某復雜地質深基坑預應力錨索施工效率的應用研究

楊得富

廣州工程總承包集團有限公司 廣東 廣州 510300

1 工程概況

1.1 基坑設計概況

該項目含3層地下室，基坑開挖深度約14m，基坑開挖邊線長度359.06m，基坑開挖面積7952.35m2。基坑支護結構主要采用樁撐體系+樁錨體系。其中，基坑FG段采用灌注樁+四道錨索支護，CD段采用灌注樁+內支撐+三道錨索支護，其他部位均采用灌注樁+內支撐的支護形式。

本項目錨索設計為預應力擴大頭錨索，錨索總數為163根。

其中FG段為豎向分布的四道錨索，單根錨索的長度為28m，其中自由段10m，錨固段18m，錨固段中擴大頭為8~10m，共計104根。

其中CD段為豎向分布的三道錨索，單根錨索的長度為33m，其中自由段10m，錨固段23m，錨固段中擴大頭為13~15m，共計59根。

1.2 周邊環境

項目東側為光明變電站，距地下室邊線最近處4.31m；項目西側為已建道路及某居民小區，地下室邊線距道路4.8m、距小區支護結構26m。項目基坑深度達14m，基坑東側CD段采用樁撐+錨索支護，其中錨索主要用于支撐拆除時的換撐作用；基坑西側FG段采用樁錨支護。根據地勘報告，本項目地下水埋深較淺僅為0.22m~1.40m；地下水位較高。在周邊環境如此復雜的情況下進行錨索施工，如若錨索日均成孔數量難以保證，一旦基坑在錨索施工期間長期出現漏水、漏沙現象，將會嚴重影響施工進度、無法按期完工，甚至導致重大的安全事故及經濟損失。項目航拍圖，如圖1所示[1]。

圖1 項目航拍圖

圖2 錨索鉆機普通擴孔鉆頭

1.3 地質情況

根據勘察單位提供的《勘察報告》，本工程所在地質條件是：地基土主要由雜填土（Q4ml）、第四系沖積層、殘積層土（Q4al+el）及下伏基巖（γ）花崗巖組成。其中淤泥質土層厚6.5m~11.8m，粉細砂層厚2.2m~10.1m。

場地地下水有兩類，一類是賦存于第四系沖積層土中的孔隙水，主要含水層為(②-2)粉細砂層，地下水水位的升降主要隨降雨量的大小而變化。另一類是賦存于下伏基巖花崗巖中的裂隙水,與大氣降雨關系不大，主要通過周邊河流、溝溪的補給。場地實測鉆孔穩定水位埋深為0.22～1.40m之間。經分層量測，各含水層的地下水位基本一致。場地地下水位埋藏較淺，地下水含量豐富。可見，地下水位高對錨索施工有較大的影響，進而影響錨索的施工。

1.4 施工要求

本工程因錨索均為豎向多道分布（CD段豎向三道，FG段豎向四道），錨索施工前需先進行土方開挖，錨索施工后需進行腰梁施工，待腰梁完成，且錨索內的注漿固結體強度達到設計要求后，方可張拉鎖定，而后土方開挖至下一層錨索位置，由此導致的施工技術間歇耗時較長。錨索施工流程示意如下。

施工準備→測量放點→鉆機就位鉆孔→插入帶旋噴頭和錨索的鉆桿至孔底→自下而上對錨固段擴頭旋噴擴孔注漿→拔除旋噴鉆桿、旋噴頭→施工冠梁 或腰梁→錨索施加預應力→封錨與錨頭防護處理→ 驗收。

1.5 施工操作技術要點

錨索每2000mm設Φ100硬塑隔離架定位環，自由段外表涂一層黃油外套Φ110mm塑料波紋管；錨索注漿材料采用普通硅酸鹽水泥 P·O 42.5R，水灰比為 0.4～0.6。采用二次注漿工藝，第一次采用常壓 0.4～0.6 MPa，4～5 小時后進行第二次注漿，壓力要求在2.0～5.0 MPa之間。采用鉆機成孔，水泥漿清孔或風機清孔，由于存在容易塌孔地層，采用全程套管跟進保護成孔。

2 現狀調查

基于基坑開挖深、地下水埋深淺且含水量豐富、含水砂層的滲透性很大，錨索日均成孔數量、質量大大受影響，工期越長其錨索施工過程中存在漏水、漏沙的風險也急劇加大。本項目部依據施工進度計劃要求，統計了8天時間錨索施工情況，共施工了19根，日均預應力錨索成孔數量為2.38根，對施工進度嚴重不滿足。根據對現場施工情況的調查分析，通過現場觀察錨索施工的工序及耗時情況，編制了“錨索成孔效率調查表”。如下表1。

由上表可知，影響錨索施工工效的主要工序為“鉆孔成孔”。

3 原因分析

3.1 原因關聯

針對“鉆孔成孔”、“錨索安裝”兩個主要影響因素，運用“頭腦風暴法”，從人、機、料、法、環、測六個方面進行原因分析，并繪制出了關聯圖。如下表2末端因素統計表。

表2 末端因素統計表

3.2 要因分析

1）施工人員對圖紙要求不了解

現場錨索施工班組人員共10人，對全體錨索班組人員進行錨索技術參數考核，經統計成績合格5人，不合格5人。通過分別讓合格與不合格兩組人員分別進行錨索施工，并將兩組人員施工范圍內的錨索日均成孔數量情況進行統計，結果為合格組日均成孔3.3個，不合格組日均成孔2.0個，差異為1.3。因此，對圖紙要求不了解對錨索日均成孔數量的影響程度較大，為主要原因。

