某科技實驗樓深基坑支護預應力錨索同步施工技術

張盼盼

置身于城市化進程背景下，工程建筑規模逐步擴大，工程建設中常涉及到深基坑支護作業，合理的支護方式有利于提高深基坑的穩定性。現階段，“支護樁+預應力錨索”的方式因具有操作便捷、質量可靠等多重特點而取得廣泛的應用。對于常規的錨索施工，諸如成孔、錨索下放、注漿均是重要的工序，施工時間相對較長，同時錨固力有限，難以全面滿足深基坑支護的要求。為此，針對常規錨索施工工藝做出改進，采用深基坑支護預應力錨索同步施工技術，提高其機械化作業水平，規避以往常規錨索施工工藝存在的效率低、錨固能力有限等多重局限性。在本文中，則以工程實例為依托，著重對預應力錨索同步施工技術展開分析。

一、工程概況

某實驗樓主樓為框架-抗震墻結構，主樓左側為A區地上23層，地下兩層；主樓右側為B區地上15層，地下兩層。主樓左側A區、右側B區的室內外高差均為0.45m。建設內容豐富，工程體量較大，包括工程訓練中心、計算機學院、教室、地源熱泵機房、水泵房、風機房等。

二、深基坑支護預應力錨索同步施工技術的應用

1.預應力

錨索鉆進是基礎環節，由液壓履帶式錨固鉆機驅動，帶動預應力錨索鉆沿著特定的姿態鉆進。鉆進時，鉆頭、鉆桿兩類裝置按特定的扭矩推進，期間根據施工進度同步啟用高壓注漿泵，利用此裝置注入高壓水，在“水流束”的作用下，切割土體。鉆具組成包含鉆桿、墊板頂推環、平面軸承、圓盤鋼墊板、鉆頭，具體分布情況如圖1所示。

圖1 鉆具整體結構示意圖

鉆頭依次套入平面軸承、圓盤鋼墊板，在該結構關系下，構成完整的、穩定的結構體系。

2.鉆進同步跟錨

借助鉆頭和鉆桿的聯動作用，達到鉆進同步跟錨的施工效果。鉆進前，先按照圖紙將組合鉆具安裝到位，檢驗各零部件以及整機裝置的質量，確認無問題后投入使用。安裝次序和鉆進方向示意圖，如圖2所示。

圖2 沿箭頭方向依次頂推示意圖

鉆進時，噴嘴噴射高壓水，起到切割土體的作用，土體經過破碎處理后，鉆頭可以高效向前鉆進。將帶有錨索的圓盤鋼墊板套在鉆頭上，在該結構組合關系下，圓盤鋼墊板定向頂推，以達到錨索同步跟進施工的效果。

旋噴鉆進施工期間，需要保證墊板頂推環、鉆頭、鉆桿共同結合于一體，協同運行、同步旋轉。但需注意的是，墊板頂推環與圓盤鋼墊板接觸面有慣性的存在，會產生一定程度的摩擦阻力，而此部分外力會影響錨索的穩定性，導致其跟隨轉動，而隨著轉動量的增加，錨索將纏繞在鉆桿上。為規避該問題，對錨墊板頂推環與圓盤鋼墊板的連接方式做出優化，即在兩者間設置一套平面軸承，由于軸承具有自由旋轉的特點，可以規避頂推環與圓盤鋼墊板接觸而引起的旋轉問題，全程帶有錨索的圓盤鋼墊板穩定性較好，不再出現跟隨轉動的情況。

3.錨索注漿擴大頭的形成

非錨固段和錨固段兩部分施工時，統一采取的是高壓旋噴注清水鉆進的方法，依托于高壓旋噴的手段，有效切割鉆進深度范圍內的土體，使其呈破碎的狀態，壓力值以15MPa為宜。鉆進期間加強對鉆進量的觀察，待其達到設計孔深后，即可反鉆退鉆桿，此時將孔內的錨索與平面軸承予以保留。退鉆時，組織高壓旋噴射水泥漿作業，壓力值穩定在25～30MPa，具體根據實際情況在該區間內做靈活的調整。

