摘要：錨固懸臂的護坡樁是一種新型的護坡樁，樁底與大開挖基坑底同深，利用樁底錨筋使樁身和巖石連成一體，樁巖協(xié)同工作。它適用于地質(zhì)條件為巖質(zhì)堅硬、巖層埋藏較淺的深基坑護坡和擋土。
關鍵詞：護坡樁 錨筋 樁巖協(xié)同工作
1、概述
傳統(tǒng)的懸臂式護坡樁設計，樁端都有一定的入土深度，并由該深度以下的樁后巖土提供的被動土壓力使樁身保持平衡。但是，在特殊的施工條件和地質(zhì)條件下，樁的入土（巖）深度受到限制，給護坡樁、擋土樁的設計和施工提出了新的課題。
懸臂式護坡樁實際上是一根豎起的懸臂梁，入土部分相當于懸臂梁的固定端。通常懸臂梁有如下兩種最基本的受力形式。
當懸臂梁在外荷（p1）的作用下，第一種受力形式中的懸臂梁是利用外力（磚墻的壓力）使梁獲得平衡；第二種受力形式中的懸臂梁則是利用內(nèi)力（鋼筋的拉力）使梁獲得平衡，它不需要外部反力也能使懸臂梁正常工作。傳統(tǒng)的懸臂式護坡樁受力形式與第一種懸臂梁類似，樁入土（巖）部分的被動土壓力相當于磚墻的反力。
從第二種受力形式的懸臂梁工作原理可知，只要受拉鋼筋的錨固長度足夠，懸臂梁便可正常工作，不必象第一種懸臂梁那樣要有一定長度的入墻固定端。同理，只要懸臂樁的受拉鋼筋有足夠的錨固長度，懸臂樁便可正常工作，毋須樁端要有入巖深度。因此，在巖層埋藏較淺、巖質(zhì)堅硬而又不允許爆破或沖孔的條件下，采用鉆孔樁或人工挖孔樁難于達到需要的深度時，錨固的懸臂護坡樁便應運而生。這種將懸臂樁同樁底巖石連成一體的方法，使樁巖協(xié)同工作。它包括①整體抗彎抗傾覆；②整體抗剪抗滑移。
2、樁巖協(xié)同工作的設計和施工實踐（工程實例）
2.1工程概況
惠陽市教工之家高層住宅樓位于廣東惠陽市承修路旁，25層，長52.7m，寬51.3m，采用箱形基礎，以-6.3m處的微風化石灰?guī)r作為持力層。北距該樓僅1.9m處有一棟七層教師宿舍樓，宿舍樓采用天然獨立基礎，柱基尺寸為3m×3m，埋置于-2.0m處的粉質(zhì)粘土層上；南距該樓2.8m有一棟幼兒園的四層教學樓，天然淺基礎；東距該樓4.6m有一棟圓形教學樓，亦為天然淺基礎；西距該樓2.5m處有一根街道陶瓷下水管。石灰?guī)r埋藏于-5.5～-6.5m之間，巖質(zhì)脆硬。地下水不豐富。
2.2樁型的選擇由于巖質(zhì)堅硬，鉆孔樁和人工挖孔樁入巖都十分困難，采用爆破或沖孔又容易造成鄰近房屋開裂。故選用錨固于巖石的懸臂護坡樁作為支護結(jié)構。
2.3護坡樁的設計（以北面護坡樁為例）
（1）主動土壓力的計算
（2）七層宿舍樓荷載所產(chǎn)生的主動土壓力
其中，七層宿舍樓的重量折算成填土高度為7.36m.
