擴大頭錨索在實例中的應用及展望

林志遠

廣東省環境地質勘查院 廣東 廣州 510000

隨著城市規模的不斷擴大，對地下空間的利用也不斷加強，深基坑工程相繼增多，錨索支護有利于土方開挖和結構施工，能節省工期以及工程造價。“支護樁+預應力錨索”作為支護形式之一，因其施工簡單、經濟等特點已被廣泛采用。擴大頭錨索（又稱鉅聯擴大頭錨索或高壓噴射擴大頭錨索），該施工方法適用于各種粘性土和砂土，且能很好地解決了砂層塌孔的難題。擴大頭施工方法無論是從經濟效益還是從社會效益，擴大頭錨索在軟土地基的基坑圍護中存在很大優勢，值得推廣。本文能過某個工程出現的問題，對擴大頭錨索容易出現的問題進行分析，并通過兩個實例的對比，來分析擴大頭錨索和普通錨索的優缺點及發展前景[1]。

1 工程案例

1.1 問題案例

工程A位于廣州市南沙區，建筑層數29和31層，擬建兩層地下室，結構采用鋼筋砼剪力墻結構。場地地基土由人工填土和海相沖洪積沉積層，基巖以燕山三期花崗巖為主，現自上而下分述如下：

（1）場地內素填土主要為現有的農田、耕地砂土為主，堆填時間小于10年，堆填時間不長，基本未完成自重固結；

（2）淤泥：深灰-灰黑色，飽和，流塑。海相沉積而成，主要為黏粒、粉粒，含腐殖質，夾貝類碎片，具有異味，巖芯采取率 90%-95%；

（3）細砂：褐黃，松散，飽和，土質尚均勻，石英質，粒徑不均勻，級配良好；

（4）粉質黏土：褐黃，可塑狀，土質尚均勻，局部含砂粒，粘性較好，干強度及韌性中等，巖芯采取率90%-95%；

（5）中砂：褐黃色、灰白色，飽和，稍密-中密，石英質，粒徑均勻，級配差。

（6）淤泥質土：深灰-灰黑色，飽和，流塑-軟塑，局部流塑。沖洪積沉積而成，主要為黏粒、粉粒，含腐殖質，夾腐木，具有腥臭味；

（7）砂質黏性土：青灰色、褐黃等，可塑～堅硬狀，土質尚均勻，系花崗巖原地風化形成，混較多砂礫，浸水軟化崩解，巖芯采取率90%-95%；

（8）全風化花崗巖層：褐黃色、青色，巖芯呈堅硬土狀。巖石組織結構已全部破壞，礦物成分除石英外，其余礦物已風化呈土狀，風化強烈，巖石呈堅硬土狀，巖質極軟；

（9）強風化花崗巖層：赤紅色、青褐色，巖芯呈半巖半土狀，局部夾硬塊狀，巖石組織結構已大部分破壞，礦物成分已顯著變 化，風化裂蹤很發育，巖體破碎，巖塊可用手折斷；

（10）中風化花崗巖層：褐黃色、灰白色，中粗樂結構，塊狀構造，巖石輕度變質，巖石裂隙發育，巖芯呈短柱狀為主。

工程A淤泥層較厚并且夾有砂層，工程基坑整體主要處于淤泥層中。工程基坑采用“上部放坡，下部灌注樁+錨索”的支護型式，具體的工程基坑支護錨索情況如表1所示。

表1 工程錨索設計資料

