岩体或者土体的稳定性,是我们广大土木工程从业人员经常遇到也是非常关注的一个问题。土坡或者岩质边坡的高度超过一定程度,边坡的部分岩体就会有向下滑动的趋势,当这部分岩体其自重在潜在滑动面的分力大于滑动面的摩擦力的时候,就会滑塌下来形成滑坡。

在边坡工程和基坑工程中,采用抗滑桩(支护桩)+锚杆(索)进行边坡支护和基坑支护都是比较常见的。在基坑工程中,当开挖深度比较深,或者场地地质条件相对较差的时候,土体与锚杆(索)注浆体之间的摩擦力可能就不能满足承载力的要求,或者是变形超过规范允许的范围,这种情况在工程实践中应该是普遍存在的。

遇到这种情况,就得想办法提高锚杆的抗拔力。单纯地加密锚杆间距或者加长锚杆长度,往往解决不了问题,并且可能出现“群锚效应”,而锚杆长度超过一定范围之 后再加长对抗拔力没什么贡献了。10m以内的锚固长度对提高抗拔力是有作用的,但超过10m并不合理1。北京京城大厦基坑锚杆张拉应变图,拉拔力达到最大值时,锚杆应变峰值深度为9m,零应变深度为14m(锚杆自由段4m) ,与文11观点吻合2

与桩的工作原理类似,锚杆也是靠注浆体与土体之间的摩擦力来提供抗拔,而桩除了摩擦桩还有端承桩。于是有人就从不同的思路提出了一些办法,来提高锚杆的抗拔力。一种就是通过加大锚杆孔径、提高注浆体与土体摩擦力的办法,另一种就是在锚杆端头形成一个扩大头、提高端承力的办法。这两种方法,各有相应的工法, 而且都申请了专利。前一种方法现在的叫法就是LXK工法,后一种方法就是所谓的扩大头锚杆。

先说说LXK工法。LXK工法,最早的文献资料好像见于2002年第3期的《施工技术》,发明人李宪奎,专利所有权人珠海顺智岩土专利技术有限公司。该公司参 编、北京交通大学隧道与工程研究所主编的中国建设工程标准化协会标准《加筋水泥土桩锚支护技术规程》CECS1473,就是关于该工法的一个推荐 性标准。该规程对这种工法的介绍如下:

加筋水泥土桩锚支护是一种有效的土体支护与加固技术,其特点是钻孔、注浆、搅拌和加筋一次完成。适用于砂土、粘性土、粉土、杂填土、黄土、淤泥、淤泥质土等土层中的基坑支护和土体加固。本规程对采用这种技术的工程设计、施工和验收做出了规定。规程中所涉及的有效发明专利和实用新型专利,使用者可按国家有关 规定与专利持有人协商处理(珠海智顺岩土工程专利技术有限公司,珠海市香洲区乐园路42号3栋16c宁海花园,邮政编码:519051)。

根据成型方向,加筋水泥土桩锚体可分为竖向、斜向或水平向三种型式,见下图:

根据成型方法,加筋水泥土桩锚支护可分为注浆加筋水泥土桩锚支护、高压旋喷加筋水泥土桩锚支护、搅拌加筋水泥土桩锚支护和一次成锚式加筋水泥土桩锚支护。

该工法有几种典型的应用形式,CECS147:2004中的介绍和简图如下:

