深基坑高壓噴射囊式擴大頭錨桿支護施工技術

楊士玨，洪人杰，李金園

YANG Shijue1，HONG Renjie2，LI Jinyuan3

(1.龍信建設集團有限公司，江蘇 南通226000;2.浙江眾立建設集團有限公司，

浙江 紹興312000;3.上海魯班工程顧問有限公司，上海200092)

1 工程概況

由海門市城市發展有限公司投資建設的海門·匯智園工程，總建筑面積139 249 m2，包括17 棟9～18 層住宅，2 棟2～3 層配套商業，1 棟3 層物業用房，4 棟變電所，5 棟門衛、垃圾轉運站、燃氣調壓站及地下車庫。

地下車庫基坑周長約為860 m，基坑面積約為25 000 m2。整個基坑分成7 個支護段:東、南、西側周邊環境良好區域采用兩級放坡的支護形式，基坑北側距離紅線較近區域采用φ850@1 200 三軸攪拌樁，內插H700 ×300 ×13 ×24 型鋼(“插一跳一”)加一/兩道囊式擴大頭錨的支護形式，攪拌樁入土深度17 m，型鋼長14 m，間距均為1.2 m。其特征剖面見圖1。

由圖1 可知，囊式擴大頭錨桿自由段長度7 m，錨固段長10 m，直徑φ180。其中8 m 為擴體段，孔徑φ800，桿傾角在20°～30°之間交替，錨桿內置3 ×φ15.2 預應力鋼絞線。

2 囊式擴大頭錨桿工作原理

當錨桿桿體強度和桿體與擴大頭之間的握裹力足夠大時，也就是錨固體與土體間的相互作用達到極限時，錨桿抗拔力(T)由非擴大頭錨固段與土體之間的側摩阻力(T1)、擴大頭錨固段與土體之間的側摩阻力(T2)、擴大頭端面支撐力(T3)組成，見圖2。錨桿抗拔力(T)的計算公式如下:

其中T1= πdldtτf

式中:d—錨桿鉆孔直徑;

ld—非擴大頭錨固段長度;

τf—鉆孔孔壁摩阻力。

T2= πDlDτfD

式中:D—擴大頭直徑;

lD—擴大頭長度;

τfD—擴大頭的側壁摩阻力，考慮到高壓噴射擴孔對孔壁的加糙作用，可用τfD= 1.2τf;

圖1 基坑剖面圖

式中:α = 45° - φ/2;

φ—土體內摩擦角;

C—土體的內聚力;

δ—約束核錐面上的正應力。

圖2 擴大頭錨桿力學模型

3 囊式擴大頭錨桿施工要求

3.1 囊式擴大頭錨桿基本參數

錨索桿體在地面加工后，采用人工抬運至施工點，直接下入孔中，然后連接注漿機壓漿管注漿，注漿采用“高壓”注漿工藝。待錨索頭部腰梁施工約8 d 后(同時預應力錨索注漿后間隔時間不能小于8～10 d)可進行張拉鎖定。工藝參數見表1。

表1 錨桿基本參數

3.2 擴大頭錨桿施工工藝流程

擴大頭錨桿施工工藝流程見圖3。

3.3 錨索施工程序與工藝

3.3.1 測量放線

鉆孔前先根據要求測放孔位，并用竹簽進行標記。

3.3.2 鉆孔

(1)選擇CH-90 型錨桿鉆機。

(2)鉆機就位后，應保持平穩，導桿或立軸與鉆桿傾角一致，并在同一軸線上，傾角25°。

圖3 擴大頭錨桿施工工藝流程

(3)施工中根據地質條件可選擇三角合金鉆頭。

(4)成孔直徑不小于168 mm，在鉆進過程中，應精心操作，精神集中，合理掌握鉆進參數，合理掌握鉆進速度，防止埋鉆、卡鉆等各種孔內事故。一旦發生孔內事故，應爭取時間盡快處理。

(5)鉆孔完畢后，插入轉桿進行高壓旋噴注漿擴孔，重新插入D60 mm 鉆桿至錨固段末，插入預制好的錨桿，先在鋼套管內進行高壓一次噴射注漿至孔口流出漿液為止，待4 h 后進行高壓二次注漿至孔口流出漿液為止。見圖4。

圖4 鉆孔實景圖片

錨固孔的質量必須符合規范要求。我國工程建設標準化協會編制的《土層錨桿設計與施工規范(CECS 22：90)》［1］規定:

(1)錨桿成孔質量檢驗標準為錨孔水平位置偏差±100 mm，錨孔垂直度偏差不宜大于±1%;

(2)鉆孔底部的偏斜尺寸不應大于錨桿長度的3%;

