機械擴孔擴大頭錨索施工技術

岳大昌, 廖心北, 徐繼忠

(成都四海巖土工程有限公司, 四川成都 610041)

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機械擴孔擴大頭錨索施工技術

岳大昌, 廖心北, 徐繼忠

(成都四海巖土工程有限公司, 四川成都 610041)

黏性土地層中的擴大頭錨索由于能提供比普通錨索更高的承載力，在基坑支護中已較為廣泛地應用，但機械擴孔方法施工存在擴孔、清渣、錨索居中等問題。文章結合某基坑工程實踐經驗，闡述了機械擴孔擴大頭錨索施工過程關鍵工序環節的控制技術。

機械擴孔； 擴大頭錨索； 施工技術

擴大頭錨索由于能提供較高的承載力，變形較小，可靠度高，與傳統錨索相比，有較大的優勢，因此，在基坑支護中得到了廣泛應用。擴大頭錨索抗拔力主要由兩部分構成，一部分是錨固段與接觸土體間的側阻力，包括錨索普通錨固段及擴大頭段；另一部分是擴大頭前端面土體對擴大頭提供的端阻力，這種特殊的受力形式有效地提高錨索的抗拔力。曾慶義[1]在分析了擴大頭錨桿的力學機制，推導了計算方法。劉國楠[2]對擴大頭錨索經過試驗驗證。

目前國內的擴大頭錨索以高壓旋噴囊袋式為主，在許多文獻[3-6]中均作了介紹，該技術已較為成熟，通過試驗，承載力較高，在許多基坑工程和抗浮錨固中得到了應用。

高壓旋噴囊袋式擴大頭錨索因囊袋需專門加工，成本較高，同時施工工序較復雜，致使錨索的總體成本較高，進行推廣有一定的困難。機械擴孔擴大頭錨索采用機械擴孔，減少施工程序，提高施工效率，不采用囊袋，不進行高壓旋噴，有效降低了施工成本。

1 機械擴孔擴大頭描索施工

機械擴孔擴大頭錨索施工有以下幾個難點：第一，擴孔段的直徑和長度不容易保證；第二，擴孔段的渣土不容易清干凈，鉆渣沉在孔底，擴大頭段錨固體強度低，不均勻，影響錨索的抗拔力；第三，錨索進入擴孔段后，由于擴大段直徑較大，錨索靠近孔底，若孔底有鉆渣，會使錨索在鉆渣內，使擴大段偏心受壓，影響錨固力，因此需將其在錨孔內居中。

1.1 擴孔

錨孔擴孔采用傘形擴孔鉆頭，其工作原理為：當鉆機通過鉆桿向鉆頭施加推力時，鉆頭的兩翼向外擴張，在兩翼上焊接有鉆齒，旋轉時，鉆齒切割土體，不斷加壓和旋轉，達到擴孔效果。當鉆頭未完全擴開時，前端錐形鉆頭不會轉動，當兩翼伸展至最大時，鉆頭中軸頂住前端錐形鉆頭，前端錐形鉆頭開始旋轉，實現一邊鉆進一邊擴孔，從而形成擴孔直線段。在擴孔過程中，為減少降阻力，在鉆進過程中加水，同時將鉆渣形成泥漿，便于排除。機械擴孔鉆頭見圖1。

圖1 傘形擴孔鉆頭

該鉆頭與其他擴孔鉆頭相比，擴孔直徑未達到設計要求前，鉆頭前的錐形鉆頭不會轉運，鉆頭不會向前推進，只有當鉆頭兩翼擴到位后，帶動前方的錐形鉆轉動，整個鉆頭才會向前鉆進，保證了擴孔直徑，同時擴孔段長度可以不受限制。

1.2 清渣

清渣主要是利用鉆孔過程中將鉆渣形成泥漿，再用壓縮空氣將大量泥漿排除，少量的泥漿用水泥漿攪拌，形成水泥土。本方法是在鉆機前加一個四通，分別輸入壓縮空氣、水、水泥漿，每個輸入端加一個閥門(圖2)。

圖2 四通示意

擴孔完成后，向孔底加入壓縮空氣，由于孔徑較小，泥漿封堵了鉆孔，壓縮空氣壓力增大后，向外將泥漿推出孔外，從而將鉆渣排除，排完后再加入水，再進行攪拌，再用壓縮空氣排渣，排完后，注入水泥漿，再用機械擴孔鉆頭進行攪拌，形成強度較高的水泥土。

