可回收式锚杆在基坑支护工程中的应用

可回收式锚杆在基坑支护工程中的应用

李红军1， 张开普2

( 1 绿地浙江事业部，杭州 310015；2 上海勘察设计研究院(集团) 有限公司，上海 200070)

［摘要］ 以杭州绿地华家池项目深基坑支护工程中应用的锚杆为例，介绍了一种主筋可拆除的可回收式锚杆，以 及基坑支护设计方案、现场基本试验及回收试验、锚杆的构造制作、施工安装及拆卸。实例表明该技术简单可行，在基坑支护中使用该技术能够满足安全要求，又能在使用完成后及时拆除回收，对周边场地后续施工不产生影响。

［关键词］ 基坑支护；可回收式锚杆；无粘结钢绞线 ；回收试验

中图分类号 : TU753 文献标识码 : A 文章编号 : 1002-848X (2019) 10-0110-05

由于城市城区的道路、建筑物及管线等设施较 为密集，基坑开挖时不但要考虑基坑本身的安全及 稳定，也需考虑对周边环境的影响［1］。

长三角软土地区开挖深度在8～15m左右的基坑采用的支护结构体系主要有：1) 排桩+ 内支撑体 系 ; 2) 排桩+锚杆支护体系。锚杆相较内支撑体系 具有造价低、土方开挖快及基础施工便利等优点，但由于锚杆需沿基坑四周向外辐射布置，易与周边管线、建筑物冲突，最主要的是会对后续邻近建筑物或市政工程等地下结构及设施的施工造成障碍，产生一定的经济损失和法律纠纷［2］。因而锚杆技术在 城市中的应用存在较大的局限性，如何有效利用锚杆技术，扬长避短，使其不对周边后续工程的施工造成影响，成为锚杆技术应用于基坑支护时需研究解决的重点和难点［3］。

1. 1 可回收式锚杆简述

基坑支护中的锚杆是用于地下室开挖及地下结 构施工时的临时支护，由于其打入周边土体中，当地 下室施工完成后，就遗留在土体中成为障碍物。

可回收式锚杆是一种可将其杆体拆除回收的新型锚杆，使用这种锚杆可最大程度上清除锚杆使用后留下的障碍。其核心技术是主筋可拆除，通过一定隔离措施减小杆体材料与注浆之间的粘结力。与常规锚杆不同，可回收式锚杆是通过将锚头对锚杆的拉力转换为锚头对锚杆端部土层的压力，然后通过周围土体与注浆体之间的摩阻力将此压力传递到 土体中来提供承载力［4］，因而一般为压力型锚杆， 其简要构造图见图 1。

图 1 压力型预应力锚杆结构图

本工程采用的可回收式锚杆为主筋可拆除式高压旋喷锚杆，适用于一般黏性土、粉土等需要经高压旋喷提高锚杆抗拔力的土层，可以采用 2 根、4 根或 6 根钢绞线，最大抗拔承载力在 360～ 900kN。该锚 杆由预应力筋和承载头组成，预应力筋通过挤压套及螺纹挤压套连接于承载头，当锚杆处于工作状态时，锚杆的荷载通过预应力筋传递到承载头上，承载头将荷载传递到锚固体上。当锚杆使用结束需要拆除时，可通过旋转螺纹等方法将预应力筋与承载头间的连接松动，再通过相对较小的拉力就可以使预应力筋与承载头分离，只要用人力就可以将预应力筋拉出地面，完成拆卸［5］。可拆除式锚杆的构造及实物见图 2，3。

图 2 4 索旋喷可拆除式锚杆主筋构造图

图 3 4 索旋喷可拆除式锚杆主筋实物

1. 2 高压旋喷锚杆与常规锚杆的差别简述

常规锚杆施工一般采用钻机水钻成孔，一般孔 径在100～180mm，然后再通过低压灌注水泥浆，使锚筋与土体粘结，由于注浆压力较小，注入到土体中 的浆液量较小，且扩散无序，因而产生的锚固力非常有限，此外由于本工程场地以砂性土为主，地下水较丰富，锚杆施工开始时，容易产生塌孔及流砂情况，导致锚杆无法继续施工或施工质量欠佳，从而影响 基坑自身和周边环境的安全。