工程A為擴大頭錨索支護，擴大頭長度為7m（孔徑500mm）為錨固段，其余為自由段。擴大頭錨索施工技術要求：鉆機成孔150mm，采用套管跟進，防止塌孔，擴孔段孔徑均為500mm，安裝錨索前應探測鉆孔是否有坍塌，擴大頭段可采用高壓噴射擴孔，注漿前，應先清除孔中的沉渣。錨索孔內采用42.5R普通硅酸鹽水泥，擴大頭段水泥用量應不小于350kg/m，自由段水泥用量應不小于50kg/m，按水灰比O.45-0.5的純水泥槳，施工時可加適量早強劑和速凝劑。應采用二次注漿工藝，初次注漿壓力為0.5-0.8MPa，應注至孔口返漿，水泥漿初凝后進行二次注漿，注漿壓力2.0-3.0MPa。施噴擴孔施工工藝：鉆孔至擴大頭部位→更換鉆桿，連接高壓泵→下鉆頭至擴孔位置，高壓噴射擴孔，擴孔壓力20-25MPa，宜采用3次擴孔施工工藝，第1、2次泥漿擴孔，第3次水泥漿擴孔，水泥漿水灰比1：1.5-1:2.0→洗（清）孔→下錨索→注漿。

根據圖1第三方檢測單位試驗結果繪制的Q-s曲線和s-lgt曲線，顯示Q-s曲線沒有出現陡升，s-lgt曲線平緩，工程的錨索抗拔力（按設計值的1.2倍檢測）滿足要求。根據廣東省標準《建筑地基基礎檢測規范》（DBJ/T 15-60-2019）：拉力型支護錨桿實測錨頭彈性位移量應大于桿體自由段長度的理論彈性伸長值的80%，且應小于桿體自由段長度與1/2桿體粘結段長度之和的理論彈性伸長值。

圖1 工程A錨索驗收試驗Q-S曲線和s-lgt曲線（變更前）

從上圖可以看出錨索總抗拔位移量很大（達到162mm），彈性伸長值也很大（達到108mm）。后期基坑開挖時，基坑變形較大（冠梁出現了裂縫），但是根據第三方監測單位提供的數據，冠梁出現裂縫位置附近的錨索其應力還沒有達到報警值。后期分析原因：可能是錨索自由段長度太長，理論彈性伸長值太大，當基坑變形量較小時，錨索處于自由段彈性變形中。當冠梁出現裂縫時，錨索的應力還沒完全發揮出來。設計后期進行加固和變更后，基坑就沒有再出現這種情況。變更后錨索設計資料情況如表2所示：

表2 變更后工程錨索設計資料

根據圖2第三方檢測單位試驗結果繪制的Q-s曲線和s-lgt曲線，顯示Q-s曲線沒有出現陡升，s-lgt曲線平緩，工程的錨索抗拔力（按設計值的1.2倍檢測）滿足要求。從表1和表2的設計資料上能看出，自由段變短后，擴大頭錨索變形量小了很多，錨頭彈性位移量也大大降低。所以擴大頭錨索在基坑支護中，不能同擴大頭抗浮錨索一樣，使用太長的自由段，當基坑出現變形時，擴大頭錨索的應力沒辦法第一時間發揮出來，不能同其他支護結構同時發揮作用，這樣的話基坑支護就很容易出現問題[2]。

圖2 工程A錨索驗收試驗Q-S曲線和s-lgt曲線（變更后）

1.2 對比案例

工程B同工程A是相鄰的兩個工地，地質情況基本一樣,兩個工程基坑都是采用“上部放坡，下部灌注樁+錨索”的支護型式，只不過工程A的錨索為擴大頭錨索，工程B的錨索為普通錨索。具體的工程基坑支護錨索情況如表3所示。

表3 兩個工地錨索設計資料對比

工程A為擴大頭錨索支護，擴大頭長度為8m（孔徑500mm）；工程B為普通錨索支護。

根據圖2和圖3第三方檢測單位試驗結果繪制的Q-s曲線和s-lgt曲線，顯示Q-s曲線沒有出現陡升，s-lgt曲線平緩，工程A和工程B的錨索抗拔力（按設計值的1.2倍檢測）均滿足要求。但從表3可以直觀的看出擴大頭錨索長度更短，但錨索抗拔力更大，并且抗拔變形量更小。

