大噸位可回收式旋噴擴大頭錨索在軟土地區的應用

王 輝 李長江 李和濤 龍 云

中國建筑第二工程局有限公司 四川 成都 610016

大噸位可回收式旋噴擴大頭錨索是一種采用旋噴擴孔而形成的擴大頭新型錨索，采用高壓旋噴原理在擴大頭一端長度范圍內用水泥漿進行切割擴孔，置換填充水灰比較小的水泥漿而形成一個圓柱狀的擴大頭。大噸位可回收旋噴錨索是一種新型的錨索，適用于軟土地區深基坑和大基坑樁錨支護體系[1-5]。

可回收式旋噴擴大頭錨索在國內應用較少，工程實踐較少。結合工程實例，對新型膨脹頭錨索在軟土地區深基坑樁錨系統施工中的應用進行闡述和總結，為軟土地區類似深基坑工程提供參考。

1 工程概況

某深基坑工程地下3層，存在大面積軟土區域，錨索設計為3排，最大成孔深度達38 m，擴孔段8 m，最大承載力標準值為750 kN。其中，第2排、第3排錨索受力較大，采用旋噴擴大頭錨索技術。

2 施工工藝

2.1 工藝原理

錨索采用可回收式壓力型錨索，工廠化生產加工。成孔采用套管跟進式和旋噴擴孔結合，注漿采用孔底返漿法，二次注漿工藝，第1次采用注漿管注漿，第2次采用高壓注漿。錨索在地下室回填時完成換撐和鋼絞線回收。

2.2 操作要點

2.2.1 錨索選型

選用市場上使用廣泛、可靠的產品進行施工，在原有產品的基礎上進行改進和優化設計，確保產品100%回收，應力可靠。根據錨索承載力大的特點，選用壓力分散型錨索。回收裝置集成在錨頭內，每根鋼絞線設1個支承體，4根錨索設4個支承體，相鄰支承體之間的機械連接采用剛性材料，從而提高錨索承載架的整體性能。錨索由廠家制造，部分拼裝現場連接。

2.2.2 成品錨索進場驗收

錨索進場后，堆放場地應便于工人搬運，并允許機械配合搬運。現場應設專人監護錨索堆放，防止人為損壞和污染。成品錨索必須按不同材料存放，并設置成品標識牌。

錨固段每隔1.0 m、自由段每隔1.5 m設1個架線環，用鍍鋅鐵絲綁扎牢固；注漿管布置在架線環的中間，其中二次注漿管隔1.0 m布置1個注漿孔洞，并用膠帶密封。

錨索加工總長度應符合設計要求，總長度＝錨索設計長度＋外露張拉長度1.5～1.8 m（以樁外皮為準）。

壓力集中型必須明確標記非工作錨索，壓力分散型必須標記錨索分級的情況，經驗收合格后，方可使用。

2.2.3 錨索工作面土方開挖

錨索工作面土方應分層分段開挖，嚴禁超挖，并按一層土石方一層錨索的節奏施工。每層錨索工作面開挖長度不大于30 m，開挖至錨索標高以下500 mm。及時完成錨索、噴錨支護施工，縮短無支護暴露時間。

2.2.4 放線定位

現場測量放線人員按設計要求放線，用經緯儀在坡面上確定每根錨索的控制線，用水準儀測量每個錨索孔位的標高，并噴涂紅色油漆進行標記。

2.2.5 鉆機就位

鉆機運行路線鋪設寬10 m、厚60 cm的磚渣，局部軟土層加厚20 mm鋼板，保證鉆機平穩運行。鉆機應安裝牢固，用錨索機指針測量鉆桿角度，控制誤差在±3°以內。

2.2.6 泥漿制備

旋噴擴大頭錨索成孔過程采用純水泥漿，水灰比為1.0；普通孔徑錨索采用泥漿濕作業成孔，泥漿密度應按照土質情況進行調整。鉆機施工前，鉆機與支護樁之間要形成環形截水溝，以便于泥漿（水泥漿）的收集。在黏土中鉆進時，采用膨潤土造漿。在較厚的砂層、泥炭土中鉆進時，添加鈉基膨潤土制備泥漿，并對不符合稠度要求的泥漿進行更換，及時補充新鮮泥漿。

本工程選用優質鈉基膨潤土人工造漿，同時為了保證在鉆進過程中泥漿的性能指標，在造漿的過程中可適量添加Na2CO3等外加劑，來改善黏土水化分散性能，降低泥漿失水量。施工時應注意控制泥漿相對密度、黏度、含砂率、pH等指標，以確保泥漿相對密度為1.05～1.25、黏度18～25 s、含砂率小于4%、pH為8～10。