高压旋喷锚杆通过高压旋喷搅拌形成大直径的水泥土桩体（直径一般在400～1500mm），一方面通过高压喷射注浆对锚筋周边的土体进行加固，另一方面通过承载头将筋体与大直径的水泥土旋喷桩粘合在一起，以上两方面的共同作用不仅大大提高了锚固力，也解决了流砂层中塌孔、喷砂涌水的难题。

1. 3 可回收式锚杆的设计

本工程采用的可回收式锚杆为压力分散型锚杆，锚杆的极限承载力P应满足以下三 个 基 本条件：

P ≤ Fa × fptk

P ≤ nFc × fc

P ≤ πD ∑ qsn × Ln (3)

式中：Fa为钢绞线的截面面积，mm2；fptk为钢绞线的强度标准值，N/ mm2；n为承载体个数；Fc为浆体受压面积，mm2；fc为浆体抗压强度标准值，N/mm2；qsn为第n承载区段上的粘结摩阻强度标准值，N/ mm2；D为锚固段浆体直径，mm；Ln为第n承载区段的长度，mm。

1. 4 可回收式锚杆与常规锚杆 ( 不可回收锚杆) 、排桩+内支撑支护体系的特点对比

（1）与常规排桩+内支撑支护体系相比，可回收式锚杆与常规锚杆一样，在基坑支护结构使用过程中，锚杆与排桩可形成共同受力体系，施工操作面大，便于土方开挖和地下结构施工，一般可节省20%的造价和工期；此外锚杆施工后施加预应力，不 仅有利于检验施工质量，且有利于控制变形，支护结构稳定性好。

（2）与常规锚杆相比，可回收式锚杆主要有以下特点：1) 可回收式锚杆比常规锚杆适用范围更广泛，对周边影响更小。可回收式锚杆在基坑支护结构使用结束后，锚杆主筋可以拆除重复利用，不仅降低了工程成本，且解决了传统锚杆遗留在场地内影响后续周边施工的问题。2) 可回收式锚杆的承载力较常规锚杆稍低，但能满足一般工程要求，目前可回收式锚杆的单锚极限抗拔承载力最高约900kN。3) 可回收式锚杆的施工周期与常规锚杆类似，工艺 相似，回收也比较方便，一般一根锚杆回收时间约几分钟，常规基坑回收周期约一周至半个月左右，且不影响主体结构施工。4) 可回收式锚杆的造价与常规锚杆基本相当。虽然可回收式锚杆为专利产品，但材料及施工工艺与常规锚杆相似，目前可回收式锚杆种类较多，可选择面广，此外可回收式锚杆的钢绞线回收之后还可以重复使用2～3次，基本抵消了回收费用。

1. 5 可回收式锚杆的适用范围

采用高压旋喷工艺的可回收式锚杆可广泛使用在淤泥质土、粉土、粉砂土、一般黏性土、圆砾、岩石等地层中，尤其是粉砂土及一般黏性土中，锚杆抗拔力可发挥最大效用。理论上此可回收式锚杆与常规锚杆一样，可结合锚杆水平及竖向间距等进行设计，从而应用于不同深度的基坑工程，目前较普遍应用在2层或3层地下室的基坑中。对于周边暂时没有建筑物或允许临时超越用地红线的地区，它是常规锚杆的最佳替代品。

2 工程实例

2. 1 工程概况

杭州绿地华家池项目位于杭州市江干区艮山西 路以南、秋涛北路以西，主体建筑物主要包括9幢28～31层住宅楼、1幢3层住宅楼。整体设置2层地下室，基坑长约330m，宽约130m，周长约966m，面积约35180m2，基坑开挖深度为8. 8～9. 7m。

2. 2 基坑周边环境情况

(1) 基坑东侧与用地红线最近距离约1. 92m，与秋涛北路及在建高架路距离超过30m，与周边建筑最近距离超过80m。

(2) 基坑南侧与用地红线最近距离约5. 81m，与规划道路最近距离约8. 82m，与周边规划建筑最近距离约8m。

(3) 基坑西侧与用地红线最近距离约4m，与规划道路最近距离约7m，与周边世茂地块建筑最近距离约20m，该项目基坑已开挖完成。

(4) 基坑北侧与用地红线最近距离约7m，与规划道路最近距离约9m，与拟建商业地块建筑最近距 离约21m，两地块同时施工。

2. 3 工程地质条件

拟建场地隶属于杭嘉湖平原，从地貌上看为钱塘江冲海积平原和湖沼积平原交接区域。场地总体平整，周边环境条件良好。基坑开挖范围内主要土层依次为 : ① 1 层杂填土，①2 层素填土，② 1 层砂质 粉土，②2 层砂质粉土，②3 层粉砂，③层粉砂夹粉土，基坑坑底主要位于②3 层粉砂。

