謝弘帥 何林南 李正陽 鄭鵬亮 王宗生 杜維彬

1. 上海海洋地質(zhì)勘察設(shè)計有限公司 上海 200120；2. 中建二局第一建筑工程有限公司 北京 100176

錨索作為比較成熟的支護方式，已在礦山、隧道、邊坡和基坑等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，成為一種重要的支護技術(shù)手段。隨著錨索技術(shù)的不斷改進與創(chuàng)新，其已由原普通預(yù)應(yīng)力型發(fā)展為高壓旋噴型，較好地解決了普通錨索直徑小、設(shè)計長度長、錨固力小等問題。近年來，高壓旋噴錨索在軟土地區(qū)也得到了一定的應(yīng)用，取得了較好的社會效益[1]。

隨著現(xiàn)代城市空間不斷開發(fā)，城市用地趨于緊張，為充分利用地下空間資源，地下室開挖深度越來越深，擬建地下室外墻退界用地紅線越來越小。隨著錨索的大量使用，錨索后階段性問題日益突出。

錨索易超用地紅線侵占鄰近空間，錨索中鋼絞線不易回收、遺留在地下，易形成地下障礙物，不僅造成了資源浪費，而且給鄰近未來地下空間開發(fā)帶來較大影響。因此，錨索的可回收性及回收率成為了當下該支護體系能否實施的關(guān)鍵。在20世紀90年代，國外就開始對錨索的可回收性進行了研究，比較典型的有英國SBMA回收式錨索、德國DYWIDAG回收式錨索和日本JCE回收式錨索等[2]。

目前，國內(nèi)可回收工藝較為成熟和使用較為廣泛的主要是U形（擴大頭）鋼絞線錨索、日本JCE錨索和熱熔式可回收錨索這3種。從上述3種可回收性錨索大量的應(yīng)用和實際效果看，上述可回收錨索依舊存在不少問題，如回收難度大、回收率低、回收工期長、需預(yù)留一定的人工拆除操作空間、拆除變形大等。而新型玻纖錨索憑借自身高強、輕質(zhì)、易切割、環(huán)保等特性，較大程度上彌補了當前可回收錨索在使用中的不足。

1 工程概況

1.1 工程周邊環(huán)境

擬建項目位于浙江臺州玉環(huán)市軟土地區(qū)，整體設(shè)1層地下室?；用娣e約5.90萬 m2，開挖深度5～7 m。

基坑北側(cè)距用地紅線最近3.30 m，用地紅線外為市政省道（道路上有供水、雨水、污水等市政管線）；基坑南側(cè)距用地紅線最近為9 m，用地紅線外為市政主干道；基坑?xùn)|側(cè)距用地紅線約4.50 m，用地紅線外為施工便道；基坑西側(cè)距用地紅線最近為4 m，用地紅線外為施工便道，路寬約6 m?；颖眰?cè)和南側(cè)為主干道，環(huán)境保護要求較高，基坑?xùn)|側(cè)和西側(cè)周邊環(huán)境相對一般，距用地紅線較近。擬建地下室周邊環(huán)境如圖1所示。

圖1 擬建地下室周邊環(huán)境

1.2 工程地質(zhì)條件

擬建場地地形地貌屬沖海積平原，根據(jù)地勘資料，基坑開挖影響范圍內(nèi)場地地層從上而下分別是：①雜填土、③1淤泥、③1夾粉質(zhì)黏土夾粉砂、③2淤泥質(zhì)黏土、③3黏土、④黏土等。場地平均2.00～6.30 m雜填土以下分布有較厚的③1層流塑狀淤泥土，基底均位于③1層淤泥深度范圍內(nèi)，該土層土性較差。

1.3 工程水文條件

根據(jù)勘察報告，對本項目有影響的地下水類型主要為孔隙潛水和孔隙性弱承壓水。其中，潛水埋深0～1.50 m，弱承壓水水頭高程約0.20 m。

2 基坑支護方案選型

本基坑面積大，開挖深度5～7 m，地質(zhì)條件較差?；颖眰?cè)和南側(cè)環(huán)境保護要求較高，有重要管線分布，采用鉆孔樁＋鋼前撐或雙排樁支護；基坑西側(cè)及東側(cè)周邊環(huán)境條件相對簡單，但距用地紅線較近。根據(jù)基坑開挖深度、地質(zhì)條件和周邊環(huán)境，基坑西側(cè)和東側(cè)可采用的支護方案主要為：鉆孔樁＋高壓旋噴樁止水帷幕＋鋼斜撐，或鉆孔樁＋高壓旋噴樁止水帷幕＋可回收高壓旋噴錨索。