憑借超高壓旋噴力，在錨固段進一步切割土體。在退出錨桿時，依然需要使用鉆頭噴嘴，利用此裝置噴出水泥漿，此部分材料最初到達孔底，而后逐步填充，直至整個錨固段均有漿液為止。且在噴漿過程中，部分被切割的土體將在漿液的推動作用下向外擠出，剩余部分則與噴射的水泥漿充分結合，經過固結后得到穩定的水泥土錨固體。除此之外，還可在錨固段形成擴大頭。退鉆持續發生，若到達非錨固段界面，則及時調整為常壓噴射水泥漿的方法，在此施工狀態下將鉆桿有效退出。

三、環保控制要點

1.噪聲控制

根據施工現場周邊條件，合理安排施工時間，禁止中午和夜間（中午12時至下午2時，晚上11時至第二天早上7時）進行產生噪音的施工作業。選用低噪聲或備有消聲降噪裝置的機具設備。對于無法避免的施工噪聲，采取隔音、吸聲等有效降噪措施，將噪聲控制在《建筑施工場界噪聲限值》（GB12523-2011）所規定的限值范圍內。

2.水土污染防治

鉆孔作業區設置截排水溝、沉淀池，對成孔過程中產生的廢水漿體等集中匯聚，經沉淀過濾后排入地下污水井內，嚴禁廢水漿體隨雨水流失或擅自向城市雨水、污水管道排放。對現場柴油集中保管，油庫做好防滲、污、冒、漏處理。對現場所使用的各種易對大地產生污染的液體采取隔離措施，在使用、儲藏時防止污染水源、滲入大地對環境產生污染。

3.空氣污染防治

嚴格按照揚塵防治6個“100%”要求做好相關工作，鉆孔作業區及水泥漿制作后臺等易起塵區域設置霧炮設備，采用濕法作業；對現場裸露土體進行防塵覆蓋。注漿用水泥在室外存放時進行嚴密遮蓋，防止揚塵。現場設置車輛沖洗臺，所有車輛必須沖洗干凈后方可離場上路行駛，裝運材料、機械設備的運輸車輛，采取遮蓋措施，保證行駛途中不污染道路和環境。

4.固體廢棄物處理

場內設置垃圾桶用于廢棄物棄置并及時清理，做到場容整潔。固體廢棄物不得在現場焚燒或填埋。

5.節能減排

建立機械設備管理制度，開展用電、用油計量，完善設備檔案，及時做好維修保養工作，使機械設備保持低耗、高效的狀態。選擇功率與負載相匹配的施工機械設備，避免大功率施工機械設備低負載長時間運行。

四、施工期間的質量控制措施

1.現場處理及鉆機就位

提前規劃鉆機的布設位置，以平整、壓實的方法處理該部分場地，確保鉆機就位后可以維持平穩；開挖集水溝，成孔施工期間的泥漿水將匯聚在該處，不存在四處溢流的情況。待各項基礎準備工作均完成后，安排鉆機就位，經過調整后使其到達指定位置；根據錨索孔位對鉆機的姿態做適當的調整，保證機身高度以及傾角的合理性。

2.錨索的制作

以設計圖紙為準制作錨索，下料時禁止采用點焊燒斷的方法（會損傷錨索），宜用切割機根據尺寸要求精細化切割。錨索截斷時，預留800mm及以上長度的鋼絞線，確保后期張拉作業的順利進行。錨索穿過圓盤鋼墊板焊接固定螺帽，此處采用電弧焊的方法，由具有資質的焊工操作，加強防護，以免因焊接而損傷錨索或螺帽。焊接時，選用502型焊條，焊接電流穩定在160～200A。經過焊接處理后，局部可能殘留焊渣，需及時予以清理。錨索制作成型后，整齊排列，加強防護。

3.高壓旋噴清水同步跟錨開孔

開孔前，將施工所需的同步跟錨組合鉆具安裝好。頂推環端部與鉆頭尾部兩部分需穩定連接，為此采用螺紋絲扣連接的方法；將鉆桿固定在鉆機上；類似的，鉆桿與頂推環尾部也采取螺紋絲扣連接的方法。在合理配置后，頂推環、鉆桿、鉆頭三部分各成體系，獨立性與穩定性均較好，此時可以將平面軸承套入鉆頭。平面軸承與圓盤鋼墊板也成為獨立體系，并且此部分入孔后予以保留（留在孔內）。

