關于深基坑壓力分散型錨索施工技術的探究

張大偉

（山西三建集團有限公司，山西 長治 046000）

0 引言

該發電站采用“上大壓小”的方式對兩臺百萬千瓦機組進行了改造和擴大建設，其選址于城市邊緣的老電廠區域內，具體位置在濁漳河流域南側支流的東部第二級階地上。根據某市氣象站資料，某2×1000MW 電廠廠址土壤最大凍結深度為75cm。在計劃建設的廠房所在地，地下水源為地下孔隙潛水，而其補給則來自大氣降水的垂直滲透。在勘查區域內，水位的深度通常在1.50～6.70m，相應的標高范圍為909.4～913.8m。

本工程為D 標段2# 轉運站，基坑尺寸32.90m×20.40m、基坑深度25.70m，設計基坑底標高891.90m。2#轉運站的西側基坑長度為32.90m，其安全等級達到一級標準，而且支護結構的重要性系數是1.1。基坑支護采用排樁+錨索+1:0.75 放坡方式，腰梁為雙拼36a 槽鋼，長度合計134.4m。具體指：排樁指的是混凝土灌注樁排樁，排樁上部采用四道雙拼槽鋼腰梁，坑壁采用壓力分散型錨索固定，共四道，組合支護。該支撐體系復雜，共設置20 根排樁灌注樁，采用旋挖成孔混凝土灌注樁，設計樁長35.7m，樁徑1.2m，樁間距1.6m，C35 水下混凝土導管法灌注；基坑側壁植入44 根錨索，均為壓力分散型預應力錨索形式，錨索長度30m，錨固段長度20m；錨孔直徑150mm，設置φ15.20 鋼絞線，各錨固段分別設置2 根、4 根、6 根無黏結預應力鋼絞線；注漿材料為不低于25MPa 水泥漿，錨索采用二次注漿法，第二次為劈裂注漿；設計錨固力450kN，豎向間距4m，橫向間距1.6m。通過以上的做法，來解決了超深基坑的支護難題，同時滿足基礎周圍施工安全要求。

1 結構原理

使用多個承重面板及支撐板來構建壓力分散型的錨索結構，同時將無黏合鋼筋劃分為若干小組以與其相互連接。作為主導的聯接部件的是擠壓錨，需要對無黏合鋼筋進行分類切割，并在其末端清理掉PE 保護層和防腐涂層之后裝配承重面板，然后利用擠壓設備制作出擠壓錨頭的部分。總而言之，通過使用拉桿螺釘將承重面板和支撐板鏈接在一起，并將擠壓錨頭牢固地固定住，從而構成了一組錨頭。

無粘接鋼絞線作為壓力分散型錨索的主要框架，其中包含自由段和錨固段[1]。這種錨索時在不同長度的無黏結鋼絞線末端連接到穩定載體，然后通過注漿進行固化并按照特定規則分配荷載。

相應的鋼絞線模塊被張拉，其中錨孔深度的負載體將拉力轉變為壓力，這些壓力通過漿料傳遞到固定層，從而提供了穩固能量。錨索的壓力分散型是按照設計負荷和錨固單位大小來確定不同負荷，并且按照一定順序對其進行逐級張拉。

2 排樁組合支護形式

旋挖成孔混凝土灌注樁樁徑1.2m，樁間距1.6m，樁長34.7m，角部雙排樁樁長35.7m，嵌固段均為15m，樁體強度C35。錨索位于排樁之間居中布置，腰梁采用雙拼36a 槽鋼，槽鋼支撐于樁體的預埋鋼板之上，鋼板背后空隙填塞C20 細石混凝土至飽滿。雙拼槽鋼之間通過頂部綴板和底部綴板連接，接長通過連接鋼板焊接。

單根錨索張拉鎖定通過承壓板和錨具鎖定于腰梁外側，而腰梁則支撐于兩側的樁體上，形成一個單跨簡支梁。腰梁連接為整體連續布置，于灌注樁排樁組合，形成多跨連續梁。錨索產生的集中力分別作用于腰梁跨中，腰梁傳遞至支撐點的樁體上，通過這樣的組合支護，滿足了深基坑的設計要求。

3 壓力分散型錨索施工技術的先進性

選用壓力分散型預應力錨索進行深基坑支護方式，這種方法利用承載板和擠壓頭，主要讓錨固漿體受到加壓；隨著承載板總量的增大，內錨段的應力集中情況和峰值得以減緩并下降。此外，它還能充分利用地層潛在的負荷能力，從而提升錨固力[2]。

