地鐵明挖基坑施工中大直徑自進式錨桿的應用

蔣 斌

（中鐵十九局集團第六工程有限公司，江蘇無錫 214000）

0 引言

現代工程建設中，大直徑錨桿施工技術為典型的支護形式，因其具有施工周期短、支護效果可靠等特點而獲得廣泛的應用。為充分發揮出該項施工技術的應用優勢，需要立足于實際情況，按特定的思路有序施工，加強質量控制，構筑安全可靠的支護結構體系。

1 工程概況

某地鐵明挖車站工程，基坑長約130.35 m，標準段寬22.8 m，開挖深度約19.5 m。通過樁撐和樁錨相結合的方式，共同組成完整的圍護結構。地鐵車站施工現場以第4 系素填土居多，易失穩；地表下方含粉質黏土、砂礫、花崗巖（有強、中、弱風化3 種狀態）等多重地質。

在基坑施工中，使用到Φ800@1200 mm 灌注樁，支護結構含兩部分，其中第1 道為鋼筋混凝土支撐，除此之外的其他部分均為錨桿（索）支護結構。土層加固中，使用到73/59 mm 自進式錨桿，長度視現場情況而定（18～24）m，水平、豎向的間距分別為2.4 m、2.5 m，外插角15°；巖層加固中，則將預應力錨索作為關鍵的加固材料。

2 大直徑自進式錨桿的應用優勢分析

項目施工受現狀建（構）筑物、斷面形式等多重因素的制約，采取的是可控性更佳的明挖法。圍護結構形式方面，以樁錨支護為宜，原因在于其具有受力條件良好、施工便捷、成本低等多重應用優勢。此外，縱觀行業發展趨勢，在地鐵明挖車站深度持續加大的背景下，錨桿的應用優勢也逐步顯現，所用錨桿的長度及直徑可以根據實際情況靈活增加，適用范圍更廣[1]。

錨桿支護結構與圍巖共同作用，可構成完整的結構體系，用于解決圍巖易失穩的問題，從而提高基坑的整體穩定性。根據最大水平應力理論分析，受最大水平應力的影響，圍巖的狀態受擾，伴有層間錯動現象，進而作用于基坑，導致基坑呈現出不同程度的變形。應用錨桿，可以約束沿軸向巖層剪切錯動，阻止其發展趨勢。在工程中，應用錨樁支護的優勢主要有以下4 點：

（1）充分發揮出樁及大直徑錨桿在強度、剛度方面的優勢，從而優化受力條件。

（2）錨桿支護的施工較便捷，可在短時間內高效完成相關工作，給后續施工爭取更充足的時間。

（3）自進式錨桿的工藝先進，即便在軟弱地層中也依然具有可行性。

（4）基坑內部結構的完整性較好，可提供充足的空間來規避因倒換支撐而導致安全隱患劇增的問題。

3 大直徑自進式錨桿的構造

大直徑自進式錨桿含自進式桿體、合金鉆頭、錨固端頭等多個部分。桿體外表全長，可根據需求用套筒連接加長，施工具有靈活性；極限拉力達到700 kN，可有效優化受力條件。

4 施工工藝

（1）貫徹“時空效應”理論，按照“縱向分段、豎向分層”的方法有序施工，采取先撐后挖的理念，從而保證施工的安全性以及結構的穩定性。

（2）縱向5 段、豎向9 層，按順序依次開挖土石方。

（3）各層土方開挖施工期間，每到達錨桿以下50 cm 處時，隨即組織錨桿鉆進、注漿等相關工作。

4.1 工藝流程

工藝流程為：測量放樣→鉆機就位→鉆進→連接桿體→檢查（具體考慮的是錨桿的尺寸、形態等指標）→安裝止漿塞和墊板→制漿→注漿→封口→清理→端頭錨固。

4.2 施工方法

4.2.1 錨桿參數

選用的是無縫鋼管，于桿體上按照（100～150）mm 的間距依次布孔，作為注漿孔而使用。施工期間，高壓細流噴射漿液的作用力較強，易導致深基坑圍護結構受損，因此需加強對錨固端頭3 m 以內桿體的防護，即該處不設置注漿孔。

從受力的角度來看，錨桿需承受大量的拉力，為充分發揮出錨桿在力學方面的應用優勢，需密切關注錨桿形成的固體樁的強度，待該值提升至設計值的80%后，及時組織對錨桿端頭的封口固定作業。