采用優質鈉基膨潤土配制泥漿，并摻入體積分數為泥漿液0.003%的聚丙烯酰胺絮凝劑。每立方米水所需要的膨潤土質量為80 kg。對于不能回收利用的泥漿，采用密閉式泥漿罐車外運。截水溝上部設置寬1.2 m的竹或木跳板，以便于安裝錨索時人員站立。

2.2.7 旋噴擴孔

4束鋼絞線擴孔長度為5 m，6束鋼絞線擴孔長度為8 m，擴孔直徑均為500 mm。鉆頭使用高壓旋噴鉆頭，旋噴擴孔壓力為20～25 MPa，鉆桿提升速度為0.20～0.25 m/min，高壓旋噴擴孔至少往返2次（現場5 m擴孔長度按100～125 min控制，8 m擴孔長度按160～180 min控制），水泥漿流量為70～80 L/min，旋噴擴孔至錨索設計深度增加0.5 m，完成后拿出鉆桿，再次跟進套管至設計長度。

2.2.8 錨索安裝

錨索安放時，由裝載機和人工配合將成品錨索轉運至孔位，對鉆孔重新進行通孔檢查，對坍孔和掉塊進行清理。

安裝前錨索隱蔽驗收必須合格，再次對錨索體進行詳細檢查，特別是對錨索編號和孔號進行核實，對損壞的配件進行修復和更換。推送錨索時不得使錨索扭壓彎曲，用力要均勻一致，防止在擠壓等過程中解鎖錨索，造成錨索失效。對所有壓力分散型錨索的外露端做出明顯標記。

2.2.9 錨索一次注漿

1）錨索注漿使用的壓力表必須經標定合格后使用。

2）錨索注漿采用事先預留的高壓注漿管注漿的方式，通過注漿管注入水泥漿，直至孔口返漿。注漿時應慢速連續注漿，直至鉆孔內的水及雜質被置換出孔口，孔口流出水泥漿濃稠為止。注漿前應檢查每根鋼絞線是否松脫。

3）錨索注漿采用純水泥漿，水泥選用P.O 42.5，水灰比0.45～0.50，漿體強度為M30，全段200 mm的普通孔徑錨索注漿水泥總用量不少于100 kg/m（根據現場土質情況，在100～150 kg/m之間進行動態調整），旋噴擴大頭錨索的水泥用量為250～300 kg/m。為保證漿體的早期強度，添加0.05%的三乙醇胺早強劑和聚羧酸高效減水劑。

4）第1次注漿壓力為0.5 MPa。

2.2.10 錨索二次注漿

二次注漿采用事先預留的高壓注漿管注漿，漿體參數與第1次注漿相同。待第1次注漿3～4 h后，進行第2次注漿，壓力應不大于1.5 MPa。本工程二次注漿比普通錨索的注漿時間相對提前，且壓力較小，目的是避免壓力過大導致錨索套管破裂后水泥漿灌入，而引起后期錨索難以回收的問題。采用此種方法，后續的承載力檢測和回收效果均較好。

2.2.11 錨索張拉、鎖定

1）錨索注漿體強度大于15 MPa并達到設計強度的75%（一般為注漿后12 d），腰梁抗壓強度達到25 MPa后，方可進行錨索張拉。分層分段張拉的錨索完成后，方可進行相鄰土方的開挖。

2）錨索張拉使用的千斤頂和進油、回油壓力均應在標定合格后，方可使用。張拉人員上崗前應經過嚴格培訓，并持特種作業證件上崗。

3）壓力分散型錨索按設計要求分別對單元錨索進行預張拉，預張拉拉力值應取0.1～0.2倍的軸向拉力標準值，以此消除在相同荷載作用條件下因自由段長度不等而引起的彈性伸長差，再同時張拉各單元錨索。正式張拉時，應張拉至其設計鎖定值的1.05～1.10倍進行鎖定。每張拉一次均應測量錨索（桿體）的伸長值，并做好原始記錄。可回收錨索長度不應小于1.2 m，因此不必在末端封錨。

2.2.12 錨索試驗及檢測

1）至少應在施工前1個月進行錨索漿體配合比試驗，同時應測試所需外加劑的摻量和2種以上外加劑的相容性。

2）對錨索注漿體強度應進行檢驗，制作70.7 mm× 70.7 mm×70.7 mm的試塊，以28 d標準養護條件強度作為漿體強度評價依據。試塊的制作每30根錨索不應少于一組，每組不應少于6個試塊。錨索張拉前，制作部分同條件試塊用于確定本項目錨索張拉時間對應的強度數值。

