摘 要：高壓旋噴加勁水泥土樁錨是一種新型的巖土支護(hù)與加固結(jié)構(gòu)。論文首先簡(jiǎn)要總結(jié)了傳統(tǒng)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，在對(duì)比分析基礎(chǔ)上，說明了高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術(shù)的先進(jìn)性；然后闡明了高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術(shù)的工藝原理，明確其施工工藝流程與操作要點(diǎn)，提出關(guān)鍵工序質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量控制要點(diǎn)；最后結(jié)合武漢市水果湖隧道工程實(shí)例，綜合分析了應(yīng)用高壓旋噴加勁水泥土樁錨新技術(shù)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。綜合分析結(jié)果表明，高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、方便施工、節(jié)約造價(jià)和縮短工期等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：深基坑；支護(hù)結(jié)構(gòu)；高壓旋噴加勁水泥土樁錨；工藝流程；質(zhì)量控制；綜合效益
中圖分類號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1009-7767（2012）01-0017-04
Application of High Pressure Jet Grouting Reinforced Cement Pile Anchor Technology in Deep Foundation Pit
Deng Liming，Yao Yingkang，Liu Quanlin
深基坑支護(hù)技術(shù)復(fù)雜且綜合性強(qiáng)，涉及到工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等多門學(xué)科，影響到工程施工的安全、質(zhì)量、成本、工期、環(huán)保等各個(gè)方面[1]。因此，根據(jù)工程特點(diǎn)，選擇一種安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的巖土加固方法意義重大且深遠(yuǎn)。
1 技術(shù)先進(jìn)性
目前，廣泛應(yīng)用于深基坑支護(hù)的結(jié)構(gòu)形式主要有內(nèi)支撐、土釘、錨桿、排樁+錨索和擋土墻等。傳統(tǒng)巖土加固支護(hù)技術(shù)雖應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟，但在實(shí)際應(yīng)用過程中也暴露出了一些缺點(diǎn)和不足。例如，內(nèi)支撐存在著形式復(fù)雜、施工不便、施工拆除耗時(shí)較長、投入較大等缺點(diǎn)；土釘錨桿存在著適用性較差、基坑安全穩(wěn)定性難以保證等缺點(diǎn)；重力式擋墻存在著墻身截面大、圬工數(shù)量大等缺點(diǎn)[2]。
高壓旋噴加勁水泥土樁錨，是指采取特定形式的鉆頭，通過高壓旋噴攪拌方法在土層中形成水平、傾斜或垂直的變徑水泥土樁體，然后布設(shè)錨筋，施加預(yù)應(yīng)力后，在被支護(hù)和加固的土體中形成支護(hù)與加固結(jié)構(gòu)，是一種新型的受拉錨固結(jié)構(gòu)[3-4]。與傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)體系相比，高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術(shù)的先進(jìn)性體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：
1）高壓旋噴加勁水泥土樁錨可主動(dòng)有效地改善土體物理力學(xué)性能，克服常規(guī)錨索、錨桿與軟土之間錨固力不足，以及由于塌孔而無法施工等缺點(diǎn)；
2）高壓旋噴加勁水泥土樁錨可適用于不同的地質(zhì)和場(chǎng)地條件，施工時(shí)有著較強(qiáng)的適應(yīng)性，所需作業(yè)空間不大；
3）高壓旋噴加勁水泥土樁錨用于深基坑支護(hù)時(shí)，相比傳統(tǒng)內(nèi)支撐方式而言，具有空間開闊、施工便利、安全性好等優(yōu)點(diǎn)；
