旋喷锚索施工技术在核电工程循环水泵房基坑支护中的应用

任国龙

中核咨询工程有限公司天津分公司 天津 300480

1 旋喷锚索施工工艺

旋喷锚索是将高压旋喷技术与锚杆钻机有机地结合起来形成了一种新型施工工艺[1]。旋喷锚索施工工艺流程见图1。

图1 旋喷锚索施工工艺流程图

1.1 施工顺序

随开挖面向坑内施工，平面上采用工作面范围内流水作业，网络技术组织施工，均衡生产，使钻孔、旋喷、腰梁施工、张拉等工序互不延误。

1.2 施工工序

旋喷锚索各工序叙述如下：

（1）测量定位：开挖后的基坑壁经过修整，按设计要求的标高和水平间距，用全站仪（或水准仪）和钢卷尺进行旋喷锚索位置的确定，并作出标记。

（2）钻机就位：将高压旋喷锚杆钻机对准已放好的孔位，按设计要求调整好角度，由质检员验收合格经监理工程师验收合格后准许开钻。

（3）钢绞线制作：根据设计提供的每一束旋喷锚索总长制作钢绞线。

（4）自由端成孔：选用硬质合金钻头或带喷嘴的螺旋钻成孔，旋喷锚索钻头采用带喷嘴的螺旋钻，喷嘴直径2.5mm～2.7mm。自由段35～40cm/min，自由段钻进过程中，需确保孔口返浆顺畅，如返浆不畅，需上、下往复提升钻杆，直至返浆顺畅。

（5）锚固段水切成孔：锚固段8～10cm/min。钻进过程中，钻杆转速12～15r/min，喷水压力不小于30MPa，锚固段钻进过程中，孔口返出的泥浆比重不得小于1.20。

（6）锚固段孔底复喷：钻杆钻进至设计孔底后，在底部1m范围内上、下复喷一次，复喷时钻杆转速12～15r/min，速度8～10cm/min，压力不小于30MPa，复喷段喷射时间20min。

（7）锚固段喷浆回升：复喷结束时，应即刻开始喷浆，中间不得间隔，喷浆时，钻杆在孔底旋转停留5min喷浆，随后以20～25cm/min的速度提升钻杆，向上旋喷。钻杆转速15～20r/min，压力不小于30MPa，水泥采用P.O42.5，浆液水灰比0.8±0.05，并掺0.6%的UNF-5高效减水剂。当孔口返浆比重大于1.5且开始返浆时的孔内喷浆总量不小于1800L（水泥1.6t）时，停止喷浆[2]。

（8）下放钢绞线：锚索钢绞线采用人工安放，锚索前方设置导向帽，并安放注浆管。锚索应在钻孔前预先制作完成，并在喷浆前移至孔口，旋喷锚索安放过程中，应在钢绞线尾端设置标识，张拉时按序穿入锚具，以避免钢绞线在孔内缠绕，保证顺直。锚头应送至孔底后回拉20cm～30cm。

（9）孔底灌浆：安放好后立即灌浆，灌浆量300L（水泥0.4t），水泥采用P.O42.5，浆液水灰比0.5±0.05。

（10）张拉锁定：旋喷锚索注浆完成后，试块强度达到15MPa以上时，方可进行张拉、锁定。张拉设备仪表应事先进行标定，张拉前在锚索头部套入垫板和锚具，然后安放张拉千斤顶，轴线与锚索轴线一致，张拉采用整体分级张拉的程序。

