扩大头锚杆在海南软土基坑支护中的应用

李小园

(海南鹏越勘测设计研究有限公司，海南 海口 570100)

1 引言

扩大头锚杆的概念是采用高压喷射或机械扩孔等方法，扩大锚锚固段直径，通过增大锚固体与土体的接触面积，以及锚杆受拔时土体对扩大体的支承作用，达到提高锚杆抗拔承载力的目的。

2 工程实例分析

2.1 工程概况

拟建海南国际创意港二期项目位于海口市民生东路与茉莉路交汇处的西北侧。拟建项目包括1栋8层和18层商务办公楼、1栋18层精品酒店及2栋3层建筑，整体设2层地下室。基坑周长约480 m。基坑开挖深度为9.0～12 m。基坑安全等级为一级。

2.2 工程地质条件

基坑设计主要涉及到以下土层：

杂填土：褐红色，松散，主要由砂粒、粘粒夹砼块等建筑垃圾组成，局部钻孔下部含大量砂粒。

淤泥质粉质粘土：灰黑色，软塑状，主要由粉粒、粘粒组成，夹有较多砂粒。

粉质粘土：灰黄色，可塑，切面光泽，干强度中等，韧性中等，局部夹少量粉细砂。

中砂：黄褐色，中密，饱和，混有粗砂及砾砂，石英质，粘粒含量约5%～15%。

粉砂：褐黄色，中密，饱和，混有少量中砂，石英质，粘粒含量较高，夹有粉质粘土薄层。

粉质粘土：灰色、灰黄色，可塑，切面光泽，干强度中等，韧性中等，局部夹少量粉细砂。

中砂：黄色、黄褐色，中密，饱和，混有粗砂及砾砂，石英质，亚圆形，粘粒含量约5%～10%。

粉质粘土：灰色、可塑，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，夹有粉细砂，约5%～15%，局部与粉土、细砂互层，具层理状。

场地地下水主要赋存于杂填土及淤泥质粉质粘土层中，属孔隙型潜水，补给来源主要是地表渗流、大气降水和侧向径流，排泄途径是地表蒸发与侧向径流；中砂、粉砂、含有孔隙型潜水，地下水补给来源主要是侧向径流，排泄途径是人工开采与侧向径流。该地区地下水年水位波动幅度约为1.50 m。

土主要物理力学指标及强度特征值如表1所示。

表1 土主要物理力学指标及强度特征值

2.3 基坑周边环境分析

基坑北侧距4F房子约4.7 m，基础形式为桩基础，一层地下室；东侧距17F美源日月城约11 m，基础形式为管桩，框架剪力墙结构，一层地下室；南侧距民生东路约6 m；西侧距茉莉路约5 m；基坑南侧、西侧发现有污水、雨水管、电信光缆、电缆等管线。

2.4 该工程的重点难点

工程地质条件较差。基坑开挖深度影响范围内存在深厚的淤泥土，淤泥层夹有较多砂粒，抗剪强度较低，提供的抗拔力较小。且边紧邻建筑物和城市道路，特别是北侧紧临民用建筑物，对变形控制要求很高。

2.5 基坑支护结构

该基坑开挖深度影响范围内软土层厚度较厚，地质条件较差，且周边环境复杂，对变形控制要求很高。若采用常规锚杆支护，普通长度的锚杆提供的摩阻力往往不能满足支护要求，但单纯依靠增加锚固段长度来提高抗拔力往往是有限度的。大量试验表明，锚固长度超过某个数值后，抗拔力并不能得到明显提高。因为锚杆受力后会出现渐进式破坏，只有当前面的锚固段有了相当大的位移或者被破坏后，后面的锚固段才能发挥作用。

而扩大头锚索通过增大锚索灌注混凝土与土体的接触面积，有效加大了土体与灌注混凝土之间的摩阻力，缩短了预应力锚索的长度，降低了施工难度。因此，通过增大锚杆的锚固段直径来增加锚杆的侧摩阻力，是提高锚杆抗拔力水平、减小锚杆变形的最好办法。采用扩大头锚杆还可以避免常规锚杆在成孔过程中，由于施工不当造成的塌孔、水土流失、影响周边建筑物、道路、管线的正常使用等问题。故最终选择采用灌注桩+扩大头锚杆的支护形式。

设计钻孔灌注桩直径为800 mm，混凝土强度为C30，保护层厚度为50 mm，桩间距为1 000 mm，采用钻孔灌注桩成桩工艺，桩长在24～26 m之间。桩顶设置冠梁，灌注桩与锚索腰梁之间设置锚筋连接。设置了2～3道锚杆，锚杆倾角设置在35°～45°之间，锚杆长度为15～22.5 m。

2.6 降排水方案

基坑设计采用水泥土搅拌桩半封闭止水帷幕，坑内采用管井降水。坡脚设置一圈排水沟，排水沟汇集边坡排出的水，并在坡脚设置集水坑，同时在坡顶设置一圈挡水墙。

为保证雨水明排和抽出地下水的排放，在坑顶处设置一条Φ300PVC排水管，经沉砂池沉淀后排放至附近市政管网中。

灌注桩+扩大头锚索支护剖面图如图1所示。

图1 灌注桩+扩大头锚索支护剖面图

3 简要实测资料

根据本工程的实际情况，本工程监测内容为支护桩(边坡)顶部、水平位移监测、围护桩(边坡)顶部垂直位移监测、周边道路沉降及临近建筑监测、深层水平位移监测为等。

3.1 监测结果

(1)支护桩(边坡)顶部进行水平位移监测分析。2017年7月11号开始对支护桩(边坡)顶部进行水平位移监测，至2017年12月2号结束，历时144 d。

根据观测数据分析如下：由水平位移观测数据可以看出，在基坑施工的整个过程中，水平位移最大水平位移控制在8.12～8.98 mm之间，变化量较小均未超出预警值。

(2)围护桩(边坡)顶部垂直位移监测分析。2017年7月11号开始对支护桩(边坡)顶部进行垂直位移监测，至2017年12月2号结束，历时144 d。

3.2 观测数据分析

根据观测数据分析如下：在基坑施工期间，基坑桩顶累计垂直位移量整体稳定，各点累计位移量均在预警值范围以内，垂直位移速率较为平稳，未见异常。在基础底板施工完成以后，垂直位移速度呈减小趋势，逐渐趋于稳定状态。

根据观测数据分析如下：随着土方开挖，桩体深层水平位移变化逐渐增大；土方开挖到底后，桩体深层水平位移变化放缓，位移变化逐渐减小；在基坑基础底板施工完成以后，所有监测点的变形均趋于稳定状态，桩体深层水平位程稳定在某一个值附近，基坑支护结构趋于稳定。

4 结论

通过基坑实际开挖及监测结果来看，软土地区采用灌注桩+扩大头锚杆的支护体系能满足深基坑土方开挖和地下结构顺利施工，同时对基坑侧壁、邻近道路及管线变形进行有效控制。通过扩大头锚杆在海南国际创意港二期项目的成功应用，可得出在海南软土地区高水位条件下，应用扩大头锚杆支护是可行的，不仅解决了此类地区一般锚杆施工过程中出现的成孔困难、易塌孔的问题，而且由于工序较少，可以大大缩短工期，节约工程成本，非常适合软土地区地段的支护。