富水地質條件下巖土錨桿的施工技術研究

尤士杰（上海市基礎工程集團有限公司，上海 200002 ）

對于富含地下水的多種地質條件，包括黏性土、砂性土、粒徑較小的礫石層、風化程度不同的巖層等進行預應力錨桿施工，解決了由于地下水的問題帶來的各種困難。最終使預應力錨索施工深度可達 31 m，橫向成孔角度 5o～25o。成孔時利用全套管跟進技術及注漿止水技術解決了孔壁坍方和錨桿下放問題。

1 工程概況

山東省濟南市濟南綠地普利中心項目塔樓部分 Ⅲ 基坑面積 8 900 m2。開挖深度 14～23 m，圍護形式采用環形地下連續墻，墻厚 800 mm，最大墻深為 36.1 m，開挖深度內設置 4 道預應力錨桿。

基坑采用墻錨體系受力，坑內無支撐。第 1 道錨索采用 3 根 15.2 鋼絞線，錨固端設在圈梁上（基余均設在地墻上）。第 2 道、第 3 道錨索采用 4 根 15.2 鋼絞線。第 4 及第 5 道錨索（局部區域設五道錨索）采用 3 根 15.2 鋼絞線。預應力錨桿參數統計如表 1 所示，預應力錨桿平面圖如圖 1 所示。

圖1 預應力錨桿平面圖

表1 預應力錨桿參數統計表

2 地質條件

擬建場地位于濟南市中心區域，北臨普利街，南臨共青團路，西臨順河高架路，高架路下為貫穿濟南市南北的順河，河內有水流。地質分布情況自上而下為 ① 雜填土層底埋深 1.6 m、①-1 素填土層底埋深 5.01 m、② 粉質黏土層底埋深 6.2 m、⑤ 碎石層底埋深 7.5 m、③ 黏土層底埋深 11 m、⑤ 碎石層底埋深 16.1 m、⑥ 殘積土層底埋深 17.8 m、⑦ 全風化閃長巖層底埋深 19.3 m、⑧ 強風化閃長巖層底埋深 21.2 m、⑨ 中風化閃長巖層底埋深 48.3 m。

地區內對預應力錨索的不良施工土層主要有碎石層以及下部不同風化程度的巖石層，黏土層內在成孔過程中也有包裹鉆桿的風險，均為不良地質。此外濟南市著有全國文明的泉城之稱，地下水資源豐富，給施工增添了難度。

3 機械設備選擇

機械設備的選擇上除考慮工期、經濟性以及滿足場地條件以外，還需考慮幾方面因素。

（1）有足夠的扭矩，配備適合的鉆頭，可在巖層內進行成孔鉆進。

（2）鉆桿方便拆卸，因孔內需進行注漿封堵以及跟管鉆進，需反復拆卸鉆桿。

（3）能夠滿足跟管鉆進的功能需求。

（4）帶泥漿循環功能，防止孔壁坍塌。

主要機械設備如表 2 所示。

表2 主要機械設備一覽表

4 巖土錨桿施工技術研究

針對不良土層影響，需從富含地下水、巖土錨桿的成孔、孔壁坍方等方面來研究出可行的施工技術。

4.1 地下水的控制

針對富含裂隙水巖層地質條件下錨桿無法施工的問題，采用孔內注漿后進行二次成孔的施工技術。當成孔完成后裂隙水從孔內流出時，在孔內下放注漿管進行高壓注漿，使水泥漿液滲透至巖層裂隙中進行填充固結，待固結體達到一定強度后采取二次成孔，有效解決了巖層中裂隙水涌入孔內及錨桿在涌水狀態下張拉失效的問題。

4.2 巖土錨桿的成孔技術研究

由于強度大，巖石土層對鉆機成孔形成阻礙。在鉆機無法正常鉆進時需考慮配置空壓機，更換鉆頭。采用沖擊回轉鉆進，可以利用鉆機自帶的泥漿泵進行泥漿循環，從而將索孔內的巖石碎屑清出孔外。

鉆進達到設計深度后，不能立即停鉆，要求穩鉆1～2 min，防止孔底尖塌孔、達不到設計孔徑。鉆孔孔壁不得有沉碴及水體黏滯，必須清理干凈，在鉆孔完成后，使用高壓空氣（風壓 0.2～0.4 MPa）將孔內雜渣及水體全部清除出孔外，以免降低水泥漿與孔壁土體的黏結強度。若遇錨孔中有承壓水流出，待水壓、水量變小后方可下安錨索與注漿，必要時在周圍坡面適當部位設置排水孔處理。

4.3 成孔過程中的防坍孔措施

主要采用全套管跟進成孔技術來防止成孔過程中發生的孔壁坍方。對于成孔直徑為 150 mm 的孔采用φ160 mm鋼套管，壁厚為 3 mm，鋼套管 6 m 分節采用絲扣連接。成孔施工的同時采用氣壓泵同時打設鋼套管，起到對孔壁的保護以及對地下水有一定的隔離作用，施工完成后可采用液壓拔管器將鋼套管分節拔出。針對黏性土層、砂性土層、粒徑較小的礫石層中采用該項技術解決了因富含地下水時造成的孔壁坍方，錨桿無法下放的困難。

4.4 巖土錨桿的張拉技術

巖土錨桿的張拉需考慮巖層內預應力的損失，為確保基坑安全，應及時予以應力補償。

在注漿體強度達 80% 以后，將錨索用 32 a 工字鋼水平連接成為整體，先用輕型千斤頂對鋼絞線逐一張拉，張拉力控制在 10% 設計拉力值，使鋼絞線逐根順直，然后進行整束整體初次張拉。整體張拉按多次多級進行，一般采用兩次多級，初次最終張拉噸位為錨索設計錨固荷載的 50%～75%。末級最終張拉噸位為設計荷載的 100%，各次張拉噸位則按級等分，張拉時間間隔 ≥3 d，以 7 d 最好，使后一次張拉能有效補償前一次張拉因地層壓縮徐變而產生的預應力損失，末次張拉的預應力損失則由超張拉補償。一般巖層預應力損失比例在 13%～20% 以內，土層 ≤25%，各級張拉均需持荷載穩定 5 min 以上（最后一級張拉為 30 min），使預應力在土體壓縮變形穩定后能較好地均勻傳遞并得到調整。

5 施工成果

在采取了一系列措施后，使預應力錨桿的施工在富水地質條件及巖土地層中的施工質量得以保證。主要解決了成孔質量、孔壁坍方、巖層內鉆進、錨桿下放、孔內滲水以及張拉后應力損失的一系列問題，確保工程進展順利。同時確保了基坑安全，使墻錨體系在該類地質條件下的應用得以順利實現。對施工完成后的索孔在整個基坑開挖過程中還需跟蹤觀察，對發生少量滲漏水的索孔還需及時進行注漿封堵，避免對下道工序產生影響。結構回筑時逐層、分區進行拆除，并應注意及時對索孔進行永久性封堵，以免發生孔內滲水。

6 結 語

本文以工程實例為依托，介紹了富水地質條件下巖土錨桿的施工技術。主要問題是解決了錨桿在成孔過程中解決豐富的地下水、巖石地層條件下的成孔及可能產生的孔壁坍塌問題，包括在后期張拉時應考慮在巖石地層內已施工完成的錨桿會產生預應力損失。通過關鍵技術的研究使得上述問題得以解決，從而確保施工質量，滿足設計要求。