分级加载和整索张拉程序为：

式中：

m1～m6——张拉系数，一般m1、m2、m3、m4、m5分别为0.2、0.25、0.5、0.75、1.0，混凝土结构锚索超张拉m6为1.05～1.10；

t—持荷时间，一般为2min～5min；

σcon—张拉控制应力。

1.3 施工参数

施工参数主要是指钢绞线张拉预紧应力、理论伸长值、张拉极具的标定等[3]。

1.3.1 钢绞线张拉预紧应力

在进行张拉时，一般应采用先进行单根预应力钢绞线预紧，使锚索各股预应力钢绞线的应力均匀后，再进行整索张拉。预紧应力确定为0.2σcon。

1.3.2 钢绞线张拉理论伸长值

本次施工锚索为直线型锚索，其理论伸长值计算公式：

式中：

△L－锚索伸长值，mm；

P－预应力钢绞线的平均张拉力，取张拉端的张拉力与计算截面处扣除孔道摩擦损失后张拉力的平均值，其计算公式见下，N；

L－预应力钢绞线从张拉端至计算截面的孔道长度，mm；

E－预应力钢绞线弹性模量，MPa；

A－预应力钢绞线的截面积，mm2

式中：

Pj－张拉控制力，当超张拉时按超张拉取值，N；

χ－张拉端至计算截面的孔道长度，m；

θ－预应力钢绞线从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，rad；

κ－预应力孔道局部偏摆系数；

μ－预应力钢绞线与孔道壁面的摩擦系数。

1.3.3 张拉极具标定

在张拉前必须对所使用的机具进行配套标定，并提供千斤顶张拉力－压力表读数关系曲线及其计算公式。锚索张拉时运用计算公式，算出与锚索各级张拉力相对应的压力表读数，通过控制油泵压力表读数实现千斤顶对锚索的各级张拉力。也可在关系曲线上直接找出各级张拉力对应的压力表读数[4]。

1.4 腰梁施工工艺

1.4.1 工艺流程

腰梁施工工艺流程见图2。

图2 腰梁施工工艺流程

1.4.2 施工顺序

腰梁施工在安装完预应力锚索，并对锚固段浇注后进行，在锚索施工开始后就要进行钢筋局部的制作，当预应力锚索的锚固段浇注后就要紧接着清理出腰梁的施工作业面，在清理好的作业面上及时绑扎钢筋及支模板。根据商品砼的提供量逐段对腰梁浇注，根据养护时间顺序对锚索进行逐步张拉。

1.4.3 施工工序

各工序简述如下：

（1）定位放线：根据施工图纸的位置，用全站仪和钢卷尺进行腰梁位置的确定，并作出标记。

（2）钢筋绑扎：纵向受力筋采用绑扎连接，搭接长度取40d。钢筋绑扎前要清理干净腰梁与支护桩体的接触面，并将该面凿平；当腰梁穿过锚索地段，要安放好预应力锚索及穿梁塑料管。

腰梁钢筋绑扎时，要认真验看腰梁配筋图，注意钢筋的绑扎要求。并根据预应力锚索入射锚固角度的不同调整张拉面的腰梁角度。

（3）支模板：使用木模板连接而成，支模时要留出钢筋保护层厚度，腰梁为3.5cm。并保护好穿过模板的钢绞线，防止损伤。在塑料管两端要进行封堵，防止浇注过程中砼或水泥浆进入管内。

（4）浇砼与振捣：浇砼采用C25的商品混凝土，浇注时同一段腰梁尽量一次浇注完成，在浇砼后用震动棒振捣密实，保证腰梁表面的平整光滑与顺直。腰梁上表面达到钢筋保护层厚度，且能够满足设计要求的高度。

（5）养护：浇砼完成后，需要每天对其进行养护，根据月份的气温调整，天冷时可采取覆盖养护。

（6）拆模：养护达到7天龄期就可以根据施工顺序进行拆模，拆模时不能损伤梁体。

2 施工质量控制

2.1 腰梁施工质量控制要点

（1）腰梁砼标号为C25，钢筋保护层厚度取35mm，纵向受力筋采用绑扎连接，施工的技术要求按《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204－2002）中的有关规定执行。

