大型國際航站樓雙套管預應力錨索施工技術

龐程程 陳 華 史 佳 王 剛 劉天穎

1. 中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204；

2. 杭州市蕭山區建設工程質量監督站 浙江 杭州 310000

隨著工程建設科學技術的不斷發展，城市在有限的地面空間內追求更多的發展，已無法正常滿足人們日益增長的需求。高層和超高層建筑以及城市地鐵的建設越來越頻繁，深基坑工程也隨之誕生。但在有限的空間內如何進行有效開挖，保證基坑安全值得我們深入思考。在現代城市中，90%的深基坑周邊均為密集的建筑物，城市重要道路、市政管線以及運營中的地鐵等相關基礎設施，對基坑開挖和支護的設計計算和施工技術等要求越來越高。由于基坑的復雜性，加之設計和施工的選擇性不同，仍有許多基坑工程發生坍塌，造成不可估量的損失。面對一方面是深基坑越挖越深、工程地質條件隨著工程環境改變越來越差、基坑周圍建筑物群體越來越密、基坑圍護設計形式越來越多樣化；另一方面是基坑支護施工成功率仍較低，如何為深基坑“量身定做”施工方案，在保證工程質量的同時，既能達到安全性能最高，又能降低施工成本，是一個我們不得不認真思考的問題。

本文以杭州蕭山國際機場新建T4航站樓深基坑工程為背景，結合深基坑支護開挖時的預應力錨索施工，系統地闡述了針對地下水位高及流沙層軟塑土狀態，采用雙套管施工技術，成功施工預應力錨索的方法，保證了基坑施工過程中的安全，取得了良好的施工效果。

1 工程概況

杭州蕭山國際機場T4航站樓新建工程場地位于機場進出場2條主干道之間，緊鄰在建地鐵車站及高鐵車站和交通中心，基坑之間相互影響，周邊環境十分復雜，航站樓基坑分為A1和A2兩個基坑。基坑總面積7.9萬 m2，其中A1基坑6.5萬 m2，A2基坑1.4萬 m2。A1和A2基坑之間設置1道臨時隔斷，A1基坑先行實施，A2基坑待A1區地下結構完成出±0 m后再行施工，A1基坑普遍挖深6.92 m，其余區域挖深在12.41～17.65 m之間。A2基坑挖深在13.70～18.05 m之間。A1和A2基坑分界線處兩側落深區由于開挖深度較深，圍護設計水平支護采用預應力錨索＋鋼筋混凝土撐形式，如圖1所示。

2 工程水文和地質條件

圖1 預應力錨索斷面

本工程擬建場地地貌單位為沖積海積平原，地貌形態單一，場地自然地面較平坦，經實測各勘探點的絕對高程在5.51～7.48 m之間，高差約1.98 m。根據勘探孔揭露的地層結構、巖性特征、埋藏條件及物理力學性質，場地勘探深度以內可分8個大層，細劃為20個亞層，從上到下依次為①1雜填土、①2素填土、①4淤泥質填土、③1砂質粉土、③2粉砂夾砂質粉土、③3粉砂、③4粉砂夾淤泥質粉質黏土、③5粉砂夾粉質黏土、⑥1-1淤泥質粉質黏土、⑥1-2淤泥質粉質黏土、⑧1粉質黏土、⑩1粉質黏土、 1粉砂、 3粉質黏土、 4圓礫、 4-2粉質黏土、 1粉質黏土、1細砂、 2含黏性土土圓礫、 3圓礫、 1全風化砂礫巖、 2強風化砂礫巖、 3中風化砂礫巖。

擬建場地淺層地下水屬孔隙性潛水，主要賦存于表層填土和③層砂質粉土、粉砂中，由大氣降水徑流補給以及湖水的側向補給，潛水水量較大，潛水與地表水水力聯系較好，地下水位隨季節變化。本次勘察期間測得的鉆孔內穩定水位埋深一般為1.80～2.50 m，相應絕對高程為3.25～4.65 m。根據區域水文地質資料，淺層地下水水位年變幅為1.0～1.5 m。

3 施工方案的選擇

根據工程地質條件及水文條件，本工程地下水位高，且地層基本為軟土層，第1道預應力錨索施工位置為雜填土，第2道及第3道錨索位置基本為流砂層及粉砂夾淤泥質粉質黏土層。由于A1基坑預應力錨索需打孔埋設到A2基坑中，A1基坑前期通過降水井將水位下降至預應力錨索施工作業面以下，但A2區基坑降水井未打設，水位較高，在第1道預應力錨索施工時采用單套管鉆進成孔法進行施工，鉆孔完成后套管和土層之間有地下水滲漏現象。

