高水壓砂卵石地層中錨索施工質量控制

張 強 王 超 李佳鋼 李 斌 姜 宇

中建科工集團有限公司 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。地下兩層主要為機械停車庫、設備機房，局部為人防區域。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、內科樓、醫技樓、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。

基坑支護結構設計主要為護坡樁+錨索支護，護坡樁直徑1.20m，間距1.50m。一樁一錨，兩道預應力錨索，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坡灌注樁共同組成止水帷幕，基坑內降水為主。

1 工程地質和水文地質條件

根據巖土工程勘察報告，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：粉質粘土，深灰色，軟塑，切面稍有光澤，干強度和韌性中等，含細砂。

第③層：粉質粘土，淺紅褐色，軟塑-可塑，切面稍有光澤，韌性低，干強度中等，土質不均勻，混有細砂，夾淤泥質。

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：粉質粘土，黃褐色，軟塑-可塑，切面稍有光澤，干強度和韌性中等，土質不均，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：強風化混合花崗巖，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。組織結構大部分破壞，巖芯為砂土狀、碎塊狀，手捏可碎，干鉆不易鉆進。

地下水位埋深為1.4-2.1m，相應高程為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 典型工程地質剖面圖

2 預應力錨索成孔方法選擇

預應力錨索主要成孔方法主要有：①人工洛陽鏟成孔。適應地層穩定性較好，可以干作業，孔深較淺情況；②機械螺旋鉆成孔。適應干作業成孔，效率較高；③地質鉆機單管泥漿護壁成孔。適應有地下水，但水壓較小，地層穩定性較好情況；④錨桿鉆機全套管跟進成孔。適應高水壓復雜地層中成孔，有利于保持孔壁穩定性。施工機械復雜，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-中密狀態砂土層和軟塑-可塑狀態粉質粘土為主，孔壁容易坍塌。基坑四周環境復雜，需要確保孔壁穩定，不發生塌孔現象。所以綜合選擇全套管跟進成孔工藝施工預應力錨索。全套管鉆進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量控制

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

1、地下水控制是在錨索施工過程中短時間降低基坑外側地下水，以減小錨孔中的水壓。在錨索施工完成后很快恢復基坑外側地下水位，保證不影響基坑周邊建筑物和管線因水位降低產生過大沉降。在施工前應計算允許的水位降深，即計算滿足周邊建筑物位置允許發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生的沉降值是否小于允許值。該綜合門診樓項目經過降水沉降計算，確定當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加強對周邊建筑物和管線的變形監測，如發現變形超過允許值應立即停工，查明原因采取必要措施后再復工。

2、錨索成孔質量的控制主要是選擇能夠保證孔壁穩定的成孔方法。如前所述，該項目選擇雙動雙管全套管跟進施工工藝。鉆桿和套管的端頭裝設有合金鋼鉆頭，具有回轉和沖擊單作用及雙作用鉆進功能，套管與鉆桿同時鉆進，實現套管跟進護壁。成孔過程中采用比重1.05左右的稀泥漿護壁，泥漿從鉆桿內泵入，從鉆桿和套管間空腔流出孔口，將鉆屑泥土帶出。優點是避免了泥漿對孔壁的沖刷，套管和泥漿共同保護孔壁，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計和規范要求進行，這里不在贅述。為了保證預應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，當孔口冒出的水泥漿與新漿相同時，再繼續注滿水泥漿即可，拔套管時及拔完套管需補2－3次水泥漿，保持孔內水泥漿為注滿狀態。二次高壓注漿：在一次注漿結束后水泥漿液達到初凝前撥出套管。撥管后應注意檢查錨索筋體位置是否正確。在水泥漿液達到終凝后通過預埋的注漿管高壓注漿，管內水泥漿在高壓作用下，劈裂一次注漿時的水泥結石體，向錨固端土壤擴散，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石體強度，壓力最高可以達到3.0 MPa。

圖2 二次劈裂注漿壓力計算簡圖

4 結語

秦皇島某醫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，預防措施到位，監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，需要結合監測信息法去施工，必要時對設計進行調整。

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