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岩土研究院

关于解决锚索基坑支护超越红线问题的探索

41 2024-04-17 18:49:16

[作者] 庄小杰,崔延珑,焦勇,周刚,陈烈(中国建筑一局(集团)有限公司,北京 100161)

[摘要] 锚索支护是深基坑支护中的一种重要形式,但因工程场地等因素的限制,锚索支护往往会超出本工程的用地红线,会因为违反了地方规章制度的要求而不得不采用其他支护方式,大大限制了锚索支护的推广应用。文章介绍了三种关于解决锚索基坑支护超越红线问题的施工技术,探讨解决在使用锚索支护的情况下,一方面确保基坑的安全,另一方面又不违反各地方关于基坑支护超越红线的各项规章制度。其三项施工技术已在若干工程中试验和应用,可以为遇到此类问题的工程提供借鉴。

[关键词] 锚索;玻璃纤维;深基坑;可回收


1 引言

随着土地资源的节约越来越被重视,在地下工程建设过程中确保周边环境的安全,是工程建设领域需要不断研究的课题。基坑支护是为基坑开挖提供稳固侧壁的临时支挡措施,其功能是在保护周边环境安全的同时,为地下结构的施工提供所需的作业环境。随着基坑开挖深度的不断加大,基坑支护越来越得到建设领域各方的重视,基坑支护形式也开始多样化,从早期的土钉墙、悬臂桩发展到桩锚、内支撑、逆作法等,其中桩锚支护的应用范围较为广泛,主要优点是可以提供可靠的锚固力,锚索设置于基坑外的土体内,不占用基坑内的施工空间。但是普通锚索因其会长期占据大量地下空间,锚索施工时超越红线建设的现象将逐渐被限制,安徽省、江苏省等区域早在2013年起已明确禁止锚索支护范围超越红线。当工程周边临近其他工程或主干道等复杂条件下,无法采用锚索支护,常常是采用内支撑结构支护形式,此类支护结构需要在基坑内部设置大量支撑结构和立柱,给土方开挖和地下室结构施工带来较大难度,增加了资源和成本投入,降低了工效,使得工程建设周期延长。因此,为了在保护周边环境的同时,能够尽可能减少基坑内空间的占用,降低土方开挖和主体结构施工难度,缩短工程建设周期,迫切需要研究与开发更多有利于主体地下工程施工的支护结构类型。结合国内外技术发展现状和本地区已有工程经验,在现有锚索技术基础上,通过总结和创新,提出一系列适用于城区环境的新型锚索支护结构、施工方法和环境影响控制措施,使得锚索支护不超越建筑红线,不影响周边工程施工已成为当务之急。


2 新型可回收锚索施工技术

目前在建筑施工中,预应力锚索在基坑支护中的应用越来越广泛,但是当临时支护用锚索在临时支护功能发挥完毕后会长期留在地下空间内,这些临时支护锚索因无法回收不仅会造成不必要的浪费,更会形成地下垃圾影响相邻地区基坑施工和建筑物的建设,要解决用于基坑支护的锚索超越红线问题,首先最直接的方式是使锚索可回收,锚索支护使用完成后就进行回收,可以有效解决锚索长期残留地下,影响后续工程施工的问题。要实现锚索的有效回收,首先是要拆卸掉外部锚具、卸载锚索预应力,但是目前大多数新型锚具构造复杂,施工效率低,外部锚具拆卸时往往还需要油压机等辅助设备对锚索进行卸载后,再由人工完成相关部件拆卸,同时锚索预应力大,使得拆卸危险性也大。

第一种解决锚索超越红线问题是免除使用油压机等辅助工具,构造简单、可重复使用的新型锚索外部锚具施工技术。

可回收锚索的易卸载锚具包括外部钢套筒、组合卡件、夹片、锚索、锚具垫板、扳把插孔、扳把。安装时,组合卡件紧固在外部钢套筒内部,夹片夹住锚索后插入组合卡件的锥形通孔内,各锚索穿过锚具垫板后向岩土内延伸,然后进行预应力的加载。回收拆卸时,旋转外部钢套筒与组合卡件脱离,组合卡件因外部钢套筒的脱离而实现解体,进而使得各组夹片分离并失去夹持力,从而完成锚索预应力卸载和锚具的拆除。

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外部钢套筒的内径、组合卡件的外径均设置有螺纹,两个部件通过外部钢套筒的旋转实现紧固和脱离,每组组合卡件设置有3~4个锥形通孔,以便夹片夹持后的锚索穿过,组合卡件沿锥形通孔切割形成左、中、右三部分分体,各分体在外部钢套管的配合下组合约束着各组夹片,每组夹片外侧均为锥形,由两夹部组成,夹部内侧设有摩擦齿。锚具垫板上还设有圆孔以便锚索顺利穿设,圆孔直径小于组合卡件的外径,每组外部钢套管两侧均设置有扳把插孔,扳把插入后通过扳把进行外部钢套筒的旋转,从而实现外部钢套筒和组合卡件的紧固和脱离。

通过外部钢套管、组合卡件的相互作用,实现锚具的快速安装和拆卸。卸载时,不需要使用油压机等辅助工具,只需人工转动扳把就可以实现夹片与锚索脱离,从而卸载锚索预应力,卸载过程快捷高效、安全可靠,实现了锚索的可回收循环利用。