（3）傾覆彎矩的計算每單位米長的土體對支護結(jié)構的根部產(chǎn)生的彎矩為：m＝ea1×h2＋ea2×h3＝98.9×2.1+350×1.4＝698kn.m。
（4）護坡樁的配筋計算采用1000人工挖孔樁，混凝土等級為c20，間距1.5m，則每根樁所承受的最大彎矩為：
護坡樁試配1625作為主筋，則必須滿足（文獻［1］）：
最后計算得：
m樁＜m′樁，結(jié)構抗彎抗傾覆安全。
（5）錨筋數(shù)量和錨固長度的確定錨筋數(shù)量：經(jīng)計算，主筋為1625，錨筋數(shù)量至少也需1625，利用主筋兼作錨筋，直接錨入巖石，水泥漿灌孔。
錨固長度的計算：錨固長度主要取決于三大因素：
①灌漿材料與鋼筋之間的握裹力；②錨固體與巖石之間的極限側(cè)阻力；③錨固體端部巖石破裂面的總抗拉力。分別計算，取三個錨固長度中的最大值。
由水泥漿與鋼筋之間的握裹力所決定的錨固長度（lm），只要滿足：tu≤πdlmu即可。其中，tu為單根錨筋的極限抗拔力，取tu＝152039n；d為錨筋直徑，d=25；u為水泥漿對鋼筋的平均握裹力，取u＝4.17n/mm2（水泥標準抗壓強度的10%）。最后算出：lm＝464.6mm.利用錨固體與巖石之間的極限側(cè)阻力求錨固長度，只要滿足：tu≤πdτzlm即可（詳見文獻［2］）。其中，d為鉆孔孔徑，τz為錨固段周邊的抗剪強度，取τz＝1.2n/mm2（詳見文獻［3］），取tu＝152039n（單根25鋼筋抗拉力），鉆孔孔徑為30mm，代入數(shù)據(jù)，可算出lm＝1344mm，經(jīng)與握裹錨固長度比較，后者起決定作用，取lm＝1500mm.驗算1500mm深處巖石破裂面總的抗拉能力是否滿足?！∑屏衙鎴A臺體表面積s＝9420000mm2，取石灰?guī)r抗拉強度為其抗壓強度的六十分之一。取抗壓強度為60，則抗拉強度為1，破裂面巖石總抗拉力為9420000n.全部錨筋（實際上只有受拉區(qū)錨筋）總拉力為：16×310×490＝2430400n，小于破裂面巖石的總抗拉力，破裂面安全。1500mm錨固長度足夠。
（6）樁巖接觸面抗剪抗滑移驗算如果忽略混凝土與巖石結(jié)合處的抗剪能力，則只能由錨筋的抗剪能力抵抗滑移和剪切。
樁底1625錨筋的總抗剪能力為：〔τ〕＝100×7856＝785600n，因樁的間距為1.5m，所以每樁承受的水平推力為：
f樁＝1.5×（ea1＋ea2）＝673400n
〔τ〕＞f樁，結(jié)構抗剪抗滑移安全。
（7）樁頂設置連系梁為使護坡樁整體協(xié)同工作，在樁頂設置連系梁一道，梁的截面為1000×400，上下各配516，箍筋采用雙肢箍210@200.
3、施工措施
3.1人工挖孔按一般人工挖孔樁方法挖孔，挖至巖面時，用風鎬鑿石，為防止基坑大開挖后樁端露腳，使樁底面比基坑底面稍深100～200mm，將孔底鑿成向土體方向傾斜10°～20°角，以增加樁巖接觸處的抗滑移能力。
3.2鉆孔錨筋按樁的縱筋數(shù)量和位置在孔底鉆孔，采用30金剛鉆頭，鉆深1500mm.鉆孔完畢后，用高壓水清孔，再用虹吸管吸干孔內(nèi)積水，然后用1∶5（白乳膠∶水泥）配成的水泥漿灌孔，灌滿后插入樁的縱筋。插入縱筋時要反復抽插，直插入孔底為止，溢出的水泥漿用吸筒吸掉。在插筋的上端綁扎一個箍筋固定，待水泥漿硬化后再綁扎樁內(nèi)箍筋。
4、設計和施工效果
該工程于1993年6月動工，7月底完成護坡樁施工。四周均設同類護坡樁，12月底完成土方大開挖。由于資金不到位，至今未進行基礎施工，使原來的臨時（當時設想基礎施工約需3個月）護坡樁變成長期護坡樁，超出了設計能力。但經(jīng)多次檢測，四周建筑物及護坡樁均無異常，七層教師宿舍樓最大垂直偏差只有5mm，說明錨固的懸臂護坡樁設計和施工獲得成功。與傳統(tǒng)的懸臂式護坡樁相比，縮短工期20天（約四分之一），節(jié)約資金約三分之一。
實踐證明，這是一種經(jīng)濟實用的樁型，適用于石灰?guī)r或其它類似巖層。這類樁關鍵在于錨筋的施工，一定程度上運用錨桿技術，為增強錨固和抗剪效果，可在樁的中心附近增設一些短錨筋（作為構造措施，不參與計算）。以上經(jīng)驗，供各位同行參考，共同完善此類樁的設計和施工。