圖3 工程B錨索驗收試驗Q-S曲線和s-lgt曲線

2 擴大頭錨索的優點

2.1 工藝上的不同

普通錨索施工工藝流程為：施工準備→鉆機就位→鉆鉆桿→校正孔位→調整角度→打開空壓機→鉆孔（接鉆桿）→鉆到設計深度→沖洗→制作、安裝錨索→一次注漿→二次高壓注漿→養護→安裝錨索→焊錨具→張拉錨索→錨頭鎖定→割除錨頭多余鋼鉸線，對錨頭進行保護。施工時間相對較長且繁瑣，但是技術工藝上比較成熟。

擴大頭錨索在工藝上如果采用同步鉆進、跟錨、注漿擴大頭錨固施工工法，即：成孔完成的同時完成錨索下放和注漿，無工序搭接及閑置等待情況，將原常規錨索施工時間縮短三分之一以上，具有施工效率高、施工速度快等特點。這樣的話也能解決擴孔施工時的塌孔問題。在工藝工法上對現場施工隊伍有更高的要求，配合不好的話錨索質量可能會受影響，也提升了施工效率、提高了施工質量、降低了施工成本。

2.2 錨固效果的差別

普通錨索在軟土地基中錨固效果較差，擴大頭錨索錨固效果更好，錨索抗拔力提高很多。普通錨索軟土地基中錨索抗拔力較小，如果為滿足錨索抗拔力要求的話，錨索長度會非常長；擴大頭錨索錨固效果較好，錨索抗拔力有顯著的提高。因此，基坑支護中如果錨索長度不變的情況下，錨索的根數可以適當減少，工程量和工程造價都可以有所減少，同時工期也能相應縮短。

2.3 錨索長度的差別

同樣的錨索抗拔力要求下，擴大頭錨索比普通錨索長度更短。這樣的話擴大頭錨索對周圍環境的影響和受周圍環境的制約較小。在臨近有建筑物或地下工程的地方，擴大頭錨索就有很大的優勢，有些原來無條件施工錨索的地方也變得可行。在現代建筑密度越來越高的趨勢下，在寸土寸金的城市建設中，擴大頭錨索的這個優勢將得到更多的關注[3]。

3 擴大頭錨索的缺點

（1）擴大頭錨索施工工藝要求高，操作不好的話，錨索質量難以保證。

擴大頭錨索施工工藝對施工隊伍提出更高的技術要求，并且施工隊伍的施工經驗、現場應對措施都對錨索的質量產生很大的影響。但是隨著其技術的推廣和應用，技術人員對施工工藝的不斷研究和完善，相信在以后的應用中這個問題也將不再存在。

（2）擴大頭錨索現期僅適用于淤泥、粉質粘土等軟土地基，對于風化巖層、軟硬夾層等地基施工質量難以保證。

以現在的經驗和技術力量，擴大頭錨索在地下水豐富的砂層中、風化巖層、軟硬夾層等地基的施工質量，相對較差。主要原因是擴孔時塌孔、沉渣無法清理干凈和無法鉆進等問題。隨著技術人員對施工技術的不斷提高和創新，施工設備的改進和更新換代，相信在將來的應用中這些問題也將慢慢被克服。

4 結語

綜上所述，在基坑支護工程建設中，現期擴大頭錨索由于經驗較少工藝較復雜，在深基坑支護中使用較少，相信以后在工程技術人員的共同努力下，改進施工工藝，總結經驗、技術創新，擴大頭錨索在將來的基坑支護中得到更廣泛的應用。

隨著城市規模的不斷擴大，對地下空間的利用也不斷加強，基坑工程相繼增多，并且基坑也越來越深，對基坑支護工程的要求越來越高。擴大頭錨索具有抗拔力高，受周圍環境影響小，經濟效益好的優勢，隨著技術的推廣，以后深基坑工程建設中一定有一個美好的未來。