1.悬臂式加筋水泥土桩锚支护

当场地为混合土层或砂性土层,基坑深度不大于6m,基坑内墙脚处具备留土台的条件时,可采用悬臂式加筋(预应力或非预应力)水泥土桩锚支护。

2.人字形加筋水泥土桩锚支护

当场地为软土、素填土、各类砂性土,基坑深度不大于6m,基坑周围不具备放坡条件且地下水位较高时,可采用人字形加筋水泥土桩锚支护结构。

3.门架式加筋水泥土桩锚支护

当基坑外有2~3m施工空间,且基坑深度为6~10m时,宜采用门架式加筋水泥土桩锚支护。类似于双排桩。

4.复合式支护

在较好的层状土层中,可采用土钉或锚杆与加筋水泥土桩墙相结合形成复合式支护结构。

5.加筋水泥土桩墙与多排加筋水泥土桩锚支护

当基坑边坡土体为流塑状态的软土或松散的砂土,基坑深度大于10m且小于18m基坑外地下允许桩锚体施工时,可采用加筋水泥土桩墙与多排斜向加筋水泥土锚体支护结构。

6.后仰式锚拉钢桩支护

当场地为可塑直至硬塑的粘土层,基坑深度不大于15m时,可采用后仰式锚拉钢桩支护结构 当要求支护结构具有止水作用时,可增设止水帷幕。

7.水平咬合加筋水泥土拱棚支护

当在含水量丰富的砂土或软土层中采用暗挖施工隧道或地下工程时,可采用水平咬合加筋水泥土拱棚支护结构。

8.多向加筋水泥土桩锚支护

当基坑出现险情时,可在坑边地面竖向或垂直于滑动面方向做抗滑加筋水泥土桩锚体支护,根据险情需要可采用单排或多排桩体。

在软弱地层施工管涵时,可采用竖向加筋水泥土桩体加固。

为防止边坡塌滑,可采用加筋水泥土桩锚加固处理,其直径不宜小于500mm。

为防止海堤、河堤渗漏,可采用加筋水泥土桩体加固处理,宜形成相互咬合(搭接150~200mm)的加筋水泥土连续桩墙。

再说说扩大头锚杆。扩大头锚杆有很多种工艺,比如在锚杆端部埋设炸药爆破扩孔,本文介绍的是一种叫做钜联TM 扩大头锚杆技术的专利工艺。钜联TM 扩大头锚杆技术,发明人曾庆义,中国建筑科学研究院中国建筑技术集团有限公司深圳分公司总工程师、《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》(SJG05-96)编委。下面引用曾庆义博士在2006年5月深基坑支护技术专题研讨会上的报告4,对该工艺做个介绍:

钜联TM 扩大头锚杆工法的原理,是利用高压喷射流束在规定的位置定点切割锚孔孔壁土体,通过循环水或水泥浆将所切割的土体颗粒排出,形成大的空腔,然后注浆充填形 成锚杆扩大头。扩大头的位置可以设置在锚杆的底部,还可以在锚固段的中部增设一个甚至多个, 这些在施工工艺方面都可以实现。

根据不同的土质条件、锚杆类型、扩大头直径和锚杆设计抗拔力水平,该工艺可采用如下几种工法:

Bcg工法:套管钻进,高压水泥浆喷射扩孔,水泥浆置换注浆;
Bwcg工法:套管钻进,高压水分序喷射扩孔,高压水泥浆喷射注浆,水泥浆置换注浆;
Bwwcg工法:套管钻进,高压水两遍分序喷射扩孔,高压水泥浆喷射注浆,水泥浆置换注浆;
Bwwcs工法:套管钻进,高压水两遍分序喷射扩孔,高压水泥浆喷射注浆,水泥砂浆置换注浆;
Acg工法:钻头钻进,高压水泥浆喷射注浆,水泥浆置换注浆;
Awcg工法:钻头钻进,高压水分序喷射扩孔,高压水泥浆喷射注浆,水泥浆置换注浆;
Awwcg工法:钻头钻进,高压水两遍分序喷射扩孔,高压水泥浆喷射注浆,水泥浆置换注浆;
Awwcs工法:钻头钻进,高压水两遍分序喷射扩孔,高压水泥浆喷射注浆,水泥砂浆置换注浆。

钜联TM 扩大头锚杆的施工机械,目前国内已有不少厂家定制生产,其中无锡探矿机械厂和无锡金帆已定型批量生产,也可用普通锚杆钻机自行改装,将锚杆钻机的钻杆改成耐高压的钻杆,施工时用正循环工艺、采用高压注浆泵供水即可。

废话到此为止,欢迎大家评论探讨。


  1. 卢肇钧、吴肖铭、刘国楠。《锚定式支护工程实践中几个问题探讨》。广东省基坑研讨会,1994年7月。 ↩︎

  2. 孙家乐、黄玉田等。《深基坑锚护体系动态设计与信息施工技术》。《基坑开挖中的岩土工程问题学术讨论会论文集》,1992年。 ↩︎

  3. 《加筋水泥土桩锚支护技术规程》CECS147:2004。 ↩︎

  4. 曾庆义博士在2006年5月深基坑支护技术专题研讨会上的报告。 ↩︎