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構。論文首先簡要總結了傳統深基坑支護結構的優缺點，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，提出關鍵工序質量控制標準與質量控制要點；最后結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生的經濟效益和社會效益。綜合分析結果表明，高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術具有結構簡單、安全可靠、方便施工、節約造價和縮短工期等優點。
　　關鍵詞：深基坑；支護結構；高壓旋噴加勁水泥土樁錨；工藝流程；質量控制；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，涉及到工程地質學、土力學和結構力學等多門學科，影響到工程施工的安全、質量、成本、工期、環保等各個方面[1]。因此，根據工程特點，選擇一種安全可靠、技術可行、經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構形式主要有內支撐、土釘、錨桿、排樁+錨索和擋土墻等。傳統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構，是一種新型的受拉錨固結構[3-4]。與傳統支護結構體系相比，高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術的先進性體現在以下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和場地條件，施工時有著較強的適應性，所需作業空間不大；
　　3）高壓旋噴加勁水泥土樁錨用于深基坑支護時，相比傳統內支撐方式而言，具有空間開闊、施工便利、安全性好等優點；
　　4）相比傳統巖土加固支護技術，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、內摩擦角值和抗滲能力；其次，大直徑且變徑的水泥土樁體，因與土層接觸面積較大，樁體與土層之間產生較大摩阻力，可確保支護結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生較高的黏結力，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，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，應詳細研究設計內容、設計要求、地層條件和環境條件；
　　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、建筑物狀態及其影響，預測可能出現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、規格，檢查其主要性能是否符合設計要求；
　　5）對于地質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，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量不僅影響成樁質量，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、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）的轉速控制在20～50r/min左右，具體應用時可結合實際地層條件進行調整，以確保攪拌樁樁體成樁質量；
　　3）擴大頭的旋噴攪拌的進退次數比樁身增加2次，以確保擴大頭的直徑；
　　4）鉆進過程中，通過鉆桿數量控制樁長偏差≤10cm，通過鉆進壓力、鉆進速度與轉速控制樁徑偏差≤5cm。
　　3.2.5 錨筋制作
　　1）錨筋體采用設計規定材料制作（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范》中相關規定。
　　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；
　　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，確保錨筋不發生扭曲。
　　3）錨筋體插入孔內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的圍護結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，確保可以將預應力基座置入槽中；
　　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束且養護至設計強度后進行。
　　2）根據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，根據標定數據進行張拉。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行相關規范。
　　4 質量控制標準與要點
　　高壓旋噴加勁水泥土樁錨施工質量執行CECS147：2004《加筋水泥土樁錨支護技術規程》、CECS22：1990《土層錨桿設計與施工規范》。加筋水泥土樁錨體幾何尺寸偏差限值見表 1。




　　其質量控制要點為：
　　1）鉆進速度嚴格控制在0.3～0.5m/min，回轉速度控制在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線洪山側路—水果湖路段道路改擴建工程，位于武昌區洪山側路至水果湖路一線中心城區，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。
　　湖中段基坑圍護結構形式為Φ850@600 SMW工法樁，樁長14m，內插H500×200×10×16的型鋼，型鋼長14.5m，“隔一插一”布置。基坑支護結構形式為3道高壓旋噴加勁水泥土樁錨結構：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，內置2根Ф15.2鋼絞線；第2道樁錨長13.0m，水平間距1.80m，內置2根Ф15.2鋼絞線；第3道樁錨長12.0m，水平間距1.60m，內置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測方案對深基坑變形與位移進行了全過程監測。深部位移觀測結果表明：基坑最大水平位移13mm，遠小于規范規定的40mm要求。
　　與采用內支撐支護方案相比，高壓旋噴加勁水泥土樁錨支護結構節省造價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構的工程質量。
　　6 總結
　　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定性，適合于建筑密集或臨近重要工業與民用設施附近對基坑變形有嚴格要求的工程，可有效確保基坑安全，具有顯著的社會效益；
　　2）高壓旋噴加勁水泥土樁錨支護結構相比于傳統的內支撐支護體系，可有效減少主體結構縱向水平施工縫，增加施工便利性和提高坑內作業工效，能有效地利用資源。
　　3）相比于傳統巖土加固支護體系，高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術可有效降低工程成本，節約工程造價約10%～40%，縮短施工工期20%～50%。