1.3 錨索居中

錨索居中采用傘形對中支架(圖3)。其原理為將一根鋼絞線與中間桿連接，當拉動中間桿時，使前段撐桿回縮，對中支架撐開，將錨索端部撐起，從而保證錨索在擴大頭的中間。對中支架工作狀態見圖4。

圖3 錨索對中支架

圖4 對中支架工作狀態示意

對中支架安裝在錨索端部，可同時增加錨索桿體與水泥土的握裹力。

2 工程實例概況

項目位于成都東郊，基坑為2層地下室，開挖深度7.7～13.5 m，基坑呈正方型，邊長97 m，基坑周邊均為市政道路，距開挖線3～5 m，市政道路下有雨水、污水和電力溝等管線。場地地貌為岷江水系三級階地。

根據勘察資料，場地內分布地層主要為人工填土、黏性土及全風化泥巖和強風化泥巖。黏性土為基坑開挖深度內的主要地層，具有膨脹性，含有大量鐵錳質結核及少量鈣質結核，其間夾有少量灰白色黏性土條帶，裂隙發育。

本工程基坑安全等級為一級。由于基坑深度較深，最深13.5 m，同時開挖深度內主要地層為膨脹土，根據該區域經驗，開挖深度9 m以內時采用懸臂樁進行支護較為經濟和安全，開挖深度超過9 m時則只能采用內支撐和錨拉樁才能保證安全。綜合各種條件，本基坑對開挖深度小于9 m段采用懸臂樁支護，對開挖深度超過9 m則采用排樁+預應力錨索支護。由于前些年該區域采用普通錨索基坑的事故率較高，因此本項目錨索采用擴大頭錨索。以基坑開挖深度為12.7 m的剖面為例，主要基坑支護參數為：樁徑1.2 m，樁間距2.0 m，樁長21.5 m，嵌固段長8.8 m。設兩排擴大頭錨索，第一排錨索設在樁上，長度為25 m；第二排錨索設在樁間，長度為18 m，樁間錨索用2根36a工字鋼連接。普通段錨孔直徑為150 mm，擴大段直徑450 mm，擴孔段長度3.0 m，錨索桿體為1 860級5φ15.24鋼絞線，錨索單根承載力標準值400 kN。基坑支護剖面見圖5。

圖5 基坑支護剖面

3 施工工藝

機械擴孔擴大頭錨索施工工藝流程為：施工準備→鉆孔→擴孔→清渣→注漿→置入錨索→張拉對中支架→腰梁施工→張拉、鎖定。

3.1 施工準備

對錨索進行孔位測放，放好孔位后，鉆機對準孔位，由于第一排錨索設置在樁上，因此先用水磨鉆在樁上開孔，孔徑150 mm，開孔后，鉆機就位，調整好角度，機腳坐落應穩定。接好四通，檢查各項管路。

3.2 鉆孔

錨索成孔采用MG-90型鉆機，采用麻螺旋鉆桿成孔，鉆頭采用沖擊器帶魚尾鉆頭。當鉆機的方向和角度調整好后，進行鉆孔，鉆孔至擴孔起點。鉆孔過程中可從鉆桿中加入壓縮空氣進行排渣，也可以加水形成泥漿排渣，防止塌孔，同時以提高鉆進速度。對于易塌孔地層，加套管鉆進。

3.3 擴孔

鉆孔完成后，將鉆桿退出，換成擴孔鉆頭，將鉆桿逐節加入，直至將擴孔鉆頭推至孔底，向鉆頭內加水，同時旋轉鉆頭，給一定的推力，開始擴孔，當鉆頭完全擴開后，兩翼帶動前段鉆頭旋轉，擴孔器向前推進，從而形擴孔段，擴至設計孔深后，停止鉆進。擴孔向前推進時，速度不宜過快，防止因不能將泥土攪成泥漿而卡鉆，同時泥塊影響錨固體強度。擴孔過程中，只加入少量水，不加入壓縮空氣，從而讓泥漿稠度較高，防止塌孔。

3.4 清渣

停鉆后，將其擴孔鉆頭置入孔底，將四通中的水閥門關閉，開通壓縮空氣閥門。加氣清渣過程中應將擴孔鉆頭反復提升和推入孔底2～3次，并進行旋轉，將孔內泥漿盡可能多地排出。洗孔一次完成后，關閉壓縮空氣閥門，開通水閥門，向孔內注水，預估水量超過擴孔段后，再加氣排渣，反復洗孔2～3次，可將擴孔段的泥漿絕大部分排除。