4）相比傳統(tǒng)巖土加固支護(hù)技術(shù)，高壓旋噴加勁水泥土樁錨可有效降低工程成本，節(jié)約工程造價(jià)約10%～40%，縮短施工工期20%～50%。
2 工藝原理
高壓旋噴加勁水泥土樁錨結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。通過高壓旋噴形成的大直徑水泥土樁體，首先可對(duì)松散軟土的力學(xué)性能作出改善，使軟土改變成具有較高強(qiáng)度的水泥土體，有效提高土體的粘聚力、內(nèi)摩擦角值和抗?jié)B能力；其次，大直徑且變徑的水泥土樁體，因與土層接觸面積較大，樁體與土層之間產(chǎn)生較大摩阻力，可確保支護(hù)結(jié)構(gòu)錨固力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
通過錨錠板和添加的水泥外加劑，可使水泥土體與錨筋之間、水泥土體與原土體之間能較快產(chǎn)生較高的黏結(jié)力，從而在軟弱土層中獲得較高的錨固力。錨筋施加預(yù)應(yīng)力以后，借助變徑的水泥土樁體，使傳遞到土體中的應(yīng)力值大大降低，從而使軟土的流變變形處于收斂狀態(tài)，改善了錨筋體傳遞給軟土體的受力條件，對(duì)被加固土體的變形產(chǎn)生有效約束作用。
3 工藝流程與操作要點(diǎn)
3.1 工藝流程
高壓旋噴加勁水泥土樁錨施工工藝流程見圖2。
3.2 操作要點(diǎn)
3.2.1 施工準(zhǔn)備
1）高壓旋噴加勁水泥土樁錨施工前，應(yīng)詳細(xì)研究設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要求、地層條件和環(huán)境條件；
2）對(duì)設(shè)計(jì)階段考慮到的地下埋設(shè)物、障礙物應(yīng)做進(jìn)一步核查，并進(jìn)一步確定其位置、形狀、尺寸和數(shù)量，同時(shí)提出排除和防護(hù)處理等措施；
3）掌握工程周圍狀況、建筑物狀態(tài)及其影響，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問題并提出相應(yīng)對(duì)策；
4）認(rèn)真檢查原材料及各種儀器設(shè)備的型號(hào)、品種、規(guī)格，檢查其主要性能是否符合設(shè)計(jì)要求；
5）對(duì)于地質(zhì)條件特殊或特別重大工程，宜在正式施工前進(jìn)行鉆孔成樁、張拉鎖定試驗(yàn)，以獲得有較強(qiáng)針對(duì)性的施工工藝參數(shù)，同時(shí)考核施工工藝和施工設(shè)備的適應(yīng)性。
3.2.2 鉆機(jī)定位
1）當(dāng)土方開挖溝槽后，測(cè)量人員應(yīng)在高壓旋噴加勁水泥土樁施工前根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將鉆孔的孔位、方位測(cè)定，并予以編號(hào)；
2）由于鉆機(jī)安裝定位質(zhì)量不僅影響成樁質(zhì)量，同時(shí)還影響施工速度和人員安全。因此，鉆機(jī)安裝定位應(yīng)按照“正、平、穩(wěn)、固”的要求，確保鉆機(jī)受力后不搖擺、不移位；
3）鉆機(jī)定位后，采用鉆機(jī)自帶羅盤校核鉆孔開孔角度，使開孔角度誤差不超過1°，開孔處的水平和垂直向誤差不大于50mm；
4）鉆進(jìn)施工前應(yīng)在場(chǎng)地中挖好排水溝及循環(huán)漿池，以避免因泥漿隨意排放而影響正常施工。
3.2.3 水泥漿液配比
1）注漿材料一般選用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥凈漿，如有特殊需要，可添加外加劑；
2）水泥摻入量一般為20％～30%，水灰比一般選0.7～1.0，若地層情況特殊，則需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行漿液配比試驗(yàn)，確保高壓旋噴加勁水泥土樁的成樁質(zhì)量；
3）水泥漿應(yīng)拌和均勻，隨拌隨用，一次拌和的水泥漿應(yīng)在初凝前用完。
3.2.4 鉆進(jìn)成孔
1）高壓旋噴加勁水泥土樁采用專用鉆機(jī)成孔，鉆頭采用一次性鉆頭加攪拌葉片（專利號(hào)：ZL 2009 2 0210581.6），鉆桿為中空鉆桿，鉆進(jìn)過程中，通過上述鉆桿的中空通道邊鉆進(jìn)邊攪拌注漿；
2）旋噴攪拌鉆進(jìn)壓力一般為15～20MPa，攪拌鉆桿的鉆進(jìn)、提升速度分別控制在0.3～0.5m/min、0.7～0.9m/min左右，攪拌鉆桿（軸）的轉(zhuǎn)速控制在20～50r/min左右，具體應(yīng)用時(shí)可結(jié)合實(shí)際地層條件進(jìn)行調(diào)整，以確保攪拌樁樁體成樁質(zhì)量；
