松散層中緊鄰構筑物小傾角超長錨索設計施工

張 躍

（1.江蘇省有色金屬華東地質勘查局，江蘇南京210007；2.鎮江八一四勘察測繪有限公司，江蘇鎮江212005）

1 概述

錨索是由鋼絞線、注漿形成的固結體、錨墩等組成的受拉桿件，其一端錨固在巖土體內。錨索是一種主動受力桿件，發揮作用前先對鋼絞線（鋼絞線束）施加預應力，從而限制巖土體發生變形。錨索通常應用在大噸位、在已出現變形或對變形要求嚴格的工程部位[1-4]。

中華人民共和國行業標準《建筑基坑支護技術規程JGJ120-2012》4.7.8[5]：錨索傾角宜取15°～25°，且不應大于45°，不應小于10°；錨索的錨固段宜設置在土的粘結強度高的土層內。當在毗鄰地下構筑物的松散層中應用錨索時，會遇到以下問題：錨索孔在粘結強度低的松散層，導致成孔難度大；為了不影響毗鄰的地下構筑物，設計的錨索長度不小于30m、傾角小于10°，因此要求有水平孔施工的技術能力，增加了成孔難度；由于錨索毗鄰地下構筑物，施工時需對錨索精確定位，施工風險高。

作者以江蘇省南京市某基坑支護工程錨固段設計和施工為案例，成功解決了松散層中緊鄰構筑物小傾角超長錨索設計施工問題，供同行借鑒。

2 工藝原理

松散層因自身強度低，易垮塌。為了維持松散層的穩定性，需要采取合適的方法對松散層進行加固。如對松散層的變形控制要求嚴，人們通常采用錨索，錨索結構主要包括錨固段、自由段、錨索、錨墩4部分（圖1）。

圖1 錨索結構示意圖

當錨索位于松散層時，錨索是靠錨索張拉荷載轉化為對固結體的壓力，引起固結體與松散層孔壁間的剪應力，從而達到錨固效果。因此，影響錨固段錨固效果的主要有3個因素：錨索體與固結體間的粘著力，固結體與松散層孔壁之間的粘著力，錨固段松散層的抗剪力。在處理松散層邊坡時，起控制作用的主要是固結體與周圍松散層孔壁間的粘著力。為了增加錨固力，可采取增加錨固段長度、二次注漿工藝。二次注漿工藝不僅增強了固結體與周圍松散層孔壁間的粘著力，而且使漿體進入松散層內提高了錨固段松散層的抗剪力。

預應力錨索錨固力的確定，關系到被加固對象的長期安全性。預應力錨索錨固力的鎖定值受松散層的蠕變、鋼鉸線松弛、施工質量等因素的影響會產生一定的變化。錨固力損失超過一定值時，將導致其錨固功能的減弱或失效，給加固對象帶來極大的危害。在錨索張拉過程中，張拉荷載通過錨墩和錨固段傳遞到松散層中，使錨索張拉影響范圍內的松散層處受壓狀態。為了減少錨索預應力的損失，可采取加大錨墩尺寸、設置框格梁及采用小噸位錨索等方式，這樣可以減少對松散層的壓縮，避免單根錨索噸位過大、應力較為集中對松散層邊坡穩定不利的問題[6-8]。

3 超長錨索設計

江蘇省南京市某基坑支護工程北側側壁由雜填土、素填土組成松散層，兩者厚度之和大于10m。雜填土由礦渣堆積，松散；素填土以粘性土為主，松散，夾小碎石。為了基坑北側側壁的穩定，支護結構采用預應力錨索，錨索分2層。上層長度48m，共32束，設計抗拔力為500kN，錨索的錨頭設計標高25.8m，錨索孔徑180mm，錨索寬度55m；下層長度39m，共12束，設計抗拔力為500kN，錨索的錨頭設計標高23.8m，錨索孔徑180mm，錨索寬度55m（圖2）。錨縈長度不小于30m，屬于超長錨索。

圖2 錨索及地下周邊環境剖面圖

因為錨索孔底端及錨固段毗鄰擬建的隧道，為了不影響未來隧道的開挖，2層錨索孔傾角5°，設計的錨索離擬建的隧道開挖面頂最小距離為0.94m。

4 超長錨索施工

成孔是應用錨索的第一步，在松散層鉆進時采用套管跟管鉆進成孔法。松散層中緊鄰構筑物小傾角超長錨索施工采用套管間歇給進法，即鉆進一段距離后，再給進套管，給進機構位于孔口。

在小傾角、超長錨索成孔過程中，由于鉆頭、鉆桿和套管的重力作用，鉆孔容易產生向下彎曲。彎曲的鉆孔使錨索孔的終孔位置偏離設計點，削弱了錨固效果且對毗鄰的地下構筑物產生不良影響。因此，采用如圖3所示的措施來解決錨索孔成孔過程中的保直問題：（1）按設計、計算數據得到錨索孔的方位角，然后選擇水平數字羅盤測斜儀指示錨索孔方位角；（2）開孔傾角比設計錨索傾角上傾0.5°～1.5°；（3）在鉆桿上加裝扶正器使鉆頭、鉆桿保持在錨索孔的中心位置，減小錨索孔的彎曲；（4）采用孔口支撐；（5）低速低壓鉆進，轉速25～40r/min。

