高壓注漿自鉆錨桿在某基坑工程中的應(yīng)用研究

王曉丹，谷繼方

（青島地礦巖土工程有限公司，山東 青島266071）

1 工程概況

擬建場(chǎng)地位于青島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)金沙灘路以北。擬建物由1棟28層辦公樓、5層商場(chǎng)和地下2層整體車庫組成。基坑周長(zhǎng)約1000m，開挖深度12m，開挖深度范圍內(nèi)地層主要為粗粒砂。

2 工程施工條件

2.1 環(huán)境條件

擬建場(chǎng)區(qū)地形較平坦，交通便利，水電量供應(yīng)充足。基坑北側(cè)為已建建筑物，車庫邊線距已建物最近約28.0m，西側(cè)為市政道路，車庫邊線距路邊線約50.0m，南側(cè)約4.6m市政道路，東側(cè)緊臨河道，最近相距約5.5m。根據(jù)建設(shè)單位提供資料及現(xiàn)場(chǎng)踏勘，北側(cè)距車庫邊線約11.0m處為10kV高壓線路，南側(cè)距車庫邊線約12.0m處為東側(cè)小區(qū)用電架空線路，其它方位2倍開挖深度范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)架空和埋設(shè)管線。

2.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地地勢(shì)平坦，地貌類型屬于沖洪積平原，第四系土層厚度較大，平均厚度11m。

第1層素填土，褐色，稍濕，松散，以粘性土為主，含有砂土，表層有建筑垃圾、舊基礎(chǔ)。該層廣泛分布于場(chǎng)區(qū)；第2層中粗砂，黃褐色，飽和，中密、密實(shí)，以長(zhǎng)石、石英為主要礦物，含10%～20%粘性土，混少量卵石，級(jí)配較好，磨圓度一般，該層廣泛分布于場(chǎng)區(qū)；第3層礫砂，黃褐色，飽和，中密～密實(shí)，以長(zhǎng)石、石英為主要礦物，級(jí)配較好，磨圓一般，混少量碎石，該層廣泛分布于場(chǎng)區(qū)；第4層泥質(zhì)粉砂巖強(qiáng)風(fēng)化帶，紫紅色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，以長(zhǎng)石及粘土礦物為主要礦物成分，該巖石屬極軟巖，巖體極破碎，基本質(zhì)量等級(jí)Ⅴ級(jí)。

2.3 水文條件

地下水類型以第四系松散巖類孔隙弱承壓水為主，地下水主要賦存于第2層中粗砂及第3層礫砂中，穩(wěn)定水位埋深平均約為0.8m，含水層綜合滲透系數(shù)24.6m／d，影響半徑約140m。

擬建場(chǎng)地東側(cè)近臨墨水河支流，該河流為城區(qū)的主要排水通道之一，無枯水期，水量較大，為該場(chǎng)地地下水的主要補(bǔ)給源。

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)要求

基坑設(shè)計(jì)采用樁錨支護(hù)形式，對(duì)地下水采取高壓旋噴樁帷幕止水，坡體自上而下共3排預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度15000mm，錨固段長(zhǎng)度8000mm，自由段長(zhǎng)度7000mm，桿體采用 Φs15.2鋼絞線，錨固體直徑130mm，內(nèi)注水泥漿，水灰比0.45，錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值Nu＝230kN，預(yù)應(yīng)力鎖定值為120kN，水平間距3000mm，傾角15°。

4 施工試驗(yàn)

錨桿正式施工前進(jìn)行了工藝性試驗(yàn)，先后選用了常規(guī)地質(zhì)合金鉆進(jìn)泥漿護(hù)壁和套管鉆進(jìn)施工工藝，位置選在坡頂下3.0m處（水頭約2.2m）。

在常規(guī)地質(zhì)合金鉆進(jìn)泥漿護(hù)壁施工中，止水帷幕穿透后，在水壓作用下，大量水砂急速涌出，繼續(xù)鉆進(jìn)，塌孔嚴(yán)重，難以施工，且長(zhǎng)時(shí)涌水流砂造成坡頂沉陷開裂，影響基坑周邊環(huán)境安全。

