加筋水泥土桩锚支护结构在郑州地区的应用

　　摘要：加筋水泥土桩锚支护作为一种新型的基坑支护形式,将传统的深层搅拌技术、高压旋喷技术、土层锚杆技术进行了有机的结合与创新,形成了独特的支护、隔水、土层锚固和地基加固成套技术。以下通过郑州金成时代广场一期工程基坑围护中的成功应用,介绍该支护结构的优势。
　　关键词：加筋水泥土，桩锚支护，黄河冲积扇
　　黄河冲积扇是中国中东部山前地区最大的冲积扇，其主体位于河南省。黄河冲积扇上部主河道粗粒相带是地下水的富集地带，埋藏40~60M深的潜水和承压水，主要分布于中更新世晚期以来形成的粉砂、细砂和中砂组成的松散含水介质中，其底板为分布稳定的粘土和粉质粘土[1]。郑州地区处于黄河冲积扇与山前冲洪积平原的交接地带，地层结构多为3层结构或者多层结构，上部为粉土、淤泥质软土和粉细沙层，厚度20M，地基土承载力80~150KPA；中部为细、中砂层，厚度20~50M，地基土承载力大于190KPA；下部为粉质粘土夹砂层，厚度大于30M，地基土承载力200KPA。[2]
　　1.工程背景
　　郑州某广场工程，位于郑州市黄河路和中州大道（原107国道）交叉口立交桥的西北角，向东可以直接进入郑东新区，向西可以直接进入老城区，交通便利。建设用地为姚寨路以东、中州大道以西、红专路以南、黄河路以北的地块。该工程为郑州市对姚寨村进行的“城中村”改造项目，总建筑面积约为175万m2。在每个建筑地块间建成相互联通的两层地下室（局部三层），基底自然地屏埋深约11米。其基坑开挖深度11m，采用加筋水泥土桩锚门架式支护。
　　2.工程地质条件
　　根据岩土工程勘察报告，按其成因类型、岩性及工程地质特性现将在基坑支护影响范围内的工程地质单元层描述如下：
　　第⑴1层(Q4ml)：杂填土，以建筑垃圾为主，大部分已经挖除。
　　第⑴层(Q4al)：新近沉积粉土，浅黄色，稍湿，稍密，土质较纯，含少量根系。无光泽，干强度低，韧性低，无摇震反应。场地内该层分布稳定。
　　第⑵层(Q4al)：新近沉积粉土，浅黄色，湿，稍密，土质较纯，含少量黄色花斑及少量蜗牛碎屑，无光泽，干强度低，韧性低，摇震反应中等。
　　第⑶层(Q4al)：新近沉积粉土，褐黄色，湿，稍密，含少量灰黄色斑块，局部夹粉质粘土或粉砂薄层。无光泽，干强度低，韧性低，摇震反应中等。
　　第⑷层(Q4al)：粉土，褐黄色，湿，中密，含少量锈黄色浸染，偶见钙质结核，局部含有薄层粉质粘土。无光泽，干强度低，韧性低，摇震反应中等。
　　第⑸层(Q4al)：粉质粘土，灰褐色，软塑～可塑，含少量铁锰质斑点及灰黄色条纹，偶见直径0.5cm左右的小钙质结核，切面较光滑，干强度和韧性中等，无摇震反应。
　　第⑹层(Q4al)：粉土，灰黄色，湿，中密，含较多灰黄色花斑，见少量蜗牛碎片，局部夹粉质粘土。无光泽，干强度低，韧性低，摇震反应中等。
　　第⑺层(Q3al+pi)：粉质粘土，灰色～灰黑色，软塑～可塑，含较多蜗牛碎片，略具臭味，染手，局部含腐殖质，底部渐变为灰色粉土，中密，含少量小钙质结核。切面光滑，干强度中等，韧性中等，无摇震反应。
　　第⑻层(Q3al+pi)：粉砂，灰色，饱和，中密～密实，主要矿物成分为长石、石英、云母等。
　　第⑼层(Q3al+pi)：细砂，灰色～灰黄色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石、云母等，下部颜色渐变为褐黄色，底部夹薄层粉土层。
　　第⑽层(Q3al)：粉土，褐黄色，湿，中密，粘粒含量较高，局部夹粉质粘土层，具锈黄色条纹，含少量钙质结核及铁锰质斑点。无光泽，干强度中等，韧性中等，无摇震反应。
　　各土层力学参数的取值岩土工程勘察报告的基础上，根据实际工程经验进行了一定程度的修订，见表1。
　　表1力学参数表
　　层号 ⑴1 ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ ⑹ ⑺ ⑻ ⑼ ⑽
　　平均厚度(m) 1.40 1.92 2.52 2.89 2.23 1.64 2.42 4.29 1.66 10.2 4.82
　　重度(kN/m3) 18.0 19.3 19.7 19.8 19.2 18.6 20.1 18.7 20.5 20.5 20.1
　　c(kPa) 10 18 16 15 16 25 17 22 0 0 ――
　　φ(度) 15 20 19 20 19 14 22 15 26 30 ――
　　孔隙比(e) ―― 0.885 0.905 0.915 0.879 0957 0.866 0.981 ―― ―― 0.620
