協(xié)作關(guān)系?；拥哪蟼?cè)坡頂在整個(gè)施工中為建筑材料運(yùn)輸通道，且項(xiàng)目部辦公、生活用房及倉(cāng)庫(kù)均建在南側(cè)，坡頂沒(méi)有出現(xiàn)可見(jiàn)裂縫，西側(cè)及西北側(cè)建筑也未發(fā)現(xiàn)裂縫，而且監(jiān)測(cè)資料表明基坑始終處于安全工作狀態(tài)。

5 總結(jié)

1、通過(guò)對(duì)高壓旋噴擴(kuò)孔錨桿在軟土中作用機(jī)理的分析，結(jié)合高壓旋噴擴(kuò)孔錨桿在軟土基坑支護(hù)的實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，在軟土基坑中，高壓旋噴擴(kuò)孔施工工藝對(duì)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(guò)小，尤其對(duì)于擴(kuò)孔錨桿，會(huì)引起錨桿周?chē)母邞?yīng)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(yīng)”，因此應(yīng)注意錨桿的間距或調(diào)整相鄰錨桿的傾角。

3、為保證錨固體與周?chē)翆佑凶銐虻慕佑|應(yīng)力，錨固體的上覆土層厚度應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求，上覆土層厚度太小會(huì)降低錨固體與土層的粘結(jié)力。采用高壓旋噴擴(kuò)孔施工工藝時(shí)，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(xiàn)內(nèi)。