孫本水

(山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590)

1 概述

錨索、土釘是常見的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)施工完成后錨索、土釘將永久地留在巖土體中，形成地下建筑垃圾，對地下巖土體產(chǎn)生污染[1]。更有甚者，遺留在地下的鋼筋、鋼絞線延伸到用地紅線外，嚴(yán)重侵犯了臨近建筑的地下空間，為后續(xù)工程建設(shè)留下了隱患。伴隨著城市建設(shè)的發(fā)展，城市建設(shè)用地的矛盾越來越嚴(yán)重[2]，人們對地下空間的產(chǎn)權(quán)意識日益增強(qiáng)，不可回收錨索由于侵犯臨近建筑地下空間的產(chǎn)權(quán)，其在城市建設(shè)中的應(yīng)用將會逐漸被限制，甚至淘汰，而可回收錨索將會成為解決這一工程問題的有效手段[3]?？苫厥斟^索不僅可以解決臨時支護(hù)造成的地下建筑垃圾問題，而且對于地下空間的長期開發(fā)具有深遠(yuǎn)意義[4]。目前，常見的可回收錨索主要分為拉拔式、熱熔式和機(jī)械式三種。本文以濟(jì)南市某城中村改造村民保障用房項(xiàng)目為例介紹熱熔式可回收錨索在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用情況。

2 工程概況及地質(zhì)條件

該城中村改造村民保障用房項(xiàng)目位于濟(jì)南市歷下區(qū)，項(xiàng)目規(guī)劃用地面積為3.52 hm2，規(guī)劃總建筑面積約為21.2萬m2，地上建筑面積15.8萬m2。本次支護(hù)范圍為主樓及車庫區(qū)域，基坑形狀為不規(guī)則矩形，基坑?xùn)|西方向長度約269.5 m，南北方向?qū)捈s88 m；基坑坡頂長度約為650 m。

地層情況如表1所示。

通過搜集區(qū)域水文資料，并結(jié)合附近工程經(jīng)驗(yàn)，確定該場地地下水為深層基巖、巖溶裂隙水，流向大致自南向北，地下水水位埋深約30.0 m～35.0 m。因此，可不用考慮地下水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性及水位變幅對工程的影響，但應(yīng)考慮季節(jié)性降水對工程施工的影響。

3 設(shè)計(jì)方法

通過對施工場地地層條件、周邊環(huán)境的分析，從安全、經(jīng)濟(jì)的角度確定基坑周邊采用天然放坡樁錨支護(hù)方案。綜合考慮基坑開挖深度、周邊環(huán)境及地層條件，支護(hù)形式設(shè)計(jì)見表2。

表1 地層情況表

表2 基坑支護(hù)形式分布表

由于基坑北側(cè)為規(guī)劃地鐵線(見圖1)，距離基坑邊緣不足4 m，如果樁錨支護(hù)工藝選用普通錨索，當(dāng)?shù)罔F建設(shè)時，埋藏在地下中的錨索會影響盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)施工。因此，通過專家會審論證，基坑北側(cè)范圍內(nèi)的樁錨支護(hù)工藝選用可回收錨索。

4 可回收錨索

4.1 原理

綜合對比錨桿的受力形式、回收難度、成本費(fèi)用及采購?fù)緩降纫蛩豙4]，并且結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況本工程選用的可回收錨索為熱熔式可回收錨索。

熱熔錨具張拉鎖定后可以像普通錨具一樣通過夾片將鋼索鎖住，在錨桿使用完成后，通過低壓通電將錨具內(nèi)部結(jié)構(gòu)熔化破壞，解除夾片對鋼絞線的束縛，從而給鋼絞線卸荷，實(shí)現(xiàn)鋼絞線回收。

4.2 經(jīng)濟(jì)性比較

普通錨索費(fèi)用組成為成孔費(fèi)、材料費(fèi)和錨索加工費(fèi)。

可回收錨索費(fèi)用組成為成孔費(fèi)、材料費(fèi)、可回收錨索加工費(fèi)和錨索芯回收費(fèi)。

在本項(xiàng)目中，可回收錨索的費(fèi)用主要來自可回收錨索的加工，由于可回收錨索技術(shù)受專利保護(hù)，只能由廠家加工，費(fèi)用中含有專利費(fèi)，從而使得在相同地層中施工時，可回收錨索比普通錨索的費(fèi)用較高，但是隨著規(guī)模的擴(kuò)大及回收的鋼絞線的重復(fù)利用率的提高，可回收錨索的費(fèi)用會降低下來。

