高壓旋噴預應力錨索在某基坑支護中的應用

姚衛林，李明金，李東方

(中國水利水電第十工程局有限公司， 四川成都 610072)

高壓旋噴預應力錨索是一種將大直徑水泥土樁體與傳統錨索相結合而成的新型錨索結構，它利用高壓旋噴鉆機按一定角度在土體中成孔、噴射水泥漿，充分攪拌形成預計樁體，同時利用鉆機鉆頭將錨桿(索)帶入旋噴樁體中，施加預應力后形成高壓旋噴預應力錨索。

1 工程概況

杭州某項目總占地面積約4×104m2，總建筑面積約為13×104m2，依據住房和城鄉建設部住建部令第37號《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》、住房城鄉建設部辦公廳關于實施建辦質〔2018〕31號《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》有關問題的通知，并結合本項目實際情況，該工程為危大基坑工程，施工前方案通過了專家論證。基坑南側及北側土質較差，且上部為較厚的淤泥質軟土層(厚度6.5～11m)基坑北部離原有建筑(道路)太近。

2 工藝原理及特點

2.1 工藝原理

錨桿(索)由三個構成部分，分別是：錨固端、自由段、錨頭組成。其中錨固段存在于土體之中，其作用是提供穩定力。自由段連接錨固端，它可以傳遞力，能夠提供一定的延伸。錨頭是把拉力施加在腰梁、冠梁側，并進行鎖定。高壓旋噴錨索形成的大直徑水泥土樁，可以改善軟土特性，軟土改善為強度較大的土體；形成的旋噴樁和土層間會產生較大的摩擦阻力，進而生成強大的錨固力。鋼絞線施加預應力以后，借助加大的水泥土樁體，此時傳遞到土中的應力變小，進而使得軟土的流變變形降低，改善了鋼絞線體傳遞給軟土體的受力條件，對被加固土體的變形產生有效約束作用。

2.2 工藝特點

(1)旋噴錨索施工時造孔、下錨(鋼絞線)、噴漿、攪拌提升等程序一次完成，能有效克服普通錨索在軟弱淤泥質土層造孔時存在的坍孔、縮頸等成孔困難等問題，以保證錨索的施工質量。

(2)錨固體直徑大(一般300～1 000mm)能有效降低錨索周圍土體的應力水平，減少錨索塑性變形，再通過預張拉，能有效控制支護結構位移和內力，達到有效約束變形，減少蠕變變形的目的。

(3)錨固體直徑大，錨固體端部可通過復攪、增大漿液噴射壓力等措施形成“擴大頭”，它既有常規斷面又有擴大頭，能有效克服淤泥質土側阻力小的缺點，錨固力較常規錨索可提高3～6倍。

(4)高壓旋噴預應力旋噴錨索即可單獨使用充分利用巖土自身強度，從而節省大量的工程材料，同時又可與其他支護結構組合使用，改善受力狀態，具有顯著地經濟效益。

(5)鎖定后占用空間小，不影響土方開挖及后續工序施工，對場地狹小放坡困難且有相鄰建筑具有獨特優越性。

3 適用范圍

旋噴錨索加固技術已廣泛應用于邊坡治理及建筑深基坑支護等工程，可以單獨使用又可與其他加固結構聯合使用，其“樁錨式結構”應用較廣泛，且高壓旋噴錨索在軟弱淤泥質土層中也能獲取比常規預應力錨索更大錨固力。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

高壓旋噴錨索施工流程見圖1。

圖1 高壓旋噴錨索施工流程

4.2 施工操作要點

4.2.1 測量定位

根據設計提供的樁定位坐標點及建設單位提供的基準點，在施工場地內布設施工測量控制點和水準點，并經建設、監理單位驗收無誤后，進行旋噴錨索孔位測量放線，待坑壁修整后定位并用紅油漆標記出需要施工的錨索孔位點，并設置醒目標志標明錨索孔號、孔深，防止施工人員或者機械設備破壞，施工過程中要經常對基點高程進行復測。錨孔定位誤差小于50mm，孔斜誤差小于±1°。

4.2.2 鉆機就位

旋噴錨索鉆機施工作業對場地穩定性的要求較高，在鉆機移機就位前應對施工作業面平整、清除雜物，軟弱層鋪設鋼板，保證鉆機底座在穩固場地施工，以免產生不均勻沉陷，確保旋挖鉆機在成孔施工過程中的安全性與準確性。

根據設計要求及相關規范要求：鉆桿角度由羅盤校核，角度偏差小于±1°，開孔平面位置空位偏差為±50mm，。

4.2.3 鉆進引孔

(1)為避免施工對周圍環境和自身成孔過程中的塌孔的影響，本工程錨索成孔采用旋噴工藝，即水泥混合泥漿護壁成孔，一次成形，嚴禁水沖成孔工藝；錨索引孔噴漿壓力取10～12MPa范圍,自由段范圍內應減壓至5MPa以下。

(2)錨索施工采用功率不小于45kW，扭力不小于3 800kN的履帶式旋噴錨桿機，注漿泵選用最大功率不小于90kW,注漿壓力不小于40MPa的注漿泵施工。

(3)鉆孔施工符合下列要求：

①鉆桿鉆孔時不得擾動周圍地層。②錨桿(索)平面位置偏差± 50mm，鉆孔傾斜角度誤差不得大于1 °。③錨桿(索)鉆孔的深度應比設計錨索深0.5m，孔徑不小于設計要求。

