高压旋喷加劲水泥土桩锚技术在深基坑工程中的应用

      深基坑支护技术复杂且综合性强，涉及到工程地质学、土力学和结构力学等多门学科，影响到工程施工的安全、质量、成本、工期、环保等各个方面[1]。因此，根据工程特点，选择一种安全可靠、技术可行、经济合理的岩土加固方法意义重大且深远。
　　1  技术先进性
　　目前，广泛应用于深基坑支护的结构形式主要有内支撑、土钉、锚杆、排桩+锚索和挡土墙等。传统岩土加固支护技术虽应用广泛、技术成熟，但在实际应用过程中也暴露出了一些缺点和不足。例如，内支撑存在着形式复杂、施工不便、施工拆除耗时较长、投入较大等缺点；土钉锚杆存在着适用性较差、基坑安全稳定性难以保证等缺点；重力式挡墙存在着墙身截面大、圬工数量大等缺点[2]。
　　高压旋喷加劲水泥土桩锚，是指采取特定形式的钻头，通过高压旋喷搅拌方法在土层中形成水平、倾斜或垂直的变径水泥土桩体，然后布设锚筋，施加预应力后，在被支护和加固的土体中形成支护与加固结构，是一种新型的受拉锚固结构[3-4]。与传统支护结构体系相比，高压旋喷加劲水泥土桩锚技术的先进性体现在以下4个方面：
　　1）高压旋喷加劲水泥土桩锚可主动有效地改善土体物理力学性能，克服常规锚索、锚杆与软土之间锚固力不足，以及由于塌孔而无法施工等缺点；
　　2）高压旋喷加劲水泥土桩锚可适用于不同的地质和场地条件，施工时有着较强的适应性，所需作业空间不大；
　　3）高压旋喷加劲水泥土桩锚用于深基坑支护时，相比传统内支撑方式而言，具有空间开阔、施工便利、安全性好等优点；
　　4）相比传统岩土加固支护技术，高压旋喷加劲水泥土桩锚可有效降低工程成本，节约工程造价约10%～40%，缩短施工工期20%～50%。
　　2  工艺原理
　　高压旋喷加劲水泥土桩锚结构示意图见图1。通过高压旋喷形成的大直径水泥土桩体，首先可对松散软土的力学性能作出改善，使软土改变成具有较高强度的水泥土体，有效提高土体的粘聚力、内摩擦角值和抗渗能力；其次，大直径且变径的水泥土桩体，因与土层接触面积较大，桩体与土层之间产生较大摩阻力，可确保支护结构锚固力达到设计要求。

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施工准备
　　1）高压旋喷加劲水泥土桩锚施工前，应详细研究设计内容、设计要求、地层条件和环境条件；
　　2）对设计阶段考虑到的地下埋设物、障碍物应做进一步核查，并进一步确定其位置、形状、尺寸和数量，同时提出排除和防护处理等措施；
　　3）掌握工程周围状况、建筑物状态及其影响，预测可能出现的问题并提出相应对策；
　　4）认真检查原材料及各种仪器设备的型号、品种、规格，检查其主要性能是否符合设计要求；
　　5）对于地质条件特殊或特别重大工程，宜在正式施工前进行钻孔成桩、张拉锁定试验，以获得有较强针对性的施工工艺参数，同时考核施工工艺和施工设备的适应性。
　　3.2.2  钻机定位
　　1）当土方开挖沟槽后，测量人员应在高压旋喷加劲水泥土桩施工前根据设计图纸将钻孔的孔位、方位测定，并予以编号；
　　2）由于钻机安装定位质量不仅影响成桩质量，同时还影响施工速度和人员安全。因此，钻机安装定位应按照“正、平、稳、固”的要求，确保钻机受力后不摇摆、不移位；
　　3）钻机定位后，采用钻机自带罗盘校核钻孔开孔角度，使开孔角度误差不超过1°，开孔处的水平和垂直向误差不大于50mm；