3）錨索抗拔承載力檢測試驗數量不應少于錨索總數的5%，且在同一土層中的錨索檢測數量不應少于3根。檢測錨索應采用隨機抽樣的方法選取。抗拔承載力檢測值與軸向拉力標準值的比值應≥1.4，當檢測錨索不合格時應擴大檢測數量。

2.2.13 可回收錨索換撐

本工程基坑待頂板施工完之后，進行土方回填，回填過程中自下而上，每回填一層土方設置鋼筋混凝土換撐板，然后回收錨索。具體流程為：基礎底板處，底板與支護樁間澆筑厚1.0 m的C15素混凝土，澆筑養護5 d后，進行最下排錨索回收施工→繼續進行土方夯實回填至上排錨索位置下500 mm，進行該排錨索回收→地下4層樓板頂與結構板齊平位置下設置厚200 mm的鋼筋混凝土換撐板（混凝土強度同樓板），寬度2 000 mm，間距4 000 mm→繼續回收錨索、回填土方及設置換撐板至地下3層樓板頂標高（支護樁頂）。

2.2.14 錨索回收

回收時不需要專用設備，采用單索千斤頂將錨具收回，用手將鋼絞線推到底，順時針轉動1～2圈，然后用力拉動鋼絞線，使整個鋼絞線能被拉出。

用千斤頂分別對鋼絞線進行加載，使之脫離固定臺座，即可回收。錨索回收施工程序如下：

1）裝上支架、穿心式油壓千斤頂、回收錨具及夾片等。

2）完成安裝后開啟千斤頂加載，使錨頭有松動及2～3 mm的浮起，然后加載。

3）在支架上安裝錨頭夾片的回收墊片，重復步驟1后開啟千斤頂加載，使錨頭處的夾片脫落，千斤頂卸載，取走錨頭。

4）將支架取走，用專用夾鉗夾住鋼絞線，逆時針旋轉一圈半解鎖，人工將錨索單根分別拔出。

5）重復步驟4，直至將所有錨索拔出。對拔出的錨索進行詳細檢查，若可二次利用的則須妥善保管。

3 質量控制

3.1 鉆機就位質量控制

鉆機就位時鉆頭應對準孔位，鉆桿入孔角度應滿足設計要求，鉆機臂上帶有角度刻度尺，可以直接讀數控制入孔角度。

3.2 成孔質量控制

成孔質量主要是孔徑、孔深、角度，施工過程應按照設計要求嚴格控制，孔位允許偏差±50 cm，傾斜度及方位角允許偏差為±3°，孔深需超過設計長度500 mm。

3.3 一次注漿質量控制

錨桿下放后，應立即按設計配合比進行灌漿。灌漿前，應檢查灌漿設備、灌漿管是否完好、暢通。管道連接后，可用清水進行壓注檢查，保證設備和管道的正常運行，無漏漿、爆管等問題。

注漿采用孔底反注漿的方法，全斷面一次灌注，防止長時間停灌。實際灌漿量一般大于理論灌漿量，以孔口濃漿溢出量為灌漿終止標準。若發現孔口漿液表面脫落，應在30 min內進行2～3次孔口灌漿，保證孔口漿液飽滿。

3.4 二次注漿質量控制

二次注漿采用雙控法，應同時滿足設計注漿量和設計注漿壓力的要求。

3.5 張拉質量控制

錨桿張拉分4級進行，每級荷載分別為鎖定拉力的25%、50%、75%、100%，然后再超張拉1.1～1.2倍，每級需要持荷5 min、超張拉持荷10 min，并分別記錄每一級錨桿的伸長量，在每一級穩定時間內必須測讀錨頭位移3次。張拉后若發現有明顯的預應力損失，應及時進行補張拉。張拉穩定后，卸荷至鎖定荷載并鎖定錨桿。

3.6 回收質量控制

在張拉或檢測時不能拉動回收索，需在專業人員指導下進行錨索的施工或檢測，以防鋼絞線彈出發生意外。

4 結語

大噸位可回收旋噴錨索在軟土地區深基坑工程中得到了成功應用，大大提高了錨索的承載力，降低了錨索長度增加所帶來的施工難度，可以解決砂層坍孔、錨索承載力不足等問題，具有良好的綠色施工效果。