高水壓砂卵石地層中錨索施工質(zhì)量控制

張 強(qiáng) 王 超 李佳鋼 李 斌 姜 宇

中建科工集團(tuán)有限公司 廣東 深圳 518040

0 工程概況

綜合門診樓項目地下兩層，地上七層。地下兩層主要為機(jī)械停車庫、設(shè)備機(jī)房，局部為人防區(qū)域。基坑最大開挖深度11.75m，平面面積10136m2。基坑周圍分布著外科樓、內(nèi)科樓、醫(yī)技樓、急診中心、住宅樓等建筑，還有很多地下管線，距離基坑最近的地方不到1.50m。在基坑施工過程中，需要確保醫(yī)院各項工作正常開展。綜合確定基坑安全等級為一級。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計主要為護(hù)坡樁+錨索支護(hù)，護(hù)坡樁直徑1.20m，間距1.50m。一樁一錨，兩道預(yù)應(yīng)力錨索，第一道錨索距地表3.0m，長度21.0m；第二道錨索距地表7.0m，長度20.0m。采用樁間高壓旋噴和護(hù)坡灌注樁共同組成止水帷幕，基坑內(nèi)降水為主。

1 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報告，本基坑工程所涉及各土層的巖性特征自上而下的描述如下：

第①層：雜填土，雜色，稍濕，松散，主要以粉土為主，含磚塊、碎石等。

第②層：中粗砂，黃褐色，松散-稍密，主要以石英、長石組成，含云母，磨圓度中等，含粘性土。

第②1層：粉質(zhì)粘土，深灰色，軟塑，切面稍有光澤，干強(qiáng)度和韌性中等，含細(xì)砂。

第③層：粉質(zhì)粘土，淺紅褐色，軟塑-可塑，切面稍有光澤，韌性低，干強(qiáng)度中等，土質(zhì)不均勻，混有細(xì)砂，夾淤泥質(zhì)。

第③1層：中粗砂，深灰色，松散，飽和，主要以石英、長石組成，含云母，粘性土與砂土混合一起，粘性土含量約30%。

第④層：粉質(zhì)粘土，黃褐色，軟塑-可塑，切面稍有光澤，干強(qiáng)度和韌性中等，土質(zhì)不均，含粉土。

第⑤層：中粗砂，褐黃色，中密-密實，主要以石英、長石組成，含云母，磨圓度較差，含粘性土。

第⑥層：礫砂，褐黃色，中密-密實，飽和，主要以石英、長石組成，含云母，磨圓度較差，呈棱角狀，局部含卵石、粘性土。

第⑦層：圓礫，中密-密實，飽和，礫石含量約40%，中粗砂充填，混少量卵石，卵石最大粒徑6cm。卵石、礫石成分雜，以巖漿巖、沉積巖為主，卵石、礫石磨圓度中等，呈亞圓狀、棱角狀。

第⑧層：強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，褐黃色-灰褐色，主要礦物成分為斜長石、石英及少量角閃石、黑云母。組織結(jié)構(gòu)大部分破壞，巖芯為砂土狀、碎塊狀，手捏可碎，干鉆不易鉆進(jìn)。

地下水位埋深為1.4-2.1m，相應(yīng)高程為0.63-1.78m，地下水位類型為第四系孔隙潛水，地下水年變幅為1.0m左右，屬潛水，大氣降水影響地下水位的升降。地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水和周邊河水。近5年最高水位高程可按照黃海高程2.20m考慮。

圖1 典型工程地質(zhì)剖面圖

2 預(yù)應(yīng)力錨索成孔方法選擇

預(yù)應(yīng)力錨索主要成孔方法主要有：①人工洛陽鏟成孔。適應(yīng)地層穩(wěn)定性較好，可以干作業(yè)，孔深較淺情況；②機(jī)械螺旋鉆成孔。適應(yīng)干作業(yè)成孔，效率較高；③地質(zhì)鉆機(jī)單管泥漿護(hù)壁成孔。適應(yīng)有地下水，但水壓較小，地層穩(wěn)定性較好情況；④錨桿鉆機(jī)全套管跟進(jìn)成孔。適應(yīng)高水壓復(fù)雜地層中成孔，有利于保持孔壁穩(wěn)定性。施工機(jī)械復(fù)雜，效率較低，造價高。

綜合門診樓項目基坑地下水位很高，錨索穿越地層以松散-中密狀態(tài)砂土層和軟塑-可塑狀態(tài)粉質(zhì)粘土為主，孔壁容易坍塌。基坑四周環(huán)境復(fù)雜，需要確保孔壁穩(wěn)定，不發(fā)生塌孔現(xiàn)象。所以綜合選擇全套管跟進(jìn)成孔工藝施工預(yù)應(yīng)力錨索。全套管鉆進(jìn)又分為單動雙管和雙動雙管兩種工藝，考慮到本項目地層有較密實的粗礫砂層和圓礫層，所以采用雙動雙管施工工藝。