4.高壓旋噴清水鉆進

為順暢鉆進，采用清水輔助旋噴鉆進的作業方法。在應用高壓變頻注漿泵后，對清水做加壓處理，產生壓力水，而后利用高壓輸送膠管轉至履帶旋噴鉆機上。水壓15MPa，轉速20r/min，盡可能維持該參數組合的穩定性，避免水壓或轉速的大幅度波動。鉆進期間加強對鉆進角度、鉆進速度等關鍵指標的檢測，將實測結果與設計值做對比分析，及時發現偏差并糾正，到達設計孔深后，隨即暫停鉆進施工。錨索跟進必須順暢，若鉆進期間存在錨索纏繞錨桿的情況，則查明原因并予以處理，經驗表明，該情況通常與平面軸承故障有關，此時需暫停鉆進，將錨索以及錨桿退出，對存在故障的平面軸承做換新處理，再下放入孔，繼續鉆進施工。

5.錨固段退鉆高壓旋噴同步注水泥漿

鉆孔清水鉆達到設計深度要求后，反轉鉆桿，逐節有序退出并拆卸鉆桿。在反轉退鉆過程中，不再采用清水，取而代之的是水泥漿，在高壓注漿泵的配合下增壓，經由膠管將漿液輸送至履帶旋噴鉆機。水泥漿在后臺配制，水灰比0.45～0.5，拌制時間不短于30s，確保各類原材料充分混合，得到均勻性較好的水泥漿。水泥漿拌制完成后，轉至儲漿桶內過篩，剔除其中的雜物，以免其連同漿液混入漿管內（此時可能會發生堵塞）。為避免水泥漿離析問題，在儲漿桶內配套慢速攪動裝置，持續攪拌；遵循隨拌隨用的原則，通常水泥漿存置時間不超過4h，否則易固結。相隔3～5h后采用高壓注漿泵進行二次注漿，二次注漿為劈裂注漿，壓力在1～2MPa。

考慮到施工便捷性要求，合理規劃水泥漿制作后臺的位置，與錨索施工區域的距離控制在50m以內，且此時也能夠保證注漿壓力的穩定性。旋噴施工時，噴漿壓力控制在25～30MPa，在該超高壓的作業方式下，可以有效切割土體、提升注漿的飽滿性。為了使錨固段孔徑尺寸和錨固強度均具有合理性，相比于鉆進階段而言，轉速和后退速度均適當減小，水泥漿流量穩定在50～70L/min，在高壓噴射作業條件下，水泥漿的流動性增強，能夠有效切割土體，此時對于錨固段孔徑而言也有擴大的變化趨勢，即在注漿期間形成“擴大頭”，而其優勢在于顯著增加錨固力，受力條件得到有效的優化。擴大頭錨固段示意圖，如圖3所示。

圖3 擴大頭錨固段示意

6.自由段常壓注水泥漿

退鉆位置到達錨固段與自由段的交界區域時，調整為常壓注漿施工狀態，即1.0～1.2MPa，退鉆速度0.5m/min，按照此方式退出鉆桿。禁止以噴水的方式稀釋漿液，否則會影響漿液的性能。注漿時加強觀察，若泛出漿液，則及時根據實際情況予以處理，否則將由于前期處理不到位而凝固，進而明顯加大后期處理工作量。鉆桿完全退出后，隨即結束注漿，至此則結束單根錨索的施工作業。

五、結語

綜上所述，深基坑支護預應力錨索同步施工技術是基于常規支護方式的升級形式，集成孔、錨索安放、注漿等工序于一體，提高了資源的利用效率，縮短了施工時間，并有利于形成擴大頭錨固。從實際應用效果來看，無論是施工安全、質量、效率還是效益等方面，深基坑支護預應力錨索同步施工技術均具有更突出的優勢，是一種值得參考與應用的優質施工技術。