3 大角度锚索施工技术

因斜撑等内支撑结构占据基坑内空间等原因,常选用锚索搭配排桩的组合形式,但是传统的双排桩结合锚索的支护体系,锚索及前后排桩之间整体性不足,锚索的设置为确保锚固力的需要,与水平面夹角较小,一般不超过30°,所以水平延伸距离较远往往会超出工程红线,然而因城市建设的发展,建筑物越来越密集,地铁、主干道等纵横交错,各地政府明确要求锚索支护不能超出工程红线,这在一定程度上限制了锚索的使用。如何增强双排桩与锚索之间的紧密性,同时解决锚索水平延伸过长超越红线是一项亟待解决的问题。

第二种解决锚索超越红线问题是新的大角度锚索结合排桩的支护体系,该施工技术加大了预应力锚索和水平面的夹角,减少了预应力锚索水平外延长度,避免了因预应力锚索水平外延过长超过工程红线,导致锚索施工被限制的问题。大角度锚索结合排桩的支护体系包括预应力锚索、前排桩及前排桩平行设置的后排桩,前排桩的桩顶设有前排冠梁,后排桩的桩顶设有后排冠梁,前排冠梁、后排冠梁之间通过连梁连接,预应力锚索的一端依次穿过前排冠梁和后排冠梁,并且和后排冠梁固定,预应力锚索的另一端固定于土体内。通过将预应力锚索的一端依次穿过前排冠梁、后排冠梁,并固定在后排冠梁上,另一端固定于土体内,这样可以加大预应力锚索与水平面的夹角,减少预应力锚索的水平外延长度,避免了因预应力锚索水平外延过长超出工程红线,导致锚索施工被限制的问题。

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预应力锚索的一端穿过前排冠梁和后排冠梁,并且和后排冠梁通过锚具装置固定。锚具固定装置包括锚具,锚具上设有用于穿过锚索的锚孔,锚具和后排冠梁之间还设置有钢垫板,采用这种结构的锚具固定装置,可以防止在实际使用中容易出现滑动、松动等情况,使得整体的锚具固定装置结构稳定可靠。预应力锚索的另一端通过注入水泥浆形成锚固段固定于土体内,注浆可以提高锚索的支护效果,克服锚索在土地基中钻孔容易塌孔、漏水、锚固力不足等缺点,确保支护结构的安全,施工方便,工作效率高。根据现场施工要求,预应力锚索和水平面之间的夹角可以随意调整,当夹角为45°~65°时,整体的支护结构最稳定,基坑支护能力最强。在上述技术的基础上,前排桩和后排桩均为灌注桩,直径为 800 mm~1500mm,灌注桩强度高,承载力强,而且施工速度快,提高了工作效率。前排桩和后排桩之间的水平距离为3000 mm~5000mm,设置合适的水平距离能保证足够的施工空间,挖土方便。

大角度锚索结合排桩的支护技术,加大了预应力锚索与水平面的夹角,减少了预应力锚索水平外延长度,避免了因预应力锚索水平外延过长超出工程红线导致锚索施工被限制的问题。另外,通过预应力锚索将前排桩、后排桩及配套的冠梁、连梁各部分水平联系起来,预应力锚索大角度进入土体内形成锚固段,优化了整个支护体系,提高了支护的整体性,可以有效提高双排桩的基坑支护能力。



4 玻璃纤维锚索施工技术

第三种解决锚索超越红线问题是采用特殊的锚索固定端材料,使得残留在地下的锚索能够较易清除,这样锚索系统部分超越红线对后续工程的施工影响也不会太大。

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采用高压旋喷扩大锚杆锚固体直径和组合锚固体构造,用浆囊袋纯水泥浆注浆,提高锚固体中心局部部位的浆体强度,采用浆囊袋注浆,保证承载体居于锚固体的中心位置。改变承载体在锚固体中单一受压承载形式,采用玻璃纤维筋受拉、承载体受压,以拉、压集合受力形式作用于承载体,承受锚杆之拉力荷载。在承载体外侧设置了数根玻璃纤维筋,玻璃纤维筋前延伸一定长度,形成玻璃纤维筋受拉,承载体受压的集合受力形式。

玻璃纤维筋抗拉强度可达600MPa~900MPa,抗剪强度130MPa左右,属脆性材料,图4为某工程试验中由玻璃纤维制成的试验锚索开挖后,从坑内吊上地面,玻璃纤维筋被起吊拆断的状态,说明玻璃纤维筋性脆,比较容易拆断。这个特性作为障碍物遗留在地下,日后遇地下工程施工时不会造成太大的障碍。

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锚索构造利用玻璃纤维筋抗拉强度高、抗剪强度低的特性,在保证承受承载体拉力荷载的情况下,又避免了残留的障碍物对日后的地下工程施工造成危害,可以有效解决锚索超越红线而被限制使用的情况。


5 结语

以上介绍了三种关于解决锚索基坑支护超越红线问题的施工技术,深基坑工程的有效支护关系到整个基坑工程的安全稳定,如何解决在使用锚索支护情况下既确保基坑的安全,又不违反各地方关于基坑支护超越红线的各项规章制度,是一项值得深入研究的问题,本文中的几项方法已在若干工程中试验和应用,可以为遇到此类问题的工程提供借鉴。


参考文献

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[3] 白冰.可回收锚索在深基坑支护工程中的应用[J].绿色环保建材.2019,(2).197-198.

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[5] 闫建,张武,姚晓旭,等.北京某深基坑桩锚支护结构监测与分析[J]. 施工技术,2021,50(19):79-83.


附件:

关于解决锚索基坑支护超越红线问题的探索.pdf














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