3）擴(kuò)大頭的旋噴攪拌的進(jìn)退次數(shù)比樁身增加2次，以確保擴(kuò)大頭的直徑；
4）鉆進(jìn)過程中，通過鉆桿數(shù)量控制樁長偏差≤10cm，通過鉆進(jìn)壓力、鉆進(jìn)速度與轉(zhuǎn)速控制樁徑偏差≤5cm。
3.2.5 錨筋制作
1）錨筋體采用設(shè)計(jì)規(guī)定材料制作（鋼絞線、鋼筋、型鋼等），所用材料需達(dá)到該種材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，所用鋼絞線在制作之前應(yīng)送有關(guān)單位檢驗(yàn)合格后方可使用；
2）采用不同材料制作的錨筋體，其制作方法亦不相同。具體制作安裝應(yīng)遵守CECS22：1990《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定。
3.2.6 錨筋安放
1）鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，依次退出并拆卸鉆桿。鉆桿拆卸完畢后，通過鉆機(jī)將制作好的錨筋插放至旋噴攪拌樁體內(nèi)；
2）插入前，應(yīng)確保錨筋位于攪拌樁中心點(diǎn)，插入過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照鉆進(jìn)角度緩慢、均衡地插入錨筋體，確保錨筋不發(fā)生扭曲。
3）錨筋體插入孔內(nèi)深度不應(yīng)小于筋體總長度的95%，錨筋體安放后不得隨意拉伸或懸掛重物。
3.2.7 預(yù)應(yīng)力基座制作與安裝
1）根據(jù)具體工程，選用特定形式的預(yù)應(yīng)力基座，預(yù)應(yīng)力基座可采用鋼筋混凝土或型鋼進(jìn)行制作；
2）預(yù)應(yīng)力基座制作與安裝時(shí)，應(yīng)先在該道高壓旋噴加勁水泥土樁錨的水平位置上下各一定范圍內(nèi)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁體上切出水平槽，所切溝槽的深度、寬度應(yīng)符合預(yù)應(yīng)力基座尺寸要求，確?？梢詫㈩A(yù)應(yīng)力基座置入槽中；
3）預(yù)應(yīng)力基座是錨筋體張拉時(shí)的直接受力構(gòu)件，所以，預(yù)應(yīng)力基座受力面應(yīng)平整可靠，且與錨筋體軸線方向垂直。
3.2.8 錨筋張拉與鎖定
1）錨筋張拉鎖定應(yīng)在高壓旋噴加勁水泥土樁施工結(jié)束且養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行。
2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求選定相應(yīng)的錨頭與張拉鎖定設(shè)備，張拉鎖定設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前，應(yīng)通過相關(guān)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行張拉。張拉時(shí)，應(yīng)事前檢查油泵及各閥門的工作情況、油管暢通情況，以免張拉時(shí)油泵工作不正常而造成張拉失敗。
3）錨筋張拉應(yīng)按一定順序進(jìn)行。張拉時(shí)，應(yīng)考慮臨近錨筋之間的相互影響。
4）錨筋張拉要分級(jí)逐步施加荷載，不可一下加至鎖定荷載。分級(jí)施加荷載和觀測(cè)變形時(shí)間應(yīng)執(zhí)行相關(guān)規(guī)范。
4 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)與要點(diǎn)
高壓旋噴加勁水泥土樁錨施工質(zhì)量執(zhí)行CECS147：2004《加筋水泥土樁錨支護(hù)技術(shù)規(guī)程》、CECS22：1990《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》。加筋水泥土樁錨體幾何尺寸偏差限值見表 1。
其質(zhì)量控制要點(diǎn)為：
1）鉆進(jìn)速度嚴(yán)格控制在0.3～0.5m/min，回轉(zhuǎn)速度控制在20～50 r/min，防止速度過快引起旋噴攪拌不均勻，漿液過少；
2）注漿用水、水泥及其添加劑應(yīng)注意氯化物與硫酸鹽的含量，以防對(duì)鋼絞線造成腐蝕；