3.5 注漿

洗孔完成后，關閉壓縮空氣和水閥門，打開注漿管閥門，從鉆桿內向孔底注入水灰比為0.5的水泥漿。在注漿過程中，緩慢提升鉆頭并旋轉，當預估擴孔段注滿時，將鉆頭在擴孔段反復旋轉和推拉，讓水泥漿與剩余的泥漿充分混合，形成高強度水泥土。待孔口返漿后，停止注漿，開始拆卸鉆桿，拆卸要迅速，防止時間過久造成水泥漿凝固或塌孔。

3.6 錨索制安

擴大頭傘狀對中支架在廠內加工，然后在施工現場進行組裝。組裝時，將其中一根鋼絞線放置在錨索中間，保證組裝后鋼絞線能自由活動，將該鋼絞線與對中支架中間拉桿綁扎，其余4根鋼絞線按普通錨索組裝成束后，錨索前端與對中支架固定桿綁扎，同時對中間連接拉桿的鋼絞線進行標記。

退出鉆桿后，立即放入錨索桿體，置放過程中應順其孔內角度置放，推送到位后，然后將中間鋼絞線向外拉20 cm左右，使傘狀對中支架的撐開，從而保證錨索端部居中。錨索安裝時，保證錨索外留張拉段長度1.0 m。錨索安裝后，若錨孔內水泥漿不飽滿，應進行二次注漿，二次注漿將注漿管從孔口插入原水泥漿中，注漿直至孔口返漿。

對于成孔加套管的錨索，錨索放入后立即進行拔管，拔管要迅速，防止時間過久套管不能拔出。

3.7 錨桿張拉與鎖定

待錨固體的強度達到設計強度的75 %后進行錨索張拉。在錨索注漿3 d后，第一排進行錨墩安裝，第二排進行腰梁安裝，安裝時保證錨索與錨墊板垂直。錨索正式張拉之前，取0.1～0.2倍設計軸力值對單根鋼絞線進行預張拉，使其各部位的接觸緊密，桿體完全平直。錨索張拉時，采用YDC-1500千斤頂進行整組張拉。張拉時，按錨索標準值的1.4倍進行預張拉，考慮預應力損失，按張拉值的1.1倍進行鎖定。

4 實施效果

4.1 錨固體

錨索正式施工前，對錨索進行工藝試驗，驗證施工工藝的可行性。砂漿凝固后，進行開挖驗證，擴大頭錨固體成型質量較好，擴大段直徑均能達到設計要求450 mm，長度能滿足設計要求3 m，擴大段錨固體較均勻。

4.2 錨索拉拔力檢測

錨索抗拔力采用拉拔試驗檢測，經過對工程原始數據進行分析整理，錨索承載力均滿足設計要求，錨索的張拉伸長量滿足規范要求。

4.3 基坑變形

本工程在基坑頂設置了16個位移觀測點，經過一個雨季的位移觀測，基坑的最大位移27 mm，未引起基坑周邊地面及管線開裂，滿足規范要求和基坑使用要求。基坑變形情況見圖6。

圖6 基坑頂位移曲線

5 結束語

通過工程實踐，擴大頭錨索采用機械擴孔是可行的。

(1)錨孔擴孔后可形成較規整的擴孔段，對于孔徑比高壓旋噴更可靠。

(2)采用了壓縮空氣排渣，水泥漿攪拌，排除大量泥漿，后形成的錨固體的強度比高壓旋噴形成的水泥土強度高。

(3)該方法施工可減少施工機械的種類，提高施工效率，從而降低施工人機成本。

(4)該方法未采用囊袋，降低了錨索桿體成本。

綜上所述，機械擴孔擴大頭錨索施工工藝可靠，施工成本較低，對于黏性土地層可推廣使用。

[1] 曾慶義.擴大頭錨桿的力學機制和計算方法[J]. 巖土力學，2010(5).

[2] 劉國楠, 溫科偉, 李中國, 等. 擴大頭壓力型錨索的現場試驗研究[J]. 地震工程學報, 2011, 33(S1): 303-307.

[3] 蘇亞武. 富砂風化巖中高壓旋噴擴大頭錨桿的施工方法[J]. 施工技術，2013(5).

[4] 李福連. 一次性高壓旋噴型擴大頭預應力土錨桿施工技術[J]. 浙江建筑,2014(6).

[5] 李福連. 深基坑高壓噴射囊式擴大頭錨桿支護施工技術[J]. 浙江建筑,2015(1).

[6] 袁貴興. 膨脹土地區壓力型囊式錨索抗拔承載力試驗研究[J]. 四川建筑，2015(3).

岳大昌(1973～)，男，本科，高級工程師，從事勘察、巖土設計和施工管理工作。

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[定稿日期]2016-11-22