根据勘察 告，基坑影响范围内的各土层的物理力学性质指标如表 1 所示。基坑影响范围内地下水主要为上层滞水及孔隙潜水，地下水位埋深在现地表下 0. 30～2. 20m。

基坑岩土的物理力学性质指标 表 1

注 : 强度指标值为固结快剪值，加括号为地区经验取值。

2. 4 基坑支护方案

2. 4. 1 基坑工程特点及难点分析

( 1) 基坑规模大，形状极不规则。地下室为2层，基坑面积达3. 5万m2，基坑形状极不规则，阳角、转角较多，基坑支护有一定难度。

(2) 周边施工空间有限。地下室边线距红线较近，最近距离约 2m。

(3) 基坑开挖深度范围分布有 ②层及 ③层粉(砂) 性土层，该类土透水性强，在一定渗透压力作用下易渗水、易产生流土或管涌现象，锚杆施工时的渗水问题成了很大的一个难题。

2. 4. 2 基坑支护方案

综上所述并结合现场的实际情况，经过方案比选，最终采用排桩+可回收式锚杆支护结构的方案，支护方案平面图、剖面图分别见图 4，5。

排桩采用直径为700，800mm、间距为1000mm 的灌注桩，桩长约为15～16m，插入比约1∶1，采用单排3850@1200 的三轴水泥土搅拌桩止水，桩长为15.5m，水泥掺入量为 20%，设置二道可回收式预应力锚杆，直径为 180mm ( 锚固段扩孔至 400mm) ，锚杆长度分别为18，16m，锚杆水平间距分别为 2. 0，1. 33m，倾角为 15° 。

支护方案计算结果见表 2，根据表2中计算结果，本工程锚杆杆体采用 4 根s15. 24 无粘结钢绞线，主筋为可拆除式构造，钢绞线标准强度为1860MPa，锚杆抗拔强度设计值为 390kN。

支护方案计算结果 表 2

整个基坑支护工程能否成功的关键因素主要在于：1) 锚杆施工的可能性 ； 2) 锚杆的抗拔承载力能否达到设计要求 ; 3) 锚杆能否回收成功，回收成功率是多少。

为检验可回收式锚杆在本工程的适用性，确保 满足以上 3 点因素的要求，经各方沟通协商，在场地进行现场试验研究，主要包括用于检测抗拔承载力的基本试验及检测回收成功率的回收试验。

2. 5 现场试验

2. 5. 1 试验参数及施工情况

( 1) 锚杆采用高压旋喷工艺，锚杆轴线水平夹角为向下15° ，孔位结合勘察 告地层选定，确保覆盖各种地层。试验锚杆数量及规格见表 3。

表 3

图 4 基坑支护平面图

图 5 典型支护剖面图

(2) 本工程锚杆施工涉及土层为②1层砂质粉土、②2层砂质粉土、②3层粉砂、③层粉砂夹粉土。

(3) 可回收锚杆主筋制作及安装。锚杆主筋为4根s15. 24无粘结钢绞线，为可拆除式构造，钢绞线标准强度为1860MPa。4根钢绞线分别锚固于4个承载头上，每2个承载头组成 1 个承载头组，相邻 承载头组的轴线间隔距离为 0. 5m。构造及实物见图 2 ，3 。

(4) 锚杆施工。采用 XL-50B钻机成孔，成孔直径为150mm，锚固段旋喷扩孔直径为400mm，旋喷扩孔采用水泥浆作为射流介质，射流压力根据锚固地层 不同性质控制在 10～ 12MPa，旋喷射流液量控制在100L/min 左右，旋喷回转速度为 20～30r/min。注浆采用42. 5 普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比为 0. 8 ∶1。

(6) 待基本试验完成后，对锚杆进行回收试验。

2. 5. 2 试验结果

( 1) 施工可行性。所有5根可回收式锚杆从成孔、安装主筋到注浆成桩等均可正常进行，锚杆主筋均为成品，由工厂内批量制作而成，质量有保证。

(2) 承载力性能。试验结果表明，所有试验锚杆均可以达到设计要求的最大试验荷载而不至于使杆体拔出发生破坏，锚杆的试验结果详见表 4。

基本试验及回收试验结果表 4