摘 要：高壓旋噴加勁水泥土樁錨是一種新型的巖土支護與加固結(jié)構。論文首先簡要總結(jié)了傳統(tǒng)深基坑支護結(jié)構的優(yōu)缺點，在對比分析基礎上，說明了高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術的先進性；然后闡明了高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術的工藝原理，明確其施工工藝流程與操作要點，提出關鍵工序質(zhì)量控制標準與質(zhì)量控制要點；最后結(jié)合武漢市水果湖隧道工程實例，綜合分析了應用高壓旋噴加勁水泥土樁錨新技術所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益。綜合分析結(jié)果表明，高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術具有結(jié)構簡單、安全可靠、方便施工、節(jié)約造價和縮短工期等優(yōu)點。
　　關鍵詞：深基坑；支護結(jié)構；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：TU473 文獻標志碼：B 文章編號：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
　　深基坑支護技術復雜且綜合性強，涉及到工程地質(zhì)學、土力學和結(jié)構力學等多門學科，影響到工程施工的安全、質(zhì)量、成本、工期、環(huán)保等各個方面[1]。因此，根據(jù)工程特點，選擇一種安全可靠、技術可行、經(jīng)濟合理的巖土加固方法意義重大且深遠。
　　1 技術先進性
　　目前，廣泛應用于深基坑支護的結(jié)構形式主要有內(nèi)支撐、土釘、錨桿、排樁+錨索和擋土墻等。傳統(tǒng)巖土加固支護技術雖應用廣泛、技術成熟，但在實際應用過程中也暴露出了一些缺點和不足。例如，內(nèi)支撐存在著形式復雜、施工不便、施工拆除耗時較長、投入較大等缺點；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；重力式擋墻存在著墻身截面大、圬工數(shù)量大等缺點[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，然后布設錨筋，施加預應力后，在被支護和加固的土體中形成支護與加固結(jié)構，是一種新型的受拉錨固結(jié)構[3-4]。與傳統(tǒng)支護結(jié)構體系相比，高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術的先進性體現(xiàn)在以下4個方面：
　　1）高壓旋噴加勁水泥土樁錨可主動有效地改善土體物理力學性能，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；
　　2）高壓旋噴加勁水泥土樁錨可適用于不同的地質(zhì)和場地條件，施工時有著較強的適應性，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時，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；
　　4）相比傳統(tǒng)巖土加固支護技術，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，首先可對松散軟土的力學性能作出改善，使軟土改變成具有較高強度的水泥土體，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，可確保支護結(jié)構錨固力達到設計要求。




　　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。錨筋施加預應力以后，借助變徑的水泥土樁體，使傳遞到土體中的應力值大大降低，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
　　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
　　3.2.1 施工準備
　　1）高壓旋噴加勁水泥土樁錨施工前，應詳細研究設計內(nèi)容、設計要求、地層條件和環(huán)境條件；
　　2）對設計階段考慮到的地下埋設物、障礙物應做進一步核查，并進一步確定其位置、形狀、尺寸和數(shù)量，同時提出排除和防護處理等措施；
　　3）掌握工程周圍狀況、建筑物狀態(tài)及其影響，預測可能出現(xiàn)的問題并提出相應對策；
　　4）認真檢查原材料及各種儀器設備的型號、品種、規(guī)格，檢查其主要性能是否符合設計要求；
　　5）對于地質(zhì)條件特殊或特別重大工程，宜在正式施工前進行鉆孔成樁、張拉鎖定試驗，以獲得有較強針對性的施工工藝參數(shù)，同時考核施工工藝和施工設備的適應性。
　　3.2.2 鉆機定位
　　1）當土方開挖溝槽后，測量人員應在高壓旋噴加勁水泥土樁施工前根據(jù)設計圖紙將鉆孔的孔位、方位測定，并予以編號；
　　2）由于鉆機安裝定位質(zhì)量不僅影響成樁質(zhì)量，同時還影響施工速度和人員安全。因此，鉆機安裝定位應按照“正、平、穩(wěn)、固”的要求，確保鉆機受力后不搖擺、不移位；
　　3）鉆機定位后，采用鉆機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）鉆進施工前應在場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)場進行漿液配比試驗，確保高壓旋噴加勁水泥土樁的成樁質(zhì)量；
　　3）水泥漿應拌和均勻，隨拌隨用，一次拌和的水泥漿應在初凝前用完。
　　3.2.4 鉆進成孔
　　1）高壓旋噴加勁水泥土樁采用專用鉆機成孔，鉆頭采用一次性鉆頭加攪拌葉片（專利號：ZL 2009 2 0210581.6），鉆桿為中空鉆桿，鉆進過程中，通過上述鉆桿的中空通道邊鉆進邊攪拌注漿；