在改用套管鉆進(jìn)工藝施工中，仍有涌水流砂現(xiàn)象，較前一種工藝有所減弱，隨著錨孔的加深，套管出現(xiàn)弧線彎曲，為避免套管斷裂，墊高了鉆進(jìn)機(jī)械，從而增加了錨桿傾角，違背了設(shè)計(jì)要求。共施工了5個(gè)錨孔，其中2個(gè)出現(xiàn)套管斷裂，成為廢孔，另外3個(gè)實(shí)施了錨桿桿體安放、注漿，每機(jī)臺(tái)完成錨孔時(shí)間平均每天2個(gè)，速度較慢，不能滿足合同約定進(jìn)度。1周后對(duì)完成的3根錨桿進(jìn)行抗拔試驗(yàn)，最大抗拔承載力為82kN，不能滿足設(shè)計(jì)要求，分析原因認(rèn)為套管拔出后錨孔坍塌，造成錨桿吃漿量減少，錨固體與土體未能有效粘結(jié)。

將上述試驗(yàn)結(jié)果反饋設(shè)計(jì)、監(jiān)理及建設(shè)單位后，改用螺旋自鉆式錨桿，通過初步試驗(yàn)，取得了成功。

5 螺旋自鉆式錨桿施工工藝

5.1 場(chǎng)地平整

作業(yè)面場(chǎng)地要平坦、堅(jiān)實(shí)，防止在施工中因鉆進(jìn)作用反力使鉆機(jī)移位后退，減小錨桿傾角，造成鉆桿弧線回轉(zhuǎn)、斷裂。

旋噴樁帷幕被穿透后，地下水將攜帶泥砂噴涌而出，基坑坡腳處須設(shè)置簡(jiǎn)易排水溝、集水井，及時(shí)排水。

作業(yè)面寬度應(yīng)能滿足鉆桿的推進(jìn)、接桿及人員的操作，一般不小于6.0m。

基坑內(nèi)設(shè)有安全繩和逃生梯，防止意外事故發(fā)生。

5.2 測(cè)量定位

為了施工方便、準(zhǔn)確，錨桿施工前須在坑壁標(biāo)識(shí)錨桿位置，保證錨桿水平、垂直一條線，否則鋼性腰梁無法安放、錨桿漏位。土方的開挖應(yīng)保證錨桿距坑底200～300mm，防止錨孔流出的泥砂淤積孔口，增加鉆桿接桿、錨桿桿體安放的難度。

5.3 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)下采用木方墊襯，高度一般200～300mm，保證平穩(wěn)，與坑壁的距離應(yīng)根據(jù)錨桿在坑壁的位置進(jìn)行調(diào)整，保證滿足錨桿設(shè)計(jì)傾角。

5.4 錨桿鉆進(jìn)

本工程的經(jīng)驗(yàn)證明，螺旋桿須連續(xù)推進(jìn)，停滯時(shí)間過長(zhǎng)，擾動(dòng)砂土在水力作用下對(duì)桿體有效握裹，難以旋進(jìn)。同時(shí)鉆機(jī)的震動(dòng)下沉降低了錨桿傾角，桿體形成弧線上翹，增加了鉆進(jìn)難度，施工中須及時(shí)調(diào)整鉆機(jī)位置。

錨桿錨固段螺旋桿體預(yù)設(shè)出漿孔，鉆進(jìn)的同時(shí)注射水泥漿，可有效加固土體，增強(qiáng)土體的粘結(jié)強(qiáng)度，提高錨桿的承載能力，并起到護(hù)壁、補(bǔ)充水體的作用。

5.5 錨桿注漿

注漿工序的成功與否是決定錨桿承載力大小的關(guān)鍵。本工程中先采用常壓注漿，待錨固體終凝達(dá)一定強(qiáng)度后再進(jìn)行二次高壓補(bǔ)漿。因支護(hù)土體為砂土，吃漿量較大，本工程中注漿量平均達(dá)0.4m3／m。

5.6 錨桿養(yǎng)護(hù)

錨桿注漿結(jié)束后及時(shí)安裝墊板及螺母，進(jìn)行臨時(shí)固定桿體，防止移位。若孔口出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，須及時(shí)補(bǔ)漿。養(yǎng)護(hù)期間嚴(yán)禁擾動(dòng)錨桿。

5.7 張拉所定

錨固體達(dá)75%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行張拉。張拉前對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行率定，為防止相鄰錨桿的交互影響，采取間隔張拉施工法。