　　液性指数(IL) ―― 0.59 0.59 0.59 0.66 0.64 0.56 0.65 ―― ―― 0.46
　　3.施工工艺
　　根据基坑工程重要性分析，本基坑工程为西侧和南侧为一级，东侧和北侧为二级。一级基坑，必须进行支护并进行监测。结合基坑周边环境，北侧、东侧采用天然放坡与土钉墙方案，南侧与西侧采用上部土钉墙与桩锚支护方案。
　　3.1加筋搅拌桩
　　加筋水泥土悬喷搅拌桩采用GPP-5B型深层搅拌桩机钻孔，然后进行喷浆搅拌土体。其工艺流程：定位→浆液配制→送浆→钻进喷浆搅拌→提升搅拌喷浆→重复钻进喷浆搅拌→重复提升搅拌喷浆→插入加筋材料→移位。
　　3.2斜向加紧水泥土桩锚
　　1）加筋水泥土桩锚成孔采用MD-50型钻机，成孔直径500mm，锚杆施工应与开挖紧密配合，土方开挖应先在基坑周围挖出锚杆施工用约8米宽的边槽。锚杆采用7Φ5预应力钢绞线制作，其强度不低于1860MPa。钻进速度严格要求在0.3～0.5m/min，回转速度20～50N•m，防止速度过快引起旋喷搅拌不均匀，浆液过少。
　　2）施工旋喷搅拌水泥土桩锚，其施工工艺是采用一次性钻头上加搅拌叶片，直径为500mm，角度15度、长度以设计图纸为准。由钻杆中空孔，向内旋喷水泥浆液，水灰比1～0.75:1，泵压力值为1.2-2.4Mpa，水泥用量每米100kg。通过上述钻杆道的中空通道,边钻进边搅拌注浆，钻进同时将两根钢绞线及锚头结构件带入设计深度。
　　3）锚杆体采用7Φ5钢绞线制作而成，所使用的钢绞线强度为1860Mpa，在自由段，采用钢绞线套PVC管的方法施工。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。钢绞线应除油污、除锈，严格按设计尺寸下料，每股长度误差不大于50mm。钢绞线应该按一定规律平直排列。
　　4）锚杆张拉锁定在注浆体强度达到15MPa后进行，锚具为QM锚具，用YC-100型穿芯式千斤顶、电动油泵加荷锁定。锁定张拉系统事先经过标定，并用此油压表的读数换算成张拉压力进行控制。在锁定过程中，采用锚杆拉力计进行校核。
　　5）为确保工程安全，每个锚杆张拉至设计抗拔力的120%后，放松到70%设计抗拔力进行锁定。张拉前，应对张拉设备进行标定。锚固体强度均大于15.0MPa时，方可进行张拉。张拉应按一定程序进行，地锚张拉顺序，应考虑邻近地锚的相互影响。
　　3.3桩锚连梁（压顶梁）
　　1）制作压顶梁内钢筋网之前，应检查钢筋是否有出厂合格证，并进行有关的质量检验测试，不合格不得使用，弯曲的钢筋不得使用；
　　2）钢筋的搭接可采用焊接或绑扎，焊接长度不少于5倍钢筋直径，搭接长度不少于30倍钢筋直径；
　　3）钢筋距面层不宜少于30mm；
　　4）混凝土终凝后2小时应浇水养护，保持混凝土表面湿润，养护期不少于7天。
　　5.结语
　　通过郑州金成时代广场一期工程基坑的成功应用说明该支护技术在河南地区是可行的,而且由于其具有工期快、成本低的优势，在浙江地区具有较大的发展前景。加筋水泥土桩锚支护是一项施工简单，操作简易、经济安全、工程价值高的支护技术，在项目管理上不仅从技术方面实现了高工程价值技术的采用，在经济方面也大大的节约了施工成本响应了工程节能减耗思想，支护方法取代传统的内支撑及成孔注浆锚杆,同时又加固墙后软弱土体,使水泥土连续墙同加筋水泥土地锚组合形成一个整体支护结构[3-4]。其主要优点统计如下：
　　1） 施工工艺简单易操作，施工过程中无噪音，对环境无污染，费用低，工期短，对周围环境印象小，适用于不同图层和不同深度的基坑或边坡支护，最深可达20M；
　　2） 加筋水泥土桩锚支护结构通过锚固端扩大头增加抗拔力，也可以用锚头施加预应力，构成主动兼被动联合支护体系，加筋水泥土桩锚支护体系同时具有挡土和止水的双重作用；
　　3） 加筋水泥土桩锚支护结构中由于钻进和水泥浆液对岩土体有很好的挤密作用，对岩土体的性质具有改良作用，使得整个围护体构成一个很好的有机整体。
　　
　　参考文献
　　[1]贾杰华，石钦周，王志刚等。黄河冲积扇的形成及其水文地质环境[J]。人民黄河，2002，24（2）：19。.
　　[2]闫震鹏,赵云章,焦红军等。黄河冲积扇对中原城市群的地质控制作用[J]。地质前缘，2010，17（6）：281。
　　[3]唐业清，杨桂芹，李宪奎等。加筋水泥土桩锚支护技术规程[S]。北京:中国计划出版社，2004。
　　[4]刘全林，杨有莲。加筋水泥土斜锚桩基坑围护结构的稳定性分析及其应用[J]。岩石力学与工程学报。2005，24(2):5331-5336.

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