旋噴錨索施工技術在核電工程循環水泵房基坑支護中的應用

任國龍

中核咨詢工程有限公司天津分公司 天津 300480

1 旋噴錨索施工工藝

旋噴錨索是將高壓旋噴技術與錨桿鉆機有機地結合起來形成了一種新型施工工藝[1]。旋噴錨索施工工藝流程見圖1。

圖1 旋噴錨索施工工藝流程圖

1.1 施工順序

隨開挖面向坑內施工，平面上采用工作面范圍內流水作業，網絡技術組織施工，均衡生產，使鉆孔、旋噴、腰梁施工、張拉等工序互不延誤。

1.2 施工工序

旋噴錨索各工序敘述如下：

（1）測量定位：開挖后的基坑壁經過修整，按設計要求的標高和水平間距，用全站儀（或水準儀）和鋼卷尺進行旋噴錨索位置的確定，并作出標記。

（2）鉆機就位：將高壓旋噴錨桿鉆機對準已放好的孔位，按設計要求調整好角度，由質檢員驗收合格經監理工程師驗收合格后準許開鉆。

（3）鋼絞線制作：根據設計提供的每一束旋噴錨索總長制作鋼絞線。

（4）自由端成孔：選用硬質合金鉆頭或帶噴嘴的螺旋鉆成孔，旋噴錨索鉆頭采用帶噴嘴的螺旋鉆，噴嘴直徑2.5mm～2.7mm。自由段35～40cm/min，自由段鉆進過程中，需確保孔口返漿順暢，如返漿不暢，需上、下往復提升鉆桿，直至返漿順暢。

（5）錨固段水切成孔：錨固段8～10cm/min。鉆進過程中，鉆桿轉速12～15r/min，噴水壓力不小于30MPa，錨固段鉆進過程中，孔口返出的泥漿比重不得小于1.20。

（6）錨固段孔底復噴：鉆桿鉆進至設計孔底后，在底部1m范圍內上、下復噴一次，復噴時鉆桿轉速12～15r/min，速度8～10cm/min，壓力不小于30MPa，復噴段噴射時間20min。

（7）錨固段噴漿回升：復噴結束時，應即刻開始噴漿，中間不得間隔，噴漿時，鉆桿在孔底旋轉停留5min噴漿，隨后以20～25cm/min的速度提升鉆桿，向上旋噴。鉆桿轉速15～20r/min，壓力不小于30MPa，水泥采用P.O42.5，漿液水灰比0.8±0.05，并摻0.6%的UNF-5高效減水劑。當孔口返漿比重大于1.5且開始返漿時的孔內噴漿總量不小于1800L（水泥1.6t）時，停止噴漿[2]。

（8）下放鋼絞線：錨索鋼絞線采用人工安放，錨索前方設置導向帽，并安放注漿管。錨索應在鉆孔前預先制作完成，并在噴漿前移至孔口，旋噴錨索安放過程中，應在鋼絞線尾端設置標識，張拉時按序穿入錨具，以避免鋼絞線在孔內纏繞，保證順直。錨頭應送至孔底后回拉20cm～30cm。

（9）孔底灌漿：安放好后立即灌漿，灌漿量300L（水泥0.4t），水泥采用P.O42.5，漿液水灰比0.5±0.05。

（10）張拉鎖定：旋噴錨索注漿完成后，試塊強度達到15MPa以上時，方可進行張拉、鎖定。張拉設備儀表應事先進行標定，張拉前在錨索頭部套入墊板和錨具，然后安放張拉千斤頂，軸線與錨索軸線一致，張拉采用整體分級張拉的程序。