鋼斜撐方案需要坑邊留土，中部底板先施工，待底板達到設(shè)計強度并拼裝鋼斜撐后，再進行斜撐下土方的二次開挖，因而會造成挖土和土建施工時間長，無法滿足現(xiàn)場對工期的要求，且底板位置預(yù)留的施工縫增加了底板滲漏水的風(fēng)險。

目前，市場普遍使用的可回收錨索無法保證100%的回收率，為了盡量減小錨索對鄰近地塊開發(fā)的影響，本項目推薦采用新型玻纖錨索。

3 基坑支護方案設(shè)計

3.1 支護設(shè)計參數(shù)

本基坑?xùn)|側(cè)和西側(cè)開挖深度5 m，通過計算分析，采用φ700 mm@1 000 mm鉆孔灌注樁擋土，樁長15 m；采用高壓旋噴樁止水帷幕，樁長8 m；壓頂圈梁中心處設(shè)1道玻纖錨索，具體支護典型剖面和錨索主要設(shè)計參數(shù)如圖2和表1所示。

圖2 基坑支護典型剖面示意

表1 錨索主要設(shè)計參數(shù)

3.2 支護力學(xué)模型建立

本工程采用玻纖3φ19.5 mm，抗拉強度1 034 MPa?；诶士贤翂毫碚?，通過采用理正巖土計算軟件進行驗算，具體力學(xué)計算模型如圖3所示。

圖3 基坑支護力學(xué)計算模型（單位：m）

3.3 基坑支護計算結(jié)果及分析

通過支護力學(xué)模型模擬和理論計算結(jié)果分析可知：基坑開挖至基底標高時，錨索軸向拉力標準值為210.00 kN，支護樁最大位移為29.79 mm，說明基坑變形可控。

基坑整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.336，抗傾覆穩(wěn)定最小安全系數(shù)為2.346，滿足規(guī)范要求，基坑安全可控。

4 新型大直徑玻纖錨索構(gòu)造及特點

新型大直徑玻纖錨索屬于壓力型錨索，主要由外錨頭、波紋PVC套管、GFRP筋體材料、注漿體和承壓支座等組成，其中錨具采用OVM系列，錨具和夾具應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)范要求。具體構(gòu)造、筋體連接和相關(guān)設(shè)計要求如圖4、圖5和表2所示。

圖4 新型玻纖錨索大樣

圖5 玻璃纖維和鋼絞線筋體連接大樣

表2 玻璃纖維和鋼絞線筋體連接技術(shù)要求

新型大直徑玻纖錨索具有以下幾大特點：

1）無需回收。采用環(huán)保且易切割的環(huán)氧樹脂和玻璃纖維復(fù)合組成的新型玻璃纖維增強樹脂筋材料（簡稱GFRP筋材），對周邊環(huán)境無影響，無需回收。

2）具有很好的彈性性能。應(yīng)力應(yīng)變曲線接近彈性，在發(fā)生較大變形后能恢復(fù)原狀，塑性變形小，有利于結(jié)構(gòu)偶然超載后的變形恢復(fù)。

2）具有較高的錨固力。大直徑錨固體與土層的接觸面積大，大幅度提高了錨固力，進一步縮短了錨索設(shè)計長度，便于施工。

3）具有較高的比強度和抗拉強度。新型可回收玻纖錨索由7根直徑6.5 mm的玻璃纖維筋復(fù)合而成，復(fù)合后大大提升了其抗拉強度，進一步保障了基坑支護的安全及可靠性。其中，內(nèi)置GFRP新型筋體材料有較高的比強度，可減輕結(jié)構(gòu)自重，方便現(xiàn)場施工。

4）適用性更廣泛。內(nèi)置的GFRP新型復(fù)合筋體材料具有良好的耐腐蝕性，在酸、堿、氯鹽和潮濕環(huán)境中均可長期使用，適用條件較廣，這是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料難以比擬的。

5 基本試驗

施工前，根據(jù)規(guī)范JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》要求進行錨索基本試驗，確定錨索施工工藝、錨索極限抗拔承載力標準值，驗證設(shè)計參數(shù)。試驗錨數(shù)量按設(shè)計同條件下不少于4根。

利用一臺500 kN的油壓千斤頂對試驗錨索進行分級多循環(huán)加載、卸載，加卸載的各分級荷載量宜取最大試荷載的10%。最大加載量為350 kN，4組試驗中錨索最大殘余沉降量為19.23 mm，最大上拔量為35.12 mm，各級上拔位移增量逐級遞增，U-曲線較為平緩，未出現(xiàn)錨索位移增量2倍的現(xiàn)象，且錨索位移收斂較好，滿足設(shè)計要求?；驹囼灣晒绫?所示。

