加筋水泥土门字型锚桩支护结构的构造与施工

　　【摘要】在分析探讨加筋水泥土门字型锚桩支护结构比传统支护技术优越的基础上，探讨了加筋水泥土门字型锚桩支护结构的构造，并从搅拌桩施工和预应力锚索施工两个方面阐述了加筋水泥土门字型锚桩支护结构的施工。
　　关键词：加筋水泥土；门子型；锚桩支护结构；施工
　　1引言
　　加筋水泥土门字型锚桩支护结构是一项基坑支护新技术，在安全性、经济性、施工方便性等方面都比传统支护技术优越。但是，对这项新技术的设计理论研究明显不能满足工程实践的需要。至今，对于这一支护形式尚没有系统的设计分析理论，从而导致在实际设计计算中照搬传统支护的设计模式，不能真正体现这一结构体系的自身特点，引起设计计算模型和结构的实际受力变形相脱节、现行理论对于该种支护结构的工程实践失去了指导意义。因而工程领域迫切需要对该项技术的设计理论进行研究，为此本文对加筋水泥土门字形型锚桩支护体系的结构和施工进行探讨具有重要的现实意义。
　　2加筋水泥土门字型锚桩支护结构的构造
　　加筋水泥土门字型锚桩支护结构通常由水泥土搅拌桩、预应力锚桩（或型钢）、和冠梁组成门字型结构，如图1所示。

　　1－水泥土墙；2－型钢或预应力锚索（如果是型钢则不需要如图a所示做法）
　　图5“门字型”加筋水泥土门字型锚桩支护结构示意图
　　A—A桩墙截面图B—B锚桩截面图a、b—局部放大图
　　（1）水泥土搅拌桩
　　水泥土搅拌桩通常把水泥作为固化剂的主剂，水泥一般采用强度等级42.5或52.5＃普通硅酸盐水泥，水泥掺入比为12％～15％，同时可加入适量的外加剂，如水玻璃等，其掺入量宜为水泥重量的0.2％。水泥土的28天立方体抗压强度不小于0.9MPa。
　　搅拌桩分为竖桩和斜桩两种，搅拌桩的截面尺寸和深度取决于设计计算。目前桩体直径多采用650～850mm，当考虑止水作用时竖桩咬合宽度不宜小于150mm，不考虑止水作用时咬合宽度不宜小于100mm，斜向水泥土锚桩体的倾角为45～70，水平间距1.0～2.0m。
　　（2）预应力锚桩
　　预应力锚桩由自由段、锚固段、锚头及垫块五部分组成。其形式有多种，最简单的是拉力型锚桩。预应力锚桩分为自由段和锚固段，自由段的拉杆与浆体是分开的，可以认为该段与浆体无粘结力传递。其作用是将锚头所承担的力传递给锚固段及扩大头。锚固段处于深层稳定土体，与周围土体牢固结合，以剪力的形式将插筋拉力分散到稳定土层，其形式有圆柱型、扩大端部型、连续球型，这里采用的为扩大端部型此处只简要介绍一下本文所述锚桩的构造，其构造简图见图2。
　　
　　
　　图2锚固段端部扩大头示意图
　　这种锚桩可以在锚固端形成直径为水泥锚桩固段二倍左右的扩大头，以增大斜锚桩的抗拔力。
　　（3）冠梁
　　冠梁的作用为压顶和把竖桩的水平力传递给斜锚桩。冠梁的高度一般为400～700m，厚度根据搅拌桩直径确定。冠梁与锚桩体的连接应按照图3。