分級加載和整索張拉程序為：

式中：

m1～m6——張拉系數，一般m1、m2、m3、m4、m5分別為0.2、0.25、0.5、0.75、1.0，混凝土結構錨索超張拉m6為1.05～1.10；

t—持荷時間，一般為2min～5min；

σcon—張拉控制應力。

1.3 施工參數

施工參數主要是指鋼絞線張拉預緊應力、理論伸長值、張拉極具的標定等[3]。

1.3.1 鋼絞線張拉預緊應力

在進行張拉時，一般應采用先進行單根預應力鋼絞線預緊，使錨索各股預應力鋼絞線的應力均勻后，再進行整索張拉。預緊應力確定為0.2σcon。

1.3.2 鋼絞線張拉理論伸長值

本次施工錨索為直線型錨索，其理論伸長值計算公式：

式中：

△L－錨索伸長值，mm；

P－預應力鋼絞線的平均張拉力，取張拉端的張拉力與計算截面處扣除孔道摩擦損失后張拉力的平均值，其計算公式見下，N；

L－預應力鋼絞線從張拉端至計算截面的孔道長度，mm；

E－預應力鋼絞線彈性模量，MPa；

A－預應力鋼絞線的截面積，mm2

式中：

Pj－張拉控制力，當超張拉時按超張拉取值，N；

χ－張拉端至計算截面的孔道長度，m；

θ－預應力鋼絞線從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，rad；

κ－預應力孔道局部偏擺系數；

μ－預應力鋼絞線與孔道壁面的摩擦系數。

1.3.3 張拉極具標定

在張拉前必須對所使用的機具進行配套標定，并提供千斤頂張拉力－壓力表讀數關系曲線及其計算公式。錨索張拉時運用計算公式，算出與錨索各級張拉力相對應的壓力表讀數，通過控制油泵壓力表讀數實現千斤頂對錨索的各級張拉力。也可在關系曲線上直接找出各級張拉力對應的壓力表讀數[4]。

1.4 腰梁施工工藝

1.4.1 工藝流程

腰梁施工工藝流程見圖2。

圖2 腰梁施工工藝流程

1.4.2 施工順序

腰梁施工在安裝完預應力錨索，并對錨固段澆注后進行，在錨索施工開始后就要進行鋼筋局部的制作，當預應力錨索的錨固段澆注后就要緊接著清理出腰梁的施工作業面，在清理好的作業面上及時綁扎鋼筋及支模板。根據商品砼的提供量逐段對腰梁澆注，根據養護時間順序對錨索進行逐步張拉。

1.4.3 施工工序

各工序簡述如下：

（1）定位放線：根據施工圖紙的位置，用全站儀和鋼卷尺進行腰梁位置的確定，并作出標記。

（2）鋼筋綁扎：縱向受力筋采用綁扎連接，搭接長度取40d。鋼筋綁扎前要清理干凈腰梁與支護樁體的接觸面，并將該面鑿平；當腰梁穿過錨索地段，要安放好預應力錨索及穿梁塑料管。

腰梁鋼筋綁扎時，要認真驗看腰梁配筋圖，注意鋼筋的綁扎要求。并根據預應力錨索入射錨固角度的不同調整張拉面的腰梁角度。

（3）支模板：使用木模板連接而成，支模時要留出鋼筋保護層厚度，腰梁為3.5cm。并保護好穿過模板的鋼絞線，防止損傷。在塑料管兩端要進行封堵，防止澆注過程中砼或水泥漿進入管內。

（4）澆砼與振搗：澆砼采用C25的商品混凝土，澆注時同一段腰梁盡量一次澆注完成，在澆砼后用震動棒振搗密實，保證腰梁表面的平整光滑與順直。腰梁上表面達到鋼筋保護層厚度，且能夠滿足設計要求的高度。

（5）養護：澆砼完成后，需要每天對其進行養護，根據月份的氣溫調整，天冷時可采取覆蓋養護。

（6）拆模：養護達到7天齡期就可以根據施工順序進行拆模，拆模時不能損傷梁體。

2 施工質量控制

2.1 腰梁施工質量控制要點

（1）腰梁砼標號為C25，鋼筋保護層厚度取35mm，縱向受力筋采用綁扎連接，施工的技術要求按《混凝土結構工程施工及驗收規范》（GB50204－2002）中的有關規定執行。

（2）腰梁鋼筋綁扎前先將支護樁相對應部位的樁體砼鑿除，并清除碎渣及泥土。

（3）腰梁鋼筋綁扎時要安放好錨索及穿梁塑料管，保證錨索鋼絞線順直、自由穿過梁體。塑料管兩端要進行封堵，防止澆注過程中砼或水泥漿進入管內。

（4）支設模板時要保護好穿過模板的鋼絞線，防止損傷。

（5）其中支護樁之間為梯形頂梁，該段為先打錨索，后制作梯形頂梁。

2.2 錨索施工質量控制要點

（1）錨索鉆孔位放線，錨索鉆孔孔位中心偏差不得大于50mm。

（2）施工中常查鉆機傾角，傾角誤差不大于設計值2度，超過時應及時調整。

（3）錨索制作要確保每一根鋼鉸線始終排列均勻、平直，不扭不叉銹、油污要除凈，對有死彎、機械損傷及銹坑者應剔除，制作完成后，應放在干燥清潔的場所，避免機械損傷或油漬濺落在桿體上[5]。