基坑開挖至第2道錨索時，采用上述方法進行施工時，在打孔過程中管內及管壁處發生明顯流砂現象，成孔后無法進行錨索施工。通過檢測發現，壓頂梁位移在不斷增加，且土體測斜已超過預警值，后根據現場實際情況停止鉆進，對土體位移明顯處進行回填壓實處理。后經具體分析，原因為該區域地下水位較高，且該地層為流砂層，土體在地下水作用下具有明顯的流動性，采用單套管成孔施工在鉆孔過程中由于機械不斷鉆進擾動土體再加上地下水水頭影響，導致砂土在鉆進過程中不斷從管內和套管外壁處排出，導致管末端水土不斷流失，從而對基坑變形產生不利影響。

針對上述問題，決定在A2區打設降水井降低地下水位，同時采用單動力頭雙套管水循環鉆進方法成孔。通過降低地下水位，使流砂層排水固結，增加土體顆粒之間的黏聚力和摩擦力，提高土體的強度。

同時采用雙套管鉆進技術[1]，保證即使在地下水位未降到理想狀態的情況下，也能有效避免砂土顆粒隨地下水從套管中和管外壁涌出，從而保證鉆進成孔質量以及預應力錨索能夠順利入孔進行后續作業。

4 施工工藝方法

本工程采用雙套管鉆機可在流砂層及淤泥質粉質黏土層中成孔，外套管首節管為帶牙套管，可入巖，針對該特殊地層采用液壓回鉆（外套管）和沖擊（鉆桿）雙作用鉆進，成孔過程中伴隨使用污水泵（采用夾帶泥漿的污水進行護壁）進行清渣，外套管與鉆桿可同步鉆進一直達到設計深度。施工工藝流程如下。

4.1 確定孔位

根據設計圖紙要求確定錨索對應的平面位置及標高，對應位置如圍護鉆孔灌注樁排樁施工間距大小不一或排樁發生偏位，采用開孔器提前開孔后再行鉆進。

4.2 安設鉆機、加雙套管

根據錨索標高位置平整場地，按照圖紙設計要求的標高及平面位置安裝設備，調整好鉆機傾角，鉆桿和套管夾具對準開孔位置。

鉆孔時孔徑150 mm，鉆孔定位誤差控制在20 mm以內，孔斜度誤差小于2°。安裝高壓水泵，將水管接通，保證出水管與鉆機上進水管保持連通。安裝首節套管和首節鉆桿，鉆桿和套管前端帶有牙套鉆頭，端部為絲扣連接，將鉆桿和套管組裝好，裝到鉆機上，前端鉆頭對準孔位，開始鉆進。

4.3 注水鉆孔

利用機械動力頭回轉帶動雙套管鉆進，通過外套管和鉆桿同步鉆進，當遇到流砂層和淤泥質軟土層時采用液壓回轉鉆進（如遇到軟硬土層或者砂卵石層可采用液壓和沖擊鉆共同作用鉆進），同時配置高壓清水泵，土層在高壓水頭及鉆機鉆進過程中高速旋轉將土體帶出成孔，過程中產生的廢泥漿從孔底排出。

泥漿通過鉆桿和外套管之間的縫隙排出，當泥漿將鉆桿和外套管間縫隙堵塞時進行適當沖擊，可通過拆除外套管，利用鉆桿往復鉆進，將泥渣清除。第1節鉆桿到位后，將套管與動力頭松開，前后通過鉆桿清渣，待鉆桿與動力頭處無泥漿后將鉆桿和動力頭旋轉松開。重復上述程序，不斷添加外套管和鉆桿直至鉆至設計深度，內套管超鉆1～2 m，保證空地沉渣在設計孔深以外。