圖3 錨索孔保直技術措施圖

具體采取的錨索孔保直施工技術措施如下：

（1）采用YG-100全液壓錨桿鉆機套管跟管鉆進成孔法，鉆具組合為：?73mm鉆桿+?180mm套管+扶正器+?145mm合金鉆頭；按每2根鉆桿加裝一個扶正器。

（2）鉆機就位前采用水平數字羅盤測斜儀控制鉆桿的傾角及方位角，鉆機開鉆前采用孔口支撐，鉆機開鉆時每進尺10m，采用水平數字羅盤測斜儀控制套管的傾角，計算錨索對應位置的標高，并預測其與隧道開挖面之間的位置關系，以便做出相應調整。

（3）低速鉆進，轉速30r/min。

（4）開孔傾角采用3.5°～4.5°角度開孔；開孔傾角比設計錨索傾角上傾0.5°～1.5°。

（5）鉆進過程中經常檢查鉆桿的傾角與鉆機平整度，確保錨索孔的傾角滿足設計要求。

通過上述錨索孔保直施工技術措施，44束錨索距隧道開挖面距離不僅在設計允許范圍內，而且最小距離達到了0.74m，確保了基坑北側側壁的穩定，保證了基坑支護工程的順利施工。同時，不僅對后續隧道的開挖沒有任何影響，而且有助于隧道的開挖。

錨索鋼絞線束采用嵌砂型環氧涂層鋼絞線。制作時，先把整卷的鋼絞線用鋼管架固定好，再拆捆放線，切割長度為錨索長度加1.0m（千斤頂工作長度），每根鋼絞線束有5根鋼絞線，平直排列，錨固段間隔1.0～1.5m設置一個隔離架并與鋼絞線綁扎牢固；錨固段鋼絞線呈梭形，即在隔離架之間用扎筋綁扎鋼絞線；隔離架使用定型的塑料產品，確保鋼絞線保護層厚度滿足設計要求。自由段涂抹防腐油脂后，套裝塑料管，并將套管兩端封死。壓漿用2根注漿管平行穿于中間與鋼絞線綁扎在一起，注漿管采用?20mm塑料管。

由于鋼絞線束較長、較重，入孔要慢，確保在錨索孔內平直不扭，安放采用人工輔以機械方式進行，鋼絞線束曲率半徑應大于3m，安裝推送過程用力要均勻，以免損壞錨索配件和環氧涂層。如果發現鋼絞線束送入錨索孔內困難將鋼絞線束抽出時，要對抽出鋼絞線束的損壞部分進行修復。為預防下鋼絞線束過程中注漿管被土堵塞，可連接注漿泵，開小流量注漿，邊下錨邊送水泥漿，直至送達預訂位置。由于鋼絞線束安放時有套管存在，要防止鋼絞線與套管口直接接觸，需提前在套管口包好塑料護套，派專人在孔口觀察，控制鋼絞線束居中放置入孔中。以確保鋼絞線的環氧涂層不被破壞。鋼絞線束入孔深度不得小于設計長度的98%。

注漿采用二次注漿工藝，第一次注漿工藝材料選用水泥砂漿，第二次注漿選用純水泥漿。第一次注漿的水泥∶砂∶水＝1∶0.6∶0.45，注漿壓力0.4MPa，直至漿液從孔中溢出。第二次注漿選用純水泥漿，水灰比0.45，注漿壓力2.5MPa，使水泥漿沖破薄膜及初凝砂漿，注入到砂漿、松散層之間和松散層內，待注漿壓力達到設計要求后1～2min且孔口有冒漿現象時，結束注漿。在水泥砂漿固結體強度達到5.0MPa后進行第二次注漿。注漿壓力和注漿時間可根據錨固段的體積確定，并分段依次由上而下進行。錨固體養護至齡期后的抗壓強度不得低于30MPa，注漿設備應有足夠的漿液生產能力和所需的額定壓力，采用的注漿管應能在1h內完成單根樁的連續注漿。注漿開始或中途停止超過30min時，應用水或稀水泥漿潤滑注漿管及其管路。

錨墩為圈梁、腰梁。當固結體強度大于20MPa并達到設計強度75%后可進行張拉。張拉前對錨索進行預張拉二次，每次張拉力為50kN，使錨索各部位接觸緊密，錨索張拉荷載要分級逐步施加，不能一下加至鎖定荷載。永久錨索的防腐處理主要為材料的自防腐，自由段鋼絞線涂抹防腐油脂后，套裝塑料管，并將套管兩端封死。錨頭的錨具經除銹、涂防腐漆3遍后采用鋼筋網罩、現澆混凝土封閉，且混凝土強度等級不低于C35，厚度不應小于100mm，混凝土保護層厚度不應小于50mm。

5 結語

施工實踐可應用于穩定性差、但對變形控制要求的松散層；錨索孔傾角小于10°；錨索長度不小于30m；被加固的松散層中或附近有地下構筑物，錨索離地下構筑物距離可小于1m。