　　3加筋水泥土门字型锚桩支护结构的施工
　　加筋水泥土门字型锚桩支护结构的施工过程如下图4所示
　　
　　图4加筋水泥土门字型锚桩支护结构施工流程
　　3.1搅拌桩施工
　　搅拌桩是该围护结构的主体，竖直搅拌桩之间搭接而构成水泥土挡墙以抵抗墙外的水土压力，斜向搅拌桩由于其本身具有刚度可以承担部分土压力，但其主要作用为预应力锚索发挥作用的载体。
　　搅拌桩是通过特制的深层搅拌机些在地基深处将土和水泥强制搅拌，利用水泥和土之间的一系列物理与化学反应，是土硬结成整体性、水稳定性良好且具有一定强度的桩体。对于具有防渗要求的基坑围护可以通过控制水泥掺入比和竖直桩搭接宽度达到防渗帷幕的功能：一般水泥掺入比宜在13％～15％，搭接宽度不小于150mm。搅拌桩的施工流程如图5。
　　
　　图5搅拌桩施工流程图
　　搅拌桩施工过程中常采用的技术措施：搅拌机的定位误差应小于50mm；桩架平台应水平，以避免出现桩与桩之间出现分叉；成桩采用边转进边往土中喷射水泥浆液的方法，浆液水灰比控制在1：3左右，喷浆时提升速度应与输浆速度同步，一般不大于0.5m/min；相邻桩之间的施工应连续作业，施工间歇不宜超过8小时。竖直搅拌桩完成可立即吊装型钢（或者插筋），对于有预应力要求的锚桩体，采用一次跟进法施工锚索，待到水泥土强度达到75％的最终强度时即可进行锁定。
　　3.2预应力锚索施工
　　（1）钻孔
　　特制锚杆钻机采用垂直或倾斜向下钻孔两种方式，孔深一般为在8～20m，为保证桩体顺直，孔体钻进方向的误差一般应小于1.0％，否则竖桩倾斜、斜桩体偏离设计位置，施加预应力锁定后，由于锚索与预应力不重合，锚索在拉力作用下将发生向顺直方向回位的现象，从而，造成预应力损失；孔径一般为300～600mm，误差应控制在2％以内。
　　（2）预应力锚索加工
　　目前预应力筋体一般采用2根7Φ5的钢铰线或者2根Φ15.2的钢绞线制成，要求钢绞线顺直且应除锈。对于拉筋体自由段及孔口附近的锚索要用PVC管封装，以隔绝锚索与水泥土之间的粘结。锚索的端部穿过法篮盘并用特制挤压锚或者Φ40的厚壁钢管锁定。扩大头部分构造如图2－3所示，下部的扩孔装置为三块钢板焊接于Φ120的厚壁钢管，钢管外套一个可以自由转动的法兰盘和一垫圈，Φ120钢管的顶部再焊接于Φ140的厚壁钢管。施工时地质转杆套接于Φ140的钢管，便可达到钻孔与锚索的同步作业。施工结束地质转杆可以回收。
　　（3）冠梁施工
　　冠梁施工前要清理搅拌桩顶上的浮浆，并整平基槽以确保冠梁的厚度保持一致。混凝土浇注前搅拌桩中的插筋应与冠梁中的钢筋焊接好。锚索锚固位置处的配筋应适当加密，以便于集中力的扩散。
　　（4）预应力锚索锁定及基坑开挖
　　锚索施工后，经过两周的养护即可按照《土层锚杆设计与施工规范》（中国工程建设标准化协会）所介绍的方法进行张拉。预应力分级张拉至1.2倍设计值后再退至设计值锁定。锚索张拉至设计值锁定后，由于锚头部分的垫板刚度不足而导致预应力损失，此时应再行张拉至设计值。
　　张拉过程中还应抽样检验锚索，其标准为实测锚索轴向变形是否超出最大和最小变形标准值。标准值可以参照下式选取：
　　
　　式中：P—预加荷载值；Lf—锚杆自由段长度；Le—锚杆锚固段长度；E、A—锚杆的弹性模量和断面面积。
　　锚索全部锁定，24小时后即可进行基坑开挖，开挖应分层，一般每层宜控制在2～3m，这样土体应力逐步释放，有利于控制支护结构和土层的水平位移。
　　参考文献
　　[1]黄熙龄等，高层建筑地下结构及基坑支护[M]，北京：宇航出版社，1994.
　　[2]于宇，加筋水泥土力学性能的试验研究[D]，太原理工大学硕士学位论文，2001.
　　[3]王颖君，加筋水泥土挡墙基坑围护结构设计计算方法的试验研究[D]，北京航空航天大
　　学硕士学位论文，2004.
　　[4]朱大宇，加筋水泥土支护结构的试验研究[D]，同济大学硕士学位论文，2001.
　　[5]时伟，深基坑桩锚支护体系的土压力与设计参数研究[D]，西安科技大学硕士学位论文，2002.