土層錨桿基坑支護(hù)技術(shù)研究

前言

　　錨桿（索）的研究在近50年取得了突飛猛進(jìn)的成果。地下工程中錨桿的應(yīng)用給施工帶來了質(zhì)的飛躍。尤其是一些臨時(shí)支護(hù)中采用錨桿技術(shù)更是顯示出其優(yōu)良的工程特點(diǎn)。

　　土體錨桿的應(yīng)用幾乎都是以砂漿灌注粘結(jié)式結(jié)構(gòu)為錨固體。這種錨固形式雖然取得了顯著成績，能夠廣泛適應(yīng)各種土體結(jié)構(gòu)工程。但其施工的復(fù)雜性，尤其是錨固體灌注后的強(qiáng)度等待時(shí)間往往嚴(yán)重影響工程進(jìn)度。而土體的特性恰恰是需要及時(shí)的錨固才能很好的滿足工程。除此之外，砂漿錨固方式進(jìn)行城市地下結(jié)構(gòu)施工支護(hù)會給城市地下空間造成污染。這兩點(diǎn)就大大限制了砂漿錨桿在土層的應(yīng)用。因此，砂漿錨桿（索）盡管具有很多優(yōu)點(diǎn)還是在城市地下結(jié)構(gòu)應(yīng)用較少。

　　土層錨桿中有一種螺旋錨桿技術(shù)。這種錨固結(jié)構(gòu)基本上都是以一系列較大截面的旋片作為錨葉在土層中形成阻力。這一技術(shù)已經(jīng)在一些樁錨技術(shù)中應(yīng)用并取得很好的效果。但是，作為廣泛應(yīng)用的錨桿技術(shù)還存在一些缺陷需要經(jīng)過研究，目前在工程中還很少應(yīng)用。

　　2 土層錨桿技術(shù)分析

　　現(xiàn)階段土層錨桿（索）主要的錨固形式是灌注砂漿將錨固體粘裹和土體形成摩擦阻力。這是目前最為成熟和可靠的方法。砂漿錨桿具有顯著的優(yōu)點(diǎn)就是施工適應(yīng)性較強(qiáng)。但砂漿錨固技術(shù)在工程應(yīng)用中存在缺陷

　　2.1 砂漿錨桿顯著的缺陷

　?。?）砂土體中成孔速度慢――有時(shí)候影響工期

　?。?）一些砂土層難以成孔需要采用泥漿護(hù)壁成孔工藝――該工藝復(fù)雜容易造成場地泥濘

　?。?）錨固體灌漿后需要10天以上的凝固期和錨固圍裹土體的失水過程――不能及時(shí)支護(hù)工程結(jié)構(gòu)體，一些時(shí)候嚴(yán)重影響工期

　　2.2 螺旋錨固技術(shù)

　　上世紀(jì)初期應(yīng)用的螺旋錨桿是以較大的旋片形成錨葉，通過較大面積的土體內(nèi)阻力形成錨固。這種錨固方式由于其旋片的大間隔使得其錨固效果穩(wěn)定性欠佳，一般只用于輔助錨固。

　　3 新型土層可回收自旋錨桿

　　完整結(jié)構(gòu)的自旋錨桿包括：桿體；特制鉆頭；連接扣；封孔圈；托盤；預(yù)緊螺紋和螺母。錨桿的參數(shù)需要根據(jù)巖土層的性質(zhì)確定。施工時(shí)根據(jù)砂土層的具體情況確定采用那些構(gòu)件。圖1是西安地鐵2#線TJSG-4標(biāo)設(shè)計(jì)的自旋錨桿。

　　土層自旋錨桿無需打孔，利用機(jī)械鉆具直接將自旋錨桿強(qiáng)力旋進(jìn)土體中。扭進(jìn)過程中桿體所占空間的土體被強(qiáng)行擠壓向周邊分布，使得錨桿體近周圍土體形成不均勻擠壓區(qū)，強(qiáng)化了錨桿的錨固力。在一般砂土層中錨固力可以達(dá)到11KN/m以上。在古土壤中一般可以達(dá)到25KN/m以上。錨固效果非常理想。

　　4 自旋土釘錨桿工程作用機(jī)理

　　4.1 旋柱摩擦錨固力

　　作為錨（anchor）作用機(jī)理，人們可以設(shè)計(jì)較大的旋片，以形成較大面積的阻力。原理如圖2.

　　這種錨固方式容易在錨葉處產(chǎn)生屈服。要克服這種缺陷可以加更多的旋片，但過密的旋片容易嚴(yán)重破壞錨固體周圍土體，錨固力反而較低。我們課題組采用了較粗桿體的密集小旋片的螺旋錨固方式。這種錨桿的錨固作用是以擠壓密實(shí)土體產(chǎn)生連續(xù)摩擦阻力和旋片產(chǎn)生高表面阻力的雙重效果形成綜合錨固力。

　　4.2 全長錨固工程作用機(jī)理

　　力學(xué)上傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力錨索是以強(qiáng)大的預(yù)應(yīng)力抵消土體壓力為設(shè)計(jì)原理的。工程支護(hù)中應(yīng)用到樁錨結(jié)構(gòu)的基坑支護(hù)中，這種預(yù)應(yīng)力往往不能克服強(qiáng)大的灌注樁和冠梁形成的結(jié)構(gòu)體系的抗力再對土體施加預(yù)應(yīng)力。

　　自旋錨桿不屬于強(qiáng)有力預(yù)應(yīng)力形式。這種錨固形式的力學(xué)作用主要是以全程形成錨固力來克服土體本身的力學(xué)“松弛”?；蛘哒f是錨桿改變了土體系的力學(xué)參數(shù)而達(dá)到了錨桿改善土體系穩(wěn)定性的目的。這是從本質(zhì)上改善結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性的本質(zhì)安全型支護(hù)方式。

　　5.2 自旋錨桿的工程力學(xué)特征

　　自旋錨桿在安裝過程中對土體擠壓破壞，安裝結(jié)束后土壤再生形成錨固力。在錨桿安裝后的一段時(shí)間內(nèi)，由于土體的結(jié)構(gòu)變形會使得錨桿的錨固力有顯著上升。下面是3個(gè)測點(diǎn)的錨固力檢測值。

　　6 結(jié)論

　　土層螺旋錨桿安裝過程能擠壓密實(shí)再生土體結(jié)構(gòu)，較小的錨固體較能獲得較高的錨固力。是目前土體錨固速度最快的一種，非常有利于土體地下工程施工。