4.3 施工過程

1)錨索加工、安裝：根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)長度直接組裝(見圖2)，可不需要對中支架，組裝前、安裝前后對錨索進(jìn)行通電測試，檢查完整性；本工程采用的可回收錨索由廠家根據(jù)設(shè)計(jì)要求直接加工安裝。

2)施工工藝：工作面修整→鉆機(jī)就位→成孔→安放錨索→注漿→二次注漿→錨固體養(yǎng)護(hù)→安放腰梁→張拉鎖定。

3)錨索張拉：普通錨索一般在施工完成7 d后就可進(jìn)行張拉?？苫厥斟^索為壓力分散型錨索，只有錨頭作為錨固段受力，為了保證施工質(zhì)量，一般在可回收錨索施工完成10 d后進(jìn)行張拉鎖定。

4)錨索回收：錨索回收工作與基坑回填工作要密切配合，基坑每回填一層，錨索就回收一排。錨索回收時，首先通電解鎖、拆除錨具，然后利用自動回收設(shè)備拆除鋼絞線(見圖3)。錨索拆除回收以3人為一組，由于回收鋼絞線的設(shè)備可以自動工作，在安裝自動設(shè)備后，每組可進(jìn)入下一根錨索的自動設(shè)備拆除工作，因此每次可操作多臺回收設(shè)備，提高工作效率。

5 基坑監(jiān)測

由于可回收錨索在基坑支護(hù)中應(yīng)用較少，且基坑為深度達(dá)到10 m以上的深基坑，為了保證可回收錨索的施工質(zhì)量和基坑安全，在基坑開挖施工過程中，我們對基坑邊坡的位移變形情況進(jìn)行檢測，尤其是可回收錨索施工部位的位移變形監(jiān)測，更是基坑監(jiān)測過程中的重點(diǎn)工作。基坑北側(cè)可回收錨索部分開挖深度為12.00 m～25.50 m，設(shè)置了2排～4排可回收錨索。因此，為了及時監(jiān)測施工過程中可回收錨索軸力值的變化情況，根據(jù)可回收錨索周邊環(huán)境特點(diǎn)、基坑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)場施工情況及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，針對這一部分我們選取了7列18根錨索，對它們在基坑開挖過程中軸力值的變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[5](見表3)。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和不斷變化的外部環(huán)境條件結(jié)合施工實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析判斷該部分的穩(wěn)定性，做好事前控制工作。

表3 可回收錨索監(jiān)測點(diǎn)編號明細(xì)表

錨索軸力監(jiān)測設(shè)備和方法如下：

1)監(jiān)測設(shè)備。監(jiān)測儀器：609型頻率讀數(shù)儀、振弦式錨索測力計(jì)；設(shè)備精度：±0.1 Hz。

2)可回收錨索軸力監(jiān)測方法。埋設(shè)的應(yīng)力計(jì)，出廠時廠方均提供其受力率定系數(shù)表，測量時，用配套609型頻率計(jì)連接各應(yīng)力計(jì)導(dǎo)線，測出應(yīng)力計(jì)頻率，通過相關(guān)計(jì)算換算成應(yīng)力，錨索荷載值P值計(jì)算公式如下：

P=K(f0-fi)+b。

其中，K為系數(shù)；f0為出廠測值；fi為當(dāng)次測值；b為常數(shù)。

傳感器埋設(shè)前需檢查其無受力狀態(tài)時頻率f0，當(dāng)其與出廠標(biāo)定頻率f0在誤差范圍內(nèi)時方可采用，量測精度不宜低于0.5%F·S，分辨率不宜低于0.2%F·S[6]。應(yīng)在使用前分兩次測定初始讀數(shù)，取平均值為其初始值。