正式張拉前，取設(shè)計(jì)張拉荷載的20%即46kN預(yù)張拉1～2次，使錨桿各部位接觸緊密。正式張拉時(shí)張拉至設(shè)計(jì)荷載的1.1倍即253kN，并停滯2～3min，再退至鎖定值120kN旋緊螺母進(jìn)行鎖定。

6 施工時(shí)出現(xiàn)的問題及處理方法

6.1 旋噴樁體強(qiáng)度高，螺旋桿難以鉆進(jìn)

因基坑外圍設(shè)有高壓旋噴樁止水帷幕，通過后期取芯檢測(cè)，帷幕樁體強(qiáng)度平均達(dá)14MPa，直接采用螺旋桿鉆進(jìn)較困難，施工中先采用常規(guī)地質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝穿透止水帷幕后再改用螺旋桿推進(jìn)。

6.2 二次壓力補(bǔ)漿難以實(shí)施

錨桿桿體與孔壁間的環(huán)形空隙難以封堵，使得二次高壓補(bǔ)漿無法形成有效壓力，經(jīng)過多次試驗(yàn)，最終采用了止?jié){袋，如圖1所示，錨桿鉆進(jìn)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度后，移除鉆機(jī)，錨桿桿體外端部連接注漿軟管，桿體與孔壁的環(huán)形空隙間安置止?jié){袋，進(jìn)行常壓注漿，漿液通過桿體外端部的出漿孔先行充滿止?jié){袋，滿溢后再沿桿體空腔前行，漿液終凝達(dá)一定強(qiáng)度后止?jié){袋則對(duì)環(huán)形空隙進(jìn)行有效封堵，為二次補(bǔ)漿形成壓力結(jié)構(gòu)。

二次壓力注漿增加了錨桿的注漿量及水泥漿的擴(kuò)散范圍，加固了土體強(qiáng)度，提高了土體對(duì)錨固體的粘結(jié)強(qiáng)度，增強(qiáng)了錨桿抗拔承載力。

圖1 螺旋自鉆式錨桿壓力注漿原理示意

6.3 錨桿預(yù)應(yīng)力衰減及增加

在錨桿鎖定后2d內(nèi)進(jìn)行的檢查中發(fā)現(xiàn)，其中2根錨桿有預(yù)應(yīng)力消減現(xiàn)象，分析原因是由于張拉、鎖定配合不當(dāng)造成的，進(jìn)行了補(bǔ)充張拉，后期監(jiān)測(cè)未再出現(xiàn)衰減現(xiàn)象。

通過后期抽樣監(jiān)測(cè)，錨桿應(yīng)力整體增加，最大增加約50%，隨之提高了監(jiān)測(cè)頻率，基坑完工后，趨于穩(wěn)定。分析原因，隨基坑開挖深度增加，主動(dòng)土壓力增加所致。

7 質(zhì)量檢驗(yàn)

除做好施工過程質(zhì)量控制外，工程完工后，檢測(cè)單位隨機(jī)抽取了錨桿總數(shù)的5%進(jìn)行驗(yàn)收抗拔試驗(yàn)，根據(jù)規(guī)范JGJ120－99中附錄E.3規(guī)定，檢測(cè)工作分6級(jí)逐級(jí)加載，加荷等級(jí)為0.1Nu、0.2Nu、0.4Nu、0.6Nu、0.8Nu、1.0Nu，分級(jí)觀測(cè)時(shí)間為5min、5min、5min、10min、10min、15min，采用百分表測(cè)量錨桿變形。

檢測(cè)結(jié)果表明，在設(shè)計(jì)抗拔力的作用下，所有試驗(yàn)錨桿綜合變形值均滿足設(shè)計(jì)要求。

8 結(jié)語

通過螺旋自鉆式錨桿在本工程的成功實(shí)踐，解決了流砂層錨固支護(hù)難題。錨桿施工中，將水泥漿作為沖洗液的鉆進(jìn)方法及止?jié){袋的應(yīng)用，大大增加了錨桿吃漿量，有效加固了擾動(dòng)土體，增強(qiáng)了土體的粘結(jié)強(qiáng)度，大大提高了錨桿抗拔力，最終檢測(cè)結(jié)果表明，錨桿的實(shí)際抗拔力較設(shè)計(jì)值提高10%～50%，值得在同類工程中借鑒應(yīng)用。

［1］ 冶金部建筑研究總院.CECS 22:90土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范［S］.北京：中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，1990.