2）鉆頭不合適

錨索現場鉆孔施工發現，由于項目現場地質情況復雜，且砂層和黏土層間可能夾雜部分巖層，普通鉆頭在鉆進至復雜地層進行擴孔時，速度明顯變慢，鉆渣明顯含有破碎巖石，擴孔不均勻導致錨索入孔困難，鉆頭也易出現損壞的情況。

為了調查鉆頭擴孔情況對錨索日均成孔數量的影響程度，通過對不同地質鉆進時成孔數量情況進行調查，對其日均成孔數量情況進行統計，統計結果如下所示，復雜地質下擴孔日均成孔數量1.33個，均勻地質下擴孔日均成孔數量3.5個，鉆進時擴孔順利與否的錨索日均成孔數量差異為2.17，差異較大。因此，鉆頭不滿足施工需求對錨索日均成孔數量的影響程度較大，為主要原因[2]。

3）未引孔

由于項目支護結構采用了樁錨結構，支護樁采用φ1200@1400的旋挖灌注樁，后設置有φ850@600三軸攪拌樁止水帷幕，根據設計圖紙可以發現，相鄰灌注樁之間的間隔僅為200mm，加上三軸攪拌樁止水帷幕固結土體增加強度以及灌注樁施工過程中可能發生輕微擴孔，導致實際的樁間間隙更小、強度更大。因此，部分樁間間隙較小的錨索在未引孔時可能出現鉆進速度慢、鉆進困難的問題。

現場采購了定制引孔鉆頭后，為了確認是否引孔對錨索日均成孔數的影響程度，分別對鉆前有引孔和未引孔的日均成孔數量情況進行調查統計，統計結果如下。鉆進前引孔日均成孔數量3.75個，鉆進前未引孔日均成孔數量2.38個。鉆進前引孔與否的錨索日均成孔數量差異值為1.37，差異較大。因此，錨索鉆進前未引孔對錨索日均成孔數量影響較大，為主要原因。

4 對策實施

4.1 加強技術交底

項目部請設計負責人、項目技術負責人針對性的對本項目錨索的工藝、技術參數及重難點對施工作業人員進行詳細交底，同時依現場實際情況調整優化了錨索施工方案。要求現場施工管理人員管控時，嚴格按照圖紙及方案要求，分節點驗收后才可進入下一道工序施工。

對策目標驗證：

對策實施后，施工作業人員對錨索施工工藝的質量控制點都已比較清晰，嚴格按照設計及方案的要求施工，上道工序經施工人員及各方驗收合格后才能進入下道工序的施工。

同時施工作業人員進行交底內容考核，考核內容包括施工工藝流程及施工要點等，考核結果如下：90-100分3人，占比30%；80-90分7人，占比70%。

通過分析，能夠滿足現場施工要求。通過對施工作業人員的重新技術交底能夠讓施工人員熟練掌握相關施工要點，交底考核合格率100%，對策目標實現。

4.2 更換機械擴孔鉆頭

根據現場需要配備機械擴孔鉆頭代替原有的高壓旋噴擴孔鉆頭，數量滿足現場施工需要。在遇到地質情況變化，或擴孔施工效率較慢時，及時更換機械擴孔鉆頭。如下圖3 所示。

圖3 新配備的機械擴孔鉆頭

對策目標驗證：

對策實施后，現場錨索施工時遇巖層100%采用機械擴孔鉆頭，錨索施工速度在遇巖層時未見有明顯變慢。機械擴孔鉆頭在復雜地質條件下較為順利，錨索入孔時未遇阻礙，錨索完工后進行拉拔試驗的試驗值也滿足設計要求的錨索拉力值。對策目標實現。

4.3 在支護樁間隙小位置施工錨索時采用引孔

施工前，對于灌注樁間隙較小的錨索在鉆進前先采用引孔鉆頭進行引孔。如下圖4 所示。

圖4 引孔

通過采用更換引孔鉆頭對灌注樁的樁間間隙較小的錨索位置進行引孔的方式，確保鉆進前100%引孔，使得在支護樁間隙較小位置施工錨索時也能夠保持正常的鉆進速度，對策目標實現[3]。

4.4 施工成效檢查

通過此次對基坑CD段、FG段錨索施工數量的統計，可以發現在采取措施后，預應力錨索日均成孔數量明顯有所提高，為5.17根和5.33根。大大提升了項目施工進度。

5 結語

綜上所述，本工程深基坑預應力錨索日均成孔數量由2.38根，通過采用加強技術交底、不同地質采用合適機械擴孔鉆頭、開孔前先引孔，最終預應力錨索日均成孔數量提高到5根以上，在實際應用中取得超過預期的效果，提高了施工效率的同時，是對傳統工藝的重要補充，是一次技術質量創新優化，拓寬了常規錨索施工技術范圍，具有指導意義和推廣價值。