表4是2019年6月15日～2019年11月5日期間，對可回收錨索進(jìn)行軸力監(jiān)測的部分?jǐn)?shù)據(jù)。

表4 可回收錨索軸力監(jiān)測統(tǒng)計(jì)表 kN

圖4是針對MS1-1，MS2-1，MS3-1，MS4-1，MS5-1，MS6-1，MS7-1七個監(jiān)測點(diǎn)在2019年6月15日～2019年11月5日期間測取的部分?jǐn)?shù)據(jù)所做的折線圖，更能直觀的表現(xiàn)出可回收錨索部分基坑位移變形情況。

該城中村改造村民保障用房項(xiàng)目可回收錨索軸力監(jiān)測項(xiàng)目自2019年6月15日到2019年11月5日共進(jìn)行了30余次監(jiān)測。部分監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)詳見表3，軸力值變化曲線圖詳見圖4。通過軸力監(jiān)測統(tǒng)計(jì)表和軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線圖，可以明確顯示出可回收錨索軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線較為平緩，軸力監(jiān)測值變化幅度不大，都在允許范圍之內(nèi)。

通過軸力監(jiān)測可以得知，可回收錨索與普通錨索相比完全可以滿足基坑邊坡的拉拔要求，可回收錨索與普通錨索適用的地層地質(zhì)和水文條件基本相同。

6 可回收錨索的優(yōu)缺點(diǎn)

可回收錨索作為一種新型的施工工藝，在具體施工過程中也存在一定的優(yōu)缺點(diǎn)。

6.1 優(yōu)點(diǎn)

1)綠色環(huán)保，可回收錨索可以減少對地下空間的污染，保護(hù)了地下環(huán)境，同時也減少了對臨近地下空間產(chǎn)權(quán)的侵占，有利于城市建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。

2)節(jié)約資源，可回收錨索在基坑回填時，可以實(shí)現(xiàn)鋼絞線的回收，既節(jié)約了資源，又相應(yīng)的降低了施工成本。

6.2 缺點(diǎn)

1)錨頭是不可回收的，錨頭留置于地下，未能完全解決地下環(huán)境污染問題。就當(dāng)前的技術(shù)而言，錨頭殘留問題還不能完全解決，不過可回收錨索工藝在目前的城市建設(shè)中仍是減少地下空間污染、維護(hù)地下空間產(chǎn)權(quán)的有效手段。2)回收后的鋼絞線出現(xiàn)一定破壞，影響重復(fù)使用?？苫厥斟^索中的鋼絞線經(jīng)過預(yù)應(yīng)力張拉后其力學(xué)性能更改，已不是初始狀態(tài)，但對于部分符合要求的鋼絞線可降低強(qiáng)度等級使用，從而達(dá)到降低成本的目的。3)可回收錨索僅適用于臨時性支護(hù)工程，不適用于永久性支護(hù)?？苫厥斟^索回收的前提是基坑回填，錨索受到的壓力減少，對于永久性支護(hù)這一點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)的。

7 結(jié)語

可回收錨索在該工程中取得了成功的應(yīng)用，保證了基坑的穩(wěn)定和安全。可回收錨索作為一種環(huán)保、節(jié)約資源的基坑支護(hù)方式，既減少了對地下環(huán)境的污染，又減少了對臨近地下空間的侵占，在保留傳統(tǒng)錨索功能的同時展現(xiàn)出更符合城市建設(shè)發(fā)展的新功能，在當(dāng)今的城市建設(shè)中展現(xiàn)出獨(dú)一無二的優(yōu)越性。通過本工程實(shí)例可以看出可回收錨索在城市建設(shè)中已經(jīng)可以很好的發(fā)揮其作用，在目前的城市建設(shè)中是值得推廣使用的一種新型基坑支護(hù)方式。從當(dāng)前來看，可回收錨索的應(yīng)用會大大增加施工成本。不過如果能大批量的使用，加工費(fèi)相對會降低。另外，隨著城市建設(shè)發(fā)展，地下空間應(yīng)用中出現(xiàn)的產(chǎn)權(quán)侵占問題日益嚴(yán)重，解決這些問題我們會投入更大的人力和物力，從長遠(yuǎn)來看，可回收錨索的應(yīng)用也是目前能規(guī)避這一問題最有效的手段。當(dāng)然，在可回收錨索的應(yīng)用過程中仍存在一些需要解決的問題，不過就當(dāng)前建筑環(huán)境來講，可回收錨索依然具有較大的實(shí)用性。