4.2.2 測量放線

全面的準備能夠給正式施工創設良好的條件。以設計圖紙為準，由專員測量放線，并于關鍵點位處設置標識，作為后續施工的參照基準。錨桿定位時，水平向、垂直向的誤差分別不超過±10 cm、±5 cm。鉆孔至指定深度后，需持續轉動（1～2）min，且相較于設計深度而言，實際鉆孔深度宜增加（50～100）cm。

4.2.3 正式鉆進

根據現場環境以及施工要求合理選擇鉆機型號以及鉆進方法。在施工條件均一致的前提下，相比于常規錨桿而言，錨桿鉆機輸出的動力約大2 倍。常規的錨桿鉆機運行性能有限，即便在最大扭矩狀態下，其能夠達到的鉆進深度也僅為10 m 左右，且鉆進效率偏低，難以滿足質量和效率的雙重要求。對此，項目配備的是綜合性能更佳的多功能全液壓履帶鉆機，并為之適配高壓柴油靜音空壓機，形成聯合作業的模式，此時的鉆進深度普遍可達到30 m 左右。

按流程需有序完成鉆進作業：①取用Ф50 mm 螺旋鉆桿，利用該裝置初鉆引孔；②在此基礎上，通過反鉆的方式退出螺旋鉆桿；③再轉為大直徑自進式錨桿，以便進入正式鉆進環節；④隨鉆進作業的持續開展，鉆進到位后壓漿，通過漿液的凝固作用有效加固地層以及土體，形成共同受力的綜合結構體系。

4.2.4 錨桿連接

錨桿分段，單個節段長度取3 m，鉆進期間適時停鉆，根據要求接長錨桿。桿體連接選用的是正反絲套筒，內徑73 mm、長100 mm，期間加強檢測與控制，保證桿體接長后軸線可重合。鉆進工作落實到位后，桿體外露量以（50～60）cm 為宜，以便后續可順利安裝注漿帽，并更為便捷地采取錨固措施。

4.2.5 注漿施工

注漿覆蓋范圍為桿體以及該結構周邊的錨固體，為保證注漿施工質量，采用的是二次壓力補償注漿的方法。首次注漿施工中，按照水灰比為0.38～0.45 的標準拌制水泥砂漿，強度30 MPa。加固現場的地層類型以粗砂和砂礫層居多，根據其地質特點，采取的是滲入式注漿法，注漿壓力（0.5～1）MPa，在壓力作用下使漿液有效填充至待加固的區域。

二次注漿施工可采用劈裂注漿法，材料為超細純水泥漿，水灰比0.45～0.55。二次注漿施工全流程中，共有2 次壓力峰值，在經過劈裂操作后，壓力有大幅度下降的變化趨勢，而隨著漿液的持續注入，錨桿周邊范圍達到相對飽和的狀態，壓力反彈，有大幅度的增加。注漿存在一定的擾動性影響，因此需加強對周邊現狀建（構）筑物的監測，利用監測數據指導施工，以免在注漿期間出現地面隆起或建筑受損等問題。

4.2.6 錨固

經過錨固體注漿作業后，及時監測漿液的狀態，在其尚未達到設計強度前需加強安全管理，不可出現隨意敲擊、振動等現象，待強度達到24 MPa 后，將鋼腰梁安裝到位。對于自進式錨桿力而言，其存在“圍護結構→鋼腰梁→錨固端頭→錨桿及加固體”的傳力路徑，因此需充分考慮各傳力點和傳力面的實際情況，如接觸面需具有完整性與密實性、受力方向具有合理性等。

4.2.7 桿體內力監測

在錨桿施工范圍內選取3 處具有代表性的典型斷面，分別對其展開錨桿內力監測工作。結果表明，在基坑開挖進程持續推進之下，錨桿內應力有波動增加的變化趨勢，各階段的內應力值不盡相同，其中以基坑開挖見底后3 d 左右最為顯著，內應力達到峰值，而在逐步施工結構底板時，該內應力趨于穩定。關于某斷面第1 道錨桿的內應力監測結果，如圖1 所示。

圖1 第1 道錨桿內力波動性增加監測值

5 結語

在地鐵明挖基坑施工中，通過大直徑錨桿的應用，可在短時間內形成完整的支護體系，其具有較好的支護效果，能夠創造安全的施工環境。重點對大直徑自進式錨桿的應用要點展開分析，希望所提的內容可作為類似工程的參考。