　　4）钻进施工前应在场地中挖好排水沟及循环浆池，以避免因泥浆随意排放而影响正常施工。
　　3.2.3  水泥浆液配比
　　1）注浆材料一般选用42.5级普通硅酸盐水泥净浆，如有特殊需要，可添加外加剂；
　　2）水泥掺入量一般为20％～30%，水灰比一般选0.7～1.0，若地层情况特殊，则需在现场进行浆液配比试验，确保高压旋喷加劲水泥土桩的成桩质量；
　　3）水泥浆应拌和均匀，随拌随用，一次拌和的水泥浆应在初凝前用完。
　　3.2.4  钻进成孔
　　1）高压旋喷加劲水泥土桩采用专用钻机成孔，钻头采用一次性钻头加搅拌叶片（专利号：ZL 2009 2 0210581.6），钻杆为中空钻杆，钻进过程中，通过上述钻杆的中空通道边钻进边搅拌注浆；
　　2）旋喷搅拌钻进压力一般为15～20MPa，搅拌钻杆的钻进、提升速度分别控制在0.3～0.5m/min、0.7～0.9m/min左右，搅拌钻杆（轴）的转速控制在20～50r/min左右，具体应用时可结合实际地层条件进行调整，以确保搅拌桩桩体成桩质量；
　　3）扩大头的旋喷搅拌的进退次数比桩身增加2次，以确保扩大头的直径；
　　4）钻进过程中，通过钻杆数量控制桩长偏差≤10cm，通过钻进压力、钻进速度与转速控制桩径偏差≤5cm。
　　3.2.5  锚筋制作
　　1）锚筋体采用设计规定材料制作（钢绞线、钢筋、型钢等），所用材料需达到该种材料强度的标准值，所用钢绞线在制作之前应送有关单位检验合格后方可使用；
　　2）采用不同材料制作的锚筋体，其制作方法亦不相同。具体制作安装应遵守CECS22：1990《土层锚杆设计与施工规范》中相关规定。
　　3.2.6  锚筋安放
　　1）钻进至设计深度后，依次退出并拆卸钻杆。钻杆拆卸完毕后，通过钻机将制作好的锚筋插放至旋喷搅拌桩体内；
　　2）插入前，应确保锚筋位于搅拌桩中心点，插入过程中，应严格按照钻进角度缓慢、均衡地插入锚筋体，确保锚筋不发生扭曲。
　　3）锚筋体插入孔内深度不应小于筋体总长度的95%，锚筋体安放后不得随意拉伸或悬挂重物。
　　3.2.7  预应力基座制作与安装
　　1）根据具体工程，选用特定形式的预应力基座，预应力基座可采用钢筋混凝土或型钢进行制作；
　　2）预应力基座制作与安装时，应先在该道高压旋喷加劲水泥土桩锚的水平位置上下各一定范围内的围护结构桩体上切出水平槽，所切沟槽的深度、宽度应符合预应力基座尺寸要求，确保可以将预应力基座置入槽中；
　　3）预应力基座是锚筋体张拉时的直接受力构件，所以，预应力基座受力面应平整可靠，且与锚筋体轴线方向垂直。
　　3.2.8  锚筋张拉与锁定
　　1）锚筋张拉锁定应在高压旋喷加劲水泥土桩施工结束且养护至设计强度后进行。
　　2）根据设计要求选定相应的锚头与张拉锁定设备，张拉锁定设备进场前，应通过相关机构检验标定，根据标定数据进行张拉。张拉时，应事前检查油泵及各阀门的工作情况、油管畅通情况，以免张拉时油泵工作不正常而造成张拉失败。
　　3）锚筋张拉应按一定顺序进行。张拉时，应考虑临近锚筋之间的相互影响。
　　4）锚筋张拉要分级逐步施加荷载，不可一下加至锁定荷载。分级施加荷载和观测变形时间应执行相关规范。
　　4  质量控制标准与要点
　　高压旋喷加劲水泥土桩锚施工质量执行CECS147：2004《加筋水泥土桩锚支护技术规程》、CECS22：1990《土层锚杆设计与施工规范》。加筋水泥土桩锚体几何尺寸偏差限值见表 1。