(3)錨固孔深度應不小于設計長度，也不宜大于設計長度的0.1 m。

作為鉆孔質量監控的一項措施，施工人員必須認真填寫鉆孔鉆進中原始記錄表，詳細記錄每個孔的進尺情況、地層變化、施工時間及其他特殊情況。

3.3.3 錨索制作

(1)按設計要求制作錨索，錨索采用3 ×φ15.2鋼絞線。錨索定中架或隔離架均按設計要求制作和安裝，使錨索處于鉆孔中心。錨索自由段須抹一層黃油，并密裹塑料布，套塑料軟管、扎牢。

(2)本工程錨索必須嚴格按照設計圖紙中對自由段和錨固段的要求執行，鋼絞線錨固段架線環與緊箍環每隔1.5 m 間隔設置，緊箍環系16 號鉛絲繞制，不少于兩圈，自由段每隔2 m 設置一道架線環，以保證鋼絞線順直。

(3)安放錨索桿體時，應防止筋體扭曲，注漿管宜隨錨索一同放入孔內，管端距孔底為50～100 mm，筋體放入角度與鉆孔傾角保持一致，安好后使筋體始終處于鉆孔中心，錨索孔口外露1 200 mm以便張拉。

(4)若發現孔壁坍塌，應重新透孔、清孔，直至能順利送入錨索為止。見圖5。

圖5 錨索制作實景圖片

3.3.4 擴孔

采用高壓旋噴進行擴孔，水泥漿為水灰比1.0 純水泥漿，旋噴壓力25～30 MPa，漿量75 L/min。拔管速度為0.1～0.2 m/min，水泥采用42.5R 普通硅酸鹽水泥中斷噴射后，恢復注漿時搭接長度不小于0.5 m。

3.3.5 注漿

囊式擴體錨固段注漿采用高壓注漿工藝，水泥凈漿灌注，漿液應攪拌均勻并過篩，隨拌隨用。漿液應在初凝前用完，注漿水灰比0.4～0.5，注漿體設計強度不小于30 MPa，漿體強度檢驗采用的試塊每50 根錨桿不少于1 組，每組不少于6 個試塊。錨索成孔采用套管跟進，到底后下入錨索，然后從第一次注漿管注入水泥漿至孔口流漿為止，拔出第一次注漿管，屆時進行第二次注漿。見圖6。

圖6 注漿工藝

3.3.6 張拉、鎖定

錨索施工后，應進行驗收試驗，驗收試驗的錨索數量根據設計圖紙按總量的5%進行。進行土層錨索驗收試驗時，加載宜按設計荷載的25%、50%、75%、100%、120%、150%依次進行。

(1)錨索張拉前至少先施加一級荷載(即1/10的錨拉力)，使各部緊固伏貼和筋體完全平直，保證張拉數據準確。

(2)錨固體與臺座混凝土強度均大于21 MPa 時(或注漿后至少有8～10 d 的養護時間)，方可進行張拉。

(3)錨索張拉至1.0～1.5 倍設計軸向拉力值Nt，土質為砂土時保持10 min，為黏性土時保持15 min，然后卸荷至鎖定荷載進行鎖定作業。

(4)錨索鎖定后，若發現有明顯預應力損失時，應進行補償張拉。見圖7。

圖7 預應力施加實景圖片

4 技術經濟性分析及優點

通過“高壓噴射囊式擴大頭錨桿支護施工技術”在海門·匯智園基坑工程中的應用，其技術性能和經濟效益方面有如下表現:

4.1 抗拔力高且位移小

擴大頭錨桿與普通錨桿相比，擴大頭直徑可達到0.6～2.0 m，所提供的抗拔力大，擴大頭錨桿的錨頭位移小，特別適合于對位移限制要求高的地方，甚至對位移有特殊要求的，可以按位移控制進行設計和施工;而且，擴大頭錨桿具有承壓型錨桿的特性，加之高壓噴射對孔壁有明顯的“加糙”作用，其可靠性比普通錨桿高。

4.2 節省基坑支護造價和減少工期

在深基坑支護(錨拉排樁)工程中采用擴大頭錨桿，錨桿根數比采用普通錨桿可減少60%～70%，單根錨桿的長度可縮短約30%，錨桿工程的總造價可以節省約30%。擴大頭錨桿可以更好地控制基坑位移;單根擴大頭錨桿的抗拔力可以相當于4 根普通錨桿的抗拔力，從而擁有更好的經濟性。

5 結 語

海門·匯智園基坑工程擴大頭錨桿對于控制圍護結構變形起到了很明顯的作用，整個基坑開挖的過程中，支護結構的水平位移控制在設計預期的范圍內，這與設計的初衷是相符合的，達到了安全性能和經濟效益均優的效果。高壓噴射囊式擴大頭錨桿支護施工技術為深度大、土質條件差、變形要求高的基坑提供了一種很好的借鑒。

［1］ 冶金部建筑研究總院. CECS 22 ： 90 土層錨桿設計與施工規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，1990.