（4）錨索噴漿、注漿所用水泥應采用P.O42.5，漿液應嚴格按照設計水灰比拌合。

（5）機具出現故障時，應及時記錄時間、鉆孔深度、主要原因，并及時維修。

（6）若旋噴錨索鉆進至設計孔深以內遇到巖石，應改用巖錨工藝，并及時通知設計方。

（7）張拉設備中穿心千斤頂及壓力表須進行標定，標定期限在半年之內。

（8）自由段注漿必須待漿液溢出孔口穩定1～2min后，方可停止注漿，24h后如發現孔道漿液不飽滿時還需補漿，以確保注漿飽滿。

2.3 錨索施工過程質量保證措施

（1）進場的每批鋼絞線和水泥要有出廠合格證并做復試。

（2）鉆孔機械就位前應先檢查錨位標高，錨具是否符合設計圖紙。就位后必須調正鉆桿，用角度尺或羅盤測量鉆桿的傾角使之符合設計，并保證鉆桿的水平投影垂直于坑壁，經檢查無誤后方可鉆進。

（3）鉆孔時遇有障礙物或異常情況應及時停鉆、待情況清楚后再鉆進或采取措施。鉆至設計深度后空鉆出土以減少拔鉆桿的阻力，然后拔出鉆桿。

（4）下錨索前應檢查錨索并做好記錄，下完錨索時應注意錨索的外露部分是否滿足張拉要求的長度。

（5）漿液攪拌必須嚴格按配比進行，不得隨意改變。水泥應不含雜質，不用過期或受潮水泥。

（6）注漿由孔底開始, 邊注邊外拉漿管，并緩緩拔管，直至漿液溢出孔口后停止注漿。

（7）水泥漿體強度達到15MPa方可張拉。錨桿的張拉要有固定的操作人員和記錄人員，嚴格按操作規程張拉。出現異常情況時，應及時向現場技術負責人報告。

（8）張拉時應采用以張拉力控制為主，伸長值校核的雙控操作方法。先進行單根預應力鋼絞線預緊，使錨索各股預應力鋼絞線的應力均勻后，再進行整索張拉。

2.4 施工過程常見問題及處理措施

（1）孔壁坍塌

如遇易塌孔土層，鉆進中應經常進行高壓風吹孔，根據土層情況采取相應措施：

a.對于軟土層，可采用加入砂礫或碎石渣擠入軟土內，以固定孔壁，或根據軟土強度采用泥漿護壁；

b.對于粘性土層，可采用泥漿護壁；

c.對于含礫石粘性土，可采用填充粘性土進行護壁，上下來回掃孔固壁；

（2）張拉時滑絲、斷絲

滑絲主要是夾片卡牙沒有對準或夾片質量問題，此時可松開千斤頂，重新安裝夾片后再重新進行張拉。

斷絲的可能性極小，如果出現可能是因為鋼絞線材質缺陷或張拉千斤頂、壓力表出現故障，此時可對孔內剩余鋼絞線的受力進行分析，在受力允許的情況下可增大其余鋼絞線的張拉力，以滿足整束錨索要求的錨固力[6]。

（3）達到張拉力后鋼絞線伸長值不足或伸長超范圍

張拉時采取張拉力為主，伸長值校核的措施進行，在達到預訂張拉力后如果鋼絞線伸長值不足則可能是鋼絞線在孔內不直造成，由于張拉時已經超拉至110%，此時只要能夠正常鎖定即可。伸長值如果超出范圍則可能是內錨固段滑移造成，此時在注漿段及腰梁的共同作用下，只要能夠達到設計張拉力即可滿足要求。

3 基坑工況及主體施工期安全監測情況

本工程錨索施工完已近一年，基坑已通過各有關單位的聯合驗收，目前主體工程正在緊張的施工中，錨力計、測斜儀及各沉降觀測點的數據變化均在設計允許的范圍之內，基坑位移變形正常，基坑工況良好，基坑是安全的。