　　2）旋噴攪拌鉆進壓力一般為15～20MPa，攪拌鉆桿的鉆進、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，具體應用時可結(jié)合實際地層條件進行調(diào)整，以確保攪拌樁樁體成樁質(zhì)量；
　　3）擴大頭的旋噴攪拌的進退次數(shù)比樁身增加2次，以確保擴大頭的直徑；
　　4）鉆進過程中，通過鉆桿數(shù)量控制樁長偏差≤10cm，通過鉆進壓力、鉆進速度與轉(zhuǎn)速控制樁徑偏差≤5cm。
　　3.2.5 錨筋制作
　　1）錨筋體采用設計規(guī)定材料制作（鋼絞線、鋼筋、型鋼等），所用材料需達到該種材料強度的標準值，所用鋼絞線在制作之前應送有關單位檢驗合格后方可使用；
　　2）采用不同材料制作的錨筋體，其制作方法亦不相同。具體制作安裝應遵守CECS22：1990《土層錨桿設計與施工規(guī)范》中相關規(guī)定。
　　3.2.6 錨筋安放
　　1）鉆進至設計深度后，依次退出并拆卸鉆桿。鉆桿拆卸完畢后，通過鉆機將制作好的錨筋插放至旋噴攪拌樁體內(nèi)；
　　2）插入前，應確保錨筋位于攪拌樁中心點，插入過程中，應嚴格按照鉆進角度緩慢、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 預應力基座制作與安裝
　　1）根據(jù)具體工程，選用特定形式的預應力基座，預應力基座可采用鋼筋混凝土或型鋼進行制作；
　　2）預應力基座制作與安裝時，應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)的圍護結(jié)構樁體上切出水平槽，所切溝槽的深度、寬度應符合預應力基座尺寸要求，確?？梢詫㈩A應力基座置入槽中；
　　3）預應力基座是錨筋體張拉時的直接受力構件，所以，預應力基座受力面應平整可靠，且與錨筋體軸線方向垂直。
　　3.2.8 錨筋張拉與鎖定
　　1）錨筋張拉鎖定應在高壓旋噴加勁水泥土樁施工結(jié)束且養(yǎng)護至設計強度后進行。
　　2）根據(jù)設計要求選定相應的錨頭與張拉鎖定設備，張拉鎖定設備進場前，應通過相關機構檢驗標定，根據(jù)標定數(shù)據(jù)進行張拉。張拉時，應事前檢查油泵及各閥門的工作情況、油管暢通情況，以免張拉時油泵工作不正常而造成張拉失敗。
　　3）錨筋張拉應按一定順序進行。張拉時，應考慮臨近錨筋之間的相互影響。
　　4）錨筋張拉要分級逐步施加荷載，不可一下加至鎖定荷載。分級施加荷載和觀測變形時間應執(zhí)行相關規(guī)范。
　　4 質(zhì)量控制標準與要點
　　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技術規(guī)程》、CECS22：1990《土層錨桿設計與施工規(guī)范》。加筋水泥土樁錨體幾何尺寸偏差限值見表 1。




　　其質(zhì)量控制要點為：
　　1）鉆進速度嚴格控制在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、水泥及其添加劑應注意氯化物與硫酸鹽的含量，以防對鋼絞線造成腐蝕；
　　3）施工前應根據(jù)設計要求和土層條件，選擇合理的施工工藝；
　　4）錨筋體制作前應除油污、除銹，嚴格按設計尺寸下料，長度誤差不大于50mm；
　　5）錨筋體插入鉆孔之前，應檢查筋體質(zhì)量，確保錨筋體組裝滿足設計要求。錨筋體安放后不得隨意敲擊，不得懸掛重物；
　　6）張拉前，應對張拉設備進行標定。錨固體養(yǎng)護時間應不少于5 d，或高壓旋噴加勁水泥土樁樁體強度達到1MPa時，方可進行張拉。張拉應按一定程序進行，充分考慮鄰近攪拌加勁樁之間的相互影響。
　　5 工程實例
　　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K3+965～K5+550，全長1585m，隧道外包結(jié)構總寬度約為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強風化泥巖、⑥-2弱風化泥巖。
　　湖中段基坑圍護結(jié)構形式為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?；又ёo結(jié)構形式為3道高壓旋噴加勁水泥土樁錨結(jié)構：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”為指導思想，開挖與支護過程中，按照預先編制的基坑監(jiān)測方案對深基坑變形與位移進行了全過程監(jiān)測。深部位移觀測結(jié)果表明：基坑最大水平位移13mm，遠小于規(guī)范規(guī)定的40mm要求。
　　與采用內(nèi)支撐支護方案相比，高壓旋噴加勁水泥土樁錨支護結(jié)構節(jié)省造價68.86萬元、縮短工期54d，在增強施工便利性的同時還大大提高了主體結(jié)構的工程質(zhì)量。
　　6 總結(jié)
　　1）高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術以其科學合理的巖土力學原理為基礎，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)與民用設施附近對基坑變形有嚴格要求的工程，可有效確?；影踩哂酗@著的社會效益；
　　2）高壓旋噴加勁水泥土樁錨支護結(jié)構相比于傳統(tǒng)的內(nèi)支撐支護體系，可有效減少主體結(jié)構縱向水平施工縫，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)巖土加固支護體系，高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術可有效降低工程成本，節(jié)約工程造價約10%～40%，縮短施工工期20%～50%。