表3 錨索抗拔靜載試驗成果匯總

6 支護實施效果

為了確?；影踩?，本工程在基坑施工過程中，于支護樁頂、周邊地面、錨索內(nèi)等設(shè)置了相應(yīng)監(jiān)測點，便于隨時掌握基坑變形情況，做到信息化施工和對施工全過程的動態(tài)控制。本文主要取在開挖過程中對圍護結(jié)構(gòu)有直接檢驗效果的支護樁樁頂水平位移、錨索內(nèi)力及周邊地面沉降進行分析。

圖7和圖8分別表示在土方開挖不同時間段支護樁頂水平位移和支護樁豎向位移監(jiān)測歷時變形值。從圖中可以看出，樁頂水平位移和豎向位移總體上隨著開挖深度及時間呈現(xiàn)不斷增大趨勢，特別是開挖到第1道錨索底至基底前，變化速率較大，主要原因是開挖范圍內(nèi)土性較差，為較厚流塑狀淤泥層。支護樁最大水平和豎向位移均發(fā)生在土方開挖至基底時，最大樁頂水平位移和最大豎向位移分別為12 mm和12.20 mm，開挖過程中最大變形速率2.7 mm/d，滿足設(shè)計要求。

圖7 樁頂水平位移歷時曲線

圖8 樁頂豎向位移歷時曲線

圖9和圖10分別表示在不同施工時期深層土體位移和地面沉降位移值?？梢钥闯?，隨著基坑土方開挖，引起的土體位移和地面沉降變形速率逐漸增大，待至開挖至基底，墊層和底板澆筑完成后，土體位移和地面沉降變形速率逐漸減小，土體趨于穩(wěn)定狀態(tài)。最大深層土體位移值為36.60 mm，最大沉降位移值為27 mm?？紤]到周邊布有施工便道，且基坑暴露時間較長及處于雨季期，實際發(fā)生的深層土體位移和沉降位移比理論模擬結(jié)果稍大。圖11為土方開挖不同時間段錨索軸力歷時監(jiān)測曲線，在開挖至基底前，錨索軸力處于增長狀態(tài)，軸力監(jiān)測最大值為201 kN，未超過設(shè)計軸力預(yù)警值。

圖9 深層土體位移歷時曲線

圖10 地面沉降歷時曲線

圖11 錨索軸力歷時曲線

綜上所述，基坑工程開挖全過程的監(jiān)測結(jié)果表明，基坑開挖至基底時，基坑支護結(jié)構(gòu)樁頂位移最大為12 mm，側(cè)向深層土體位移最大為36.60 mm，地面沉降最大為27.001 mm，未超預(yù)警值，有效控制了基坑開挖對基坑周邊環(huán)境的影響，進一步說明新型大直徑玻纖錨索適用于軟土地區(qū)，能起到較好的支護作用，且能避免對鄰近地塊開發(fā)帶來的不利影響。

7 社會效益分析

新型大直徑玻纖錨索能有效控制基坑變形，通過對內(nèi)置筋體材料進行改進和創(chuàng)新，采用具有高強比、耐腐性強、耐久性、易切割和新型環(huán)保等特性的玻璃纖維增強樹脂筋GFRP材料，較好地解決了市場上可回收錨索中鋼絞線無法完全回收、錨索超用地紅線等問題，同時減少了鋼筋生產(chǎn)帶來的能源消耗和環(huán)境污染，是一種新型綠色環(huán)保支護材料。

該新型錨索省去了傳統(tǒng)意義上可回收錨索拆除及鋼絞線回收等工作，節(jié)省了人工拆除、錨索回收費用及拆除過程中新增的換撐等費用，極大地降低了支護成本，同時較大地優(yōu)化和縮短了施工工期。該種技術(shù)在工程應(yīng)用中具有較高的競爭力和較好的經(jīng)濟效益。

8 結(jié)語

本文結(jié)合實際工程，通過技術(shù)可行性、經(jīng)濟性、實施效果等方面進行分析，得出以下結(jié)論：

1）新型大直徑玻纖錨索可避免錨索無法回收的情況，對周邊地下空間開發(fā)影響小，綠色環(huán)保，為錨索的可回收提供了一種新思路。

2）新型大直徑玻纖錨索錨固力可靠，基坑變形控制效果較好，能夠滿足設(shè)計要求。

3）新型大直徑玻纖錨索無需進行傳統(tǒng)意義上的錨索拆除及鋼絞線回收工作，且憑借自身新型復(fù)合筋體材料高強的比強度、抗拉強度和彈性性能等特點，進一步提高了基坑的安全性。

4）新型大直徑玻纖錨索的使用，省去了傳統(tǒng)意義上可回收錨索煩瑣的拆除及回收工作，大幅降低了基坑的支護成本，節(jié)省了施工工期，減少了鋼筋生產(chǎn)帶來的能源消耗和環(huán)境污染，經(jīng)濟效應(yīng)相對較顯著，具有很好的推廣應(yīng)用前景。