排樁組合支護，更利于受力的傳遞，該組合支護形式更適用于一類基坑的支護，更大區間的滿足抗力要求，施工便捷。同時采用混凝土灌注樁排樁支護，滿足樁體嵌固深度和基坑內外側最大彎矩要求。

壓力分散式錨桿具備較強的防腐特性和錨固能力，作業時，鋼絲繩用量少，且構造簡單，使錨固區域和錨固力明顯提升，從而擴展使用領域，降低了破裂巖體對鉆孔作業需求，大幅度削減了在建地區的挖掘與修整工程，使得施工步驟更加簡便、易行，地震抵抗效果良好。

4 施工工藝

4.1 工藝流程

壓力分散型錨索體制作工藝流程：施工準備→機械就位→孔位放線→孔位校正→成孔→清孔→植入錨桿→準備注漿漿液→一次注漿→二次注漿→腰梁制安→錨桿張拉鎖定→封錨。

4.2 操作要點

4.2.1 放線定孔位

在坑內的土層表面上采用水準儀定出孔位位置、間距，做好標記。

4.2.2 鉆機成孔

用專用錨桿鉆機，對準已放好的孔位，鉆成正確的設計孔深、孔直徑，經監理驗收合格后，方可后續施工。

4.2.3 鉆孔

采用套管鉆進。錨桿鉆孔的深度設計長度應大于等于設計長度且小于等于設計長度500mm；水平方向的孔距誤差不大于50mm；垂直方向的孔距誤差不大于100mm；鉆孔角度偏差不應大于2°。

4.2.4 擴孔

利用10～20 個大氣壓高壓泵的壓力作用，從鉆頭的底部和側邊供應注漿漿液，在高壓旋轉鉆頭的噴射過程中，作用在周邊土體和砂層上，使漿液滲入土中，充滿孔隙與土結成共同作用的塊體，提高土體強度。

高壓旋噴鉆頭和側翼噴嘴在動力推動下，逐漸向前推進，直至形成圖紙規定的深度和直徑，即獲得形成的錨桿孔。

擴孔步驟：①擴孔時，高壓噴射壓力控制在大于20MPa 范圍內，一般為20～40MPa；噴嘴移動速度為0～20r/min。②高壓噴射注漿的水泥宜采用P.O 42.5 級，水灰比宜為0.5，水泥摻量宜為25%～40%。③連接高壓注漿泵和鉆機的輸送高壓噴射液體的高壓管長度小于等于50m。④采用二次噴漿擴孔時，應自上而下，然后自下而上兩遍。⑤高壓旋轉鉆頭（噴頭）應均勻旋轉，均勻提升或下沉，由上而下或由下而上進行高壓噴射擴孔，噴射管分段提升或下沉的搭接長度大于100mm。⑥在高壓噴射擴孔過程中出現壓力不穩定時，應及時查找原因，以便找到解決方法。⑦如實記錄好各項記錄，反映實際生產現狀。

4.2.5 錨索組裝

（1）鋼絞線按照圖紙尺寸要求采用切割機下料，每股長度誤差≤50mm，鋼絞線按規律平直安放，間隔1.0～1.5m 設置定位器，錨索自由段[3]按設計要求進行處理。

（2）注漿管應放置在定位器正中，與錨索體綁扎牢固。注漿管距孔底的距離≤300mm。

（3）錨索的制作基于設計構造，使用隔離架作為集束。①每一根鋼絞線都以錨索孔底部作為對齊的標準。②按照規定，錨索注漿管應被插入索體中。從孔底的進漿管出口至錨索端部的間距不能超過200mm。保證注漿管暢通無阻，而且管路系統的抗壓值不得低于工程設計灌漿壓力的1.5 倍。③隔離架被用來將錨索鋼絞線與注漿管分隔開，各個隔離架的鋼絞線孔和注漿管孔應保持一致。通常，這些隔離架之間的距離在1.5～2.0m。④在作業時，索具需要保證鋼絞線的排列順暢且無扭曲。將鋼絞線和注漿管等捆綁成一束，并用12#鐵絲進行束線環的綁扎，每隔1.5～2.0m 一道。兩個隔離架應該被束線環牢固地綁定，鋼絞線應與隔離架緊密綁定。⑤按照規定，導向帽是由鋼管制造的，并且與錨索體保持著穩固和可靠的連接。⑥排列組裝好的錨索，擴孔停止后拔出鉆桿立即放入套管、擴孔內，安放時，防止桿體錨索變形，并確保錨索處于鉆孔中心位置，插入孔內深度不小于設計深度。