4.4 沖洗渣土、拆除鉆桿

鉆至設計深度后，先對孔底沉渣進行清孔，隨后清洗外套管和鉆桿，取出內套管，利用外套管對孔壁起到護壁作用。

4.5 一次注漿

清孔完成，拆除內套管，插入注漿管至孔底，開始注漿，注入提前拌制好的水泥漿液，水泥采用P·O 42.5水泥，水泥摻量為20%，水灰比為0.7，并摻入適當比例的微膨脹劑和高效減水劑。通過孔底開始注漿，可將孔底預留的泥漿及清水不斷置換出來（水泥漿相對密度大于孔內殘留泥漿相對密度），當孔口泥漿溢出時，再注漿1～2 min，停止注漿。注漿過程中對注漿壓力要及時控制，當地下水位過高水壓過大造成無法注漿時，應立即拔出外套管，減少漿液損失，及時封堵注漿孔，在二次劈裂注漿時進行補漿處理。

4.6 安裝錨索

將提前制作好并經檢驗合格的預應力錨索放入孔內。進行二次注漿時，注漿管距孔底0.5～1.0 m，錨固端每隔2 m注漿管開設φ10 mm的注漿孔，呈梅花形布置，注漿管管底及注漿眼采用膠帶進行包裹密封，二次注漿管外露長度為1 m。

4.7 拔出外套管

錨索安裝完成后拔出外套管，逐節拆除，如拔出不順利時可邊旋轉邊拉出，控制拔管速度。每拔除2節套管時對孔內進行一次補漿，確保管內水泥漿液的密實度，直到最后一節套管拔出后做最后補漿，在拔出套管過程中錨索有被拉出現象時，在錨索端頭安裝小直徑圓木或者其他裝置，利用鉆機動力將錨索回頂到原位。

4.8 二次注漿

在第1次注漿完成后，為保證錨索的錨固端強度，在首次注漿完成后4～5 h進行二次劈裂注漿，便于將第1次注漿時形成的具有一定強度的錨固端沖開，將水泥漿液在高壓作用下壓入孔內土體中，更好地將錨索固定在土層中。

注漿水泥性能同首次注漿，劈裂注漿需控制以下要點：二次劈裂注漿注漿壓力控制在2.5～5.0 MPa，注漿量控制在30 kg/m，注漿孔位置出現冒漿現象。滿足上述三個條件其中之一即可終止注漿。二次注漿完成后1～2 min后封堵注漿管管口。

4.9 腰梁制作、預應力張拉、錨固鎖定

預應力錨索設置在腰梁標高，并錨固在腰梁上，腰梁采用雙拼工字鋼腰梁，腰梁與圍護樁間采用強度等級為C35的細石混凝土填充密實，保證圍護樁與腰梁之間有效傳力。

錨固體水泥漿液強度達到15 MPa并達到設計強度的80%后進行張拉鎖定。

錨索根據設計張拉應力分級進行張拉，控制錨索的彈性和塑性變形，對張拉數據進行詳細記錄，并繪制錨索荷載和位移曲線以及彈性和塑性位移曲線。張拉至設計應力后進行鎖定，通過壓力監測，如發生應力損失情況，應及時進行補張拉，最后封錨端頭。

5 雙套管施工優越性

采用上述施工工法后，通過對施工過程中整個環節的觀察以及最終基坑圍護變形的監測以及預應力監測，泥漿未從注漿孔溢出且基坑變形在允許范圍內，未發生基坑變形預警，預應力錨索應力未發生應力損失，整體施工取得的效果十分良好。進一步證明了雙套管預應力錨索施工技術在流砂層及淤泥質軟土層中施工的優越性及可行性。

施工機械為履帶式液壓雙套管鉆機，行走方便，場地平整完成后即可施工，對地基承載力要求不高，節省了大量的準備工作時間，降低工作強度。

在成孔后清孔過程中，采用清水清孔，有效避免了對周圍環境的影響，體現了綠色施工理念，采用雙套管護壁，不僅保證了水泥漿液中不夾帶泥砂，也有效保證了成孔，最終確保了錨固體的強度和穩定性能[2]，提高了基坑的安全性能，有效避免了基坑外部土體不均勻沉降以及地面裂縫的產生。

6 結語

面對國內航站樓及大型基坑工程，針對地下水位高、水量豐富軟土地層，特別對流砂層及粉砂層和淤泥質土層等地質條件下預應力錨索支護形式，采用雙套管鉆進技術是非常高效且操作簡單的施工方法，通過使用該施工工法，取得了非常好的施工效果，且能夠最大限度地減少對周圍環境的影響，加快施工進度，提高施工質量，體現了其經濟性，節約了施工成本，具有十分廣泛的意義。該工法是在深基坑圍護設計施工中適用于高地下水位下流砂層及淤泥質軟土層中值得推薦的施工工法，為深基坑施工提供了更好的參考范例。