3 高水壓砂卵石地層中錨索施工質(zhì)量控制

在高水壓砂卵石地層中錨索施工質(zhì)量控制主要分為三個方面：一是地下水控制；二是成孔質(zhì)量控制；三是鋼絞線安放和注漿質(zhì)量控制。

1、地下水控制是在錨索施工過程中短時間降低基坑外側(cè)地下水，以減小錨孔中的水壓。在錨索施工完成后很快恢復(fù)基坑外側(cè)地下水位，保證不影響基坑周邊建筑物和管線因水位降低產(chǎn)生過大沉降。在施工前應(yīng)計算允許的水位降深，即計算滿足周邊建筑物位置允許發(fā)生沉降變形值時的最大降水深度。或者計算一定降水深度時周邊建筑物發(fā)生的沉降值是否小于允許值。該綜合門診樓項目經(jīng)過降水沉降計算，確定當(dāng)基坑邊坡位置降水深度距地表小于8.0m時，不會引起周邊建筑物的過大沉降。在錨索施工過程中還應(yīng)加強(qiáng)對周邊建筑物和管線的變形監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)變形超過允許值應(yīng)立即停工，查明原因采取必要措施后再復(fù)工。

2、錨索成孔質(zhì)量的控制主要是選擇能夠保證孔壁穩(wěn)定的成孔方法。如前所述，該項目選擇雙動雙管全套管跟進(jìn)施工工藝。鉆桿和套管的端頭裝設(shè)有合金鋼鉆頭，具有回轉(zhuǎn)和沖擊單作用及雙作用鉆進(jìn)功能，套管與鉆桿同時鉆進(jìn)，實現(xiàn)套管跟進(jìn)護(hù)壁。成孔過程中采用比重1.05左右的稀泥漿護(hù)壁，泥漿從鉆桿內(nèi)泵入，從鉆桿和套管間空腔流出孔口，將鉆屑泥土帶出。優(yōu)點是避免了泥漿對孔壁的沖刷，套管和泥漿共同保護(hù)孔壁，先注漿后拔套管，有效防止塌孔。

3、鋼絞線制作安裝需要按照設(shè)計和規(guī)范要求進(jìn)行，這里不在贅述。為了保證預(yù)應(yīng)力錨索的抗拔承載力，采用二次注漿工藝。一次注漿與二次注漿都使用純水泥漿，水灰比0.5:1，攪漿用水為基坑降水井內(nèi)的地下水，水泥為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥。一次注漿為常壓注漿：用高壓水沖洗鉆孔并一次注漿完成后，即可安放錨索桿體，由于注入的水泥漿較孔內(nèi)殘留的泥漿、清水比重大，故能依次將泥漿、清水置換出來，由孔底開始注漿，當(dāng)孔口冒出的水泥漿與新漿相同時，再繼續(xù)注滿水泥漿即可，拔套管時及拔完套管需補(bǔ)2－3次水泥漿，保持孔內(nèi)水泥漿為注滿狀態(tài)。二次高壓注漿：在一次注漿結(jié)束后水泥漿液達(dá)到初凝前撥出套管。撥管后應(yīng)注意檢查錨索筋體位置是否正確。在水泥漿液達(dá)到終凝后通過預(yù)埋的注漿管高壓注漿，管內(nèi)水泥漿在高壓作用下，劈裂一次注漿時的水泥結(jié)石體，向錨固端土壤擴(kuò)散，滲透壓縮周邊土體，增大錨索直徑，提高錨索抗拔力。

以第二道錨索為例進(jìn)行二次高壓注漿壓力計算，計算簡圖見圖2，土平均重度按20 kPa，水深按5m，管路等壓力損耗系數(shù)按20%計算：P=（20×12＋10×5）×1.2=348kPa。實際施工時選用0.5～1.5MPa。初始注漿時需要克服水泥結(jié)石體強(qiáng)度，壓力最高可以達(dá)到3.0 MPa。

圖2 二次劈裂注漿壓力計算簡圖

4 結(jié)語

秦皇島某醫(yī)院綜合門診樓項目基坑錨索施工過程中，由于施工工藝選取得當(dāng)，預(yù)防措施到位，監(jiān)測到的最大沉降值不到10mm，沒有造成基坑周邊建筑物的過大沉降變形。

高水壓砂卵石地層中錨索施工按照本文的闡述方法進(jìn)行施工基本能夠保證安全。但在水壓特別高特別松散的地層中施工還要特別注意，需要結(jié)合監(jiān)測信息法去施工，必要時對設(shè)計進(jìn)行調(diào)整。

另外在該項目錨索施工完成后，錨索孔有滲水現(xiàn)象，這也是樁錨+止水帷幕基坑支護(hù)方法普遍存在的問題，今后應(yīng)加強(qiáng)研究，爭取采取有效措施避免這種情況發(fā)生。