4.2.6 錨索注漿及二次劈裂

注漿材料為水泥漿，通常采用P.O 42.5 的硅酸鹽混凝土，水灰比為0.55～0.60。在完成一次性注漿時，一旦水泥漿液從孔口泄漏，應立即暫停施工，并且當液面下降時需要從孔口補充。對于錨索二次注漿[4]，其水灰比設定為0.55，同時，終止注漿所需的壓力不能低于1.5MPa。

對于預應力鋼筋的填充：初次施加的時候應該把所有的材料都放入其中，然后用最大值不超過500MPa，一次注漿完成后1h 內，進行補漿，保證漿體飽滿。注漿管材質為直徑4 分塑料管，注漿管上采用φ12 鉆頭開注漿孔，間距250mm，開孔后用膠帶或橡皮膜封堵。

作業前，首先保證輸入壓縮空氣以確保管道通暢無阻。接著，將漿料由注漿管輸送到孔洞中，并密切關注其排放和排出的情況。為了加速已進入的漿料的硬化速度及提升強度，利用屏漿技術，只有當流出的漿料密度與其輸入的漿料密度一致時，才可以實施屏漿操作。屏漿時的壓力設定在0.3～0.4MPa，如果吸漿速率低于1L/min，那么只需要屏漿約20～30min 就可以完成。

4.2.7 二次劈裂注漿

二次注漿管已經在錨索體制作時提前插入了承載板、隔離架的中心孔，注漿管頭部距離孔底60cm 左右。二次劈裂注漿在一次注漿完成8h 后進行，二次注漿壓力為1.5MPa。為保證送漿管與二次注漿管連接處不因壓力過大而崩開，采用在連接處外側增加套管的方法，并用螺絲緊固。調整水灰比為0.6，同時孔口處繼續塞滿水泥袋密封，保證劈裂效果形成球狀體。

4.2.8 張拉與鎖定

壓力分散型錨索張拉應在同批次錨索驗收合格后且承載構件注漿體強度滿足設計要求后進行，應按相關規范規定分級張拉；鎖定48h 內，應力損失超過10%時應補償張拉[5]；錨索張拉順序采用隔一拉一；錨索正式張拉前，按其20%的設計張拉荷載，預張拉1～2 次，使其與錨具接觸緊密，鋼絞線平直完好。

4.2.9 注意事項

（1）質量問題。①注漿時應派人時刻注意壓力表，防止壓力過高發生堵管，如發生堵塞，立即開展排查。②發生漿液涌出或流出時，采用堵塞串孔注漿或多臺泵注漿。③注漿完成后，及時清洗機具。

（2）安全問題。①注漿管在未打開風閥前，不可搬動，關閉密封蓋，防止高壓噴出物傷人；注漿管放置時應面對空曠場所。②張拉過程中，應確保在周邊安全的無人的區域施工，防止管路、油泵等發生意外，謹防爆裂、燃燒等現象。③施工人員要戴安全帽、掛安全帶，臺座四周和張拉平臺外側設設置安全網。

（3）綠色施工問題。①材料運輸中采用棚布遮蓋，所經過的施工場地道路經常灑水。②鉆孔注漿排出的廢水、廢漿經過過濾池，沉淀后再利用，并將沉渣運至指定的棄渣場所堆放。

5 項目實施效果及推廣前景

該方法較其他支護形式，縮短了施工工期、施工費用低，施工方便簡單。利用混凝土灌注樁排樁支撐結構來達到樁體固定深度及基坑內外的最大彎曲需求；使用錨索聯合保護措施，以預應力錨索為基礎，錨點能獨自調整承擔錨定部分的負載能力，并用二次注漿，確保錨索在高濕環境下符合錨固力要求。現階段，錨頭整裝單元的制造過程中的零部件精確一致，能夠保障錨索構造的質量，所以此種防護方式潛力巨大，不僅能大幅度降低人工成本，加速工程進度，而且會產生顯著的預期經濟效益與社會收益。

6 結語

通過此種錨索的支護，依賴于對其施加預應力的過程，利用錨具將其固定在腰梁之上，并使其受力值從腰梁傳導至被牢固地插入的地樁主體部分，從而產生向下的反作用力以穩住滑動的土壤。使用壓力分散型的預應力錨索來應對深基坑中的這類土壤環境，使得錨固區域的長度可以達到20m，深層土壤得到了穩定的支撐，符合深基坑防護的需求。而壓力分散型預應力錨索使用的無黏附性的鋼絲繩，所以施工起來更為簡單，無須防腐處理，并且其儲存期也遠超過有黏附性的鋼絲繩。經過基礎測試與驗收檢測，發現壓力分散型錨索的總體移動距離要比常規拉力型錨索更接近物理學延伸值。該技術的廣泛應用，具有巨大的潛在價值。值得大面積推廣應用。該支護方式在生產中取得良好成效。