4.2.4 錨索制作及下放

鋼絞線下料長度計算公式：

L=a+b+c

式中，L為鋼絞線下料長度,mm;a為鋼絞線設計長度,mm;b為外錨頭厚度，mm；c為錨具長度(墊板、千斤頂)，mm。

錨桿(索)自由段涂防銹漆兩道并用塑料套管包裹,兩端用膠帶密封。制作完成的錨索整體性好，無傷痕，不變形錯位。

錨索下放利用旋噴鉆機鉆頭頂住錨盤噴漿推進，速度不超過0.6m/min。

4.2.5 高壓噴漿擴孔

利用旋噴鉆機鉆桿頂住錨盤噴漿推進錨索(鋼絞線)下放至設計孔深，錨盤與噴漿鉆桿分離后，鉆桿后退旋噴擴孔，并在擴孔錨固段來回往返擴孔，以確保擴孔直徑和旋噴注漿量在錨孔中的充盈性和飽滿性，高壓水泥漿從底部鉆頭和側翼噴嘴向外噴射，噴射過程中同步對周側的土體進行切割，形成擴大樁頭(圖2)；為保證下部淤泥質軟土層錨固擴大段擴徑達到設計直徑600mm的要求，水泥漿水灰比為0.80，φ600mm擴孔段注漿噴射壓力控制值在20～25MPa之間選擇調整,旋噴轉速控制在20～40r/min,漿液流量控制在60-70L/min；為確保錨孔直徑達到不小于400mm的成孔要求，錨索在淤泥質土層中的施工，注漿旋噴壓力需在12～15MPa之間選擇調整，水泥漿水灰比0.55。

圖2 旋噴成孔錨固體

錨索施工期間應計算核對每孔水泥總注入量與設計每孔總量之間是否吻合，若發現兩者差異很大，應及時檢查漿液濃度配比、注漿壓力和鉆進速度是否符合達到孔徑400mm和擴孔600mm的注漿要求，并及時調整注漿泵注漿壓力、漿液濃度配比和旋噴鉆進速度。

擴孔施工符合下列要求：

(1)錨索鉆孔后用高壓噴射水泥漿注漿、擴孔。鉆孔φ400mm，錨固段擴孔φ600mm，選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比0.55～0.8(根據現場地層情況調整)，水泥用量推進段(孔徑400mm段)每米不小于62kg，高壓擴大段(孔徑600mm段)每米不小于140kg。

(2)在擴孔過程中出現壓力突然上升或下降時，查明原因并及時采取相應處理措施。

(3)施工中嚴格按照試驗確定的施工參數進行施工，如實作好各項記錄 。

4.2.6 錨具安裝

錨墊板采用 160mm×160mm×15mm鋼板，錨具采用OVM15-3型錨具,腰梁施工前需預先將鋼絞線理順并對穿過腰梁的鋼絞線套上PE管，防止鋼絞線和腰梁混凝土澆筑在一起。安裝錨具及錨墊板時應將腰梁面清理干凈同時錨具面與鋼絞線受力面應保持垂直(圖3)。

圖3 錨頭

4.2.7 張拉鎖定

(1)張拉前應對張拉設備進行標定。

(2)養護時間為28d齡期或水泥漿體達到設計強度的75 %，當腰、冠梁混凝土達到設計強度的80 %及水泥漿體滿足養護要求后方可進行張拉鎖定。

(3)鎖定的腰、冠梁承壓面要平整，并與錨索的傾斜方向垂直。

(4)錨索的張拉順序應考慮臨近錨索的相互影響。

(5)預應力筋張拉采用先單根預張拉再整體張拉。根據設計荷載及規范要求分級張拉完成；分級張拉完成后觀測錨頭無位移現象后再按鎖定荷載鎖定。

(6)下層土方須在預應力錨索鎖定后才能開挖。

5 試驗與監測

施工前應進行高壓旋噴試驗錨施工，在試錨施工過程中，應收集資料，復核地質資料及設備、工藝等是否適宜，確定施工參數，施工前應進行材料試驗，錨索受力性能試驗及驗收試驗。各項試驗應提出實驗報告，實驗報告的主要內容包括： 試驗方法、數量使用的材料、設備、儀器、加載過程、伸長值量測，實驗結果整理分析，并作出試驗結論；監測工作必須與錨索張拉同步進行，及時整理資料，迅速反饋信息，按照設計規范要求對基坑、周邊建筑物、道路管線的沉降位移進行監測，在基坑四周設置水平位移及沉降觀測點，基坑監測必須由專人對監測結果及時進行反饋，發現異常情況及時通知相關人員，作研究處理。

6 結束語

高壓旋噴預應力錨索通過在軟弱淤泥質地層中的成功應用，驗證了旋噴錨索結合鉆孔灌注樁支護結構能有效限制支護結構變形，大直徑旋噴錨索能夠有效減低錨固體與土體之間的應力水平，顯著降低了錨索的蠕變量，更好地控制了基坑位移；能夠適應復雜的基坑周邊環境；當上部地層為較厚的淤泥質土層時而地層下部為較好土層時，可適當增加錨索傾角，將錨固段深入下部較好土層，能有效提升錨索可靠度；旋噴錨索施工時錨固端3～5m應增加噴攪次數或提高噴漿壓力，在錨固端頭部形成擴大頭，提高錨固力減少錨索塑性變形。