3）施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和土層條件，選擇合理的施工工藝；
4）錨筋體制作前應(yīng)除油污、除銹，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸下料，長度誤差不大于50mm；
5）錨筋體插入鉆孔之前，應(yīng)檢查筋體質(zhì)量，確保錨筋體組裝滿足設(shè)計(jì)要求。錨筋體安放后不得隨意敲擊，不得懸掛重物；
6）張拉前，應(yīng)對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。錨固體養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)不少于5 d，或高壓旋噴加勁水泥土樁樁體強(qiáng)度達(dá)到1MPa時(shí)，方可進(jìn)行張拉。張拉應(yīng)按一定程序進(jìn)行，充分考慮鄰近攪拌加勁樁之間的相互影響。
5 工程實(shí)例
水果湖隧道為武漢市二環(huán)線洪山側(cè)路—水果湖路段道路改擴(kuò)建工程，位于武昌區(qū)洪山側(cè)路至水果湖路一線中心城區(qū)，下穿水果湖。水果湖隧道起訖里程樁號(hào)K3+965～K5+550，全長1585m，隧道外包結(jié)構(gòu)總寬度約為19.7～21.7m，隧道縱向呈“V”字形坡度，隧道埋深約0.8～16.5m。
水果湖隧道湖中段（K4+351～K4+838）長487m，基坑開挖深度9m左右，場(chǎng)地土層從上至下分別為：②-1淤泥、②-2淤泥質(zhì)黏土、③-1黏土、③-2亞黏土、④-1黏土、④-2亞砂土、⑤殘坡積黏性土、⑥-1強(qiáng)風(fēng)化泥巖、⑥-2弱風(fēng)化泥巖。
湖中段基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式為Φ850@600 SMW工法樁，樁長14m，內(nèi)插H500×200×10×16的型鋼，型鋼長14.5m，“隔一插一”布置。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式為3道高壓旋噴加勁水泥土樁錨結(jié)構(gòu)：第1道樁錨長度有15.0，14.0m兩種，間隔分布（1根長1根短），水平間距2.00m，內(nèi)置2根Ф15.2鋼絞線；第2道樁錨長13.0m，水平間距1.80m，內(nèi)置2根Ф15.2鋼絞線；第3道樁錨長12.0m，水平間距1.60m，內(nèi)置3根Ф15.2鋼絞線。
深基坑施工以“信息化施工”為指導(dǎo)思想，開挖與支護(hù)過程中，按照預(yù)先編制的基坑監(jiān)測(cè)方案對(duì)深基坑變形與位移進(jìn)行了全過程監(jiān)測(cè)。深部位移觀測(cè)結(jié)果表明：基坑最大水平位移13mm，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的40mm要求。
與采用內(nèi)支撐支護(hù)方案相比，高壓旋噴加勁水泥土樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)省造價(jià)68.86萬元、縮短工期54d，在增強(qiáng)施工便利性的同時(shí)還大大提高了主體結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量。
6 總結(jié)
1）高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術(shù)以其科學(xué)合理的巖土力學(xué)原理為基礎(chǔ)，具有良好的變形控制能力和較高的穩(wěn)定性，適合于建筑密集或臨近重要工業(yè)與民用設(shè)施附近對(duì)基坑變形有嚴(yán)格要求的工程，可有效確?；影踩?，具有顯著的社會(huì)效益；
2）高壓旋噴加勁水泥土樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)相比于傳統(tǒng)的內(nèi)支撐支護(hù)體系，可有效減少主體結(jié)構(gòu)縱向水平施工縫，增加施工便利性和提高坑內(nèi)作業(yè)工效，能有效地利用資源。
3）相比于傳統(tǒng)巖土加固支護(hù)體系，高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術(shù)可有效降低工程成本，節(jié)約工程造價(jià)約10%～40%，縮短施工工期20%～50%。
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