（2）腰梁钢筋绑扎前先将支护桩相对应部位的桩体砼凿除，并清除碎渣及泥土。

（3）腰梁钢筋绑扎时要安放好锚索及穿梁塑料管，保证锚索钢绞线顺直、自由穿过梁体。塑料管两端要进行封堵，防止浇注过程中砼或水泥浆进入管内。

（4）支设模板时要保护好穿过模板的钢绞线，防止损伤。

（5）其中支护桩之间为梯形顶梁，该段为先打锚索，后制作梯形顶梁。

2.2 锚索施工质量控制要点

（1）锚索钻孔位放线，锚索钻孔孔位中心偏差不得大于50mm。

（2）施工中常查钻机倾角，倾角误差不大于设计值2度，超过时应及时调整。

（3）锚索制作要确保每一根钢铰线始终排列均匀、平直，不扭不叉锈、油污要除净，对有死弯、机械损伤及锈坑者应剔除，制作完成后，应放在干燥清洁的场所，避免机械损伤或油渍溅落在杆体上[5]。

（4）锚索喷浆、注浆所用水泥应采用P.O42.5，浆液应严格按照设计水灰比拌合。

（5）机具出现故障时，应及时记录时间、钻孔深度、主要原因，并及时维修。

（6）若旋喷锚索钻进至设计孔深以内遇到岩石，应改用岩锚工艺，并及时通知设计方。

（7）张拉设备中穿心千斤顶及压力表须进行标定，标定期限在半年之内。

（8）自由段注浆必须待浆液溢出孔口稳定1～2min后，方可停止注浆，24h后如发现孔道浆液不饱满时还需补浆，以确保注浆饱满。

2.3 锚索施工过程质量保证措施

（1）进场的每批钢绞线和水泥要有出厂合格证并做复试。

（2）钻孔机械就位前应先检查锚位标高，锚具是否符合设计图纸。就位后必须调正钻杆，用角度尺或罗盘测量钻杆的倾角使之符合设计，并保证钻杆的水平投影垂直于坑壁，经检查无误后方可钻进。

（3）钻孔时遇有障碍物或异常情况应及时停钻、待情况清楚后再钻进或采取措施。钻至设计深度后空钻出土以减少拔钻杆的阻力，然后拔出钻杆。

（4）下锚索前应检查锚索并做好记录，下完锚索时应注意锚索的外露部分是否满足张拉要求的长度。

（5）浆液搅拌必须严格按配比进行，不得随意改变。水泥应不含杂质，不用过期或受潮水泥。

（6）注浆由孔底开始, 边注边外拉浆管，并缓缓拔管，直至浆液溢出孔口后停止注浆。

（7）水泥浆体强度达到15MPa方可张拉。锚杆的张拉要有固定的操作人员和记录人员，严格按操作规程张拉。出现异常情况时，应及时向现场技术负责人报告。

（8）张拉时应采用以张拉力控制为主，伸长值校核的双控操作方法。先进行单根预应力钢绞线预紧，使锚索各股预应力钢绞线的应力均匀后，再进行整索张拉。

2.4 施工过程常见问题及处理措施

（1）孔壁坍塌

如遇易塌孔土层，钻进中应经常进行高压风吹孔，根据土层情况采取相应措施：

a.对于软土层，可采用加入砂砾或碎石渣挤入软土内，以固定孔壁，或根据软土强度采用泥浆护壁；

b.对于粘性土层，可采用泥浆护壁；

c.对于含砾石粘性土，可采用填充粘性土进行护壁，上下来回扫孔固壁；

（2）张拉时滑丝、断丝

滑丝主要是夹片卡牙没有对准或夹片质量问题，此时可松开千斤顶，重新安装夹片后再重新进行张拉。

断丝的可能性极小，如果出现可能是因为钢绞线材质缺陷或张拉千斤顶、压力表出现故障，此时可对孔内剩余钢绞线的受力进行分析，在受力允许的情况下可增大其余钢绞线的张拉力，以满足整束锚索要求的锚固力[6]。

（3）达到张拉力后钢绞线伸长值不足或伸长超范围

张拉时采取张拉力为主，伸长值校核的措施进行，在达到预订张拉力后如果钢绞线伸长值不足则可能是钢绞线在孔内不直造成，由于张拉时已经超拉至110%，此时只要能够正常锁定即可。伸长值如果超出范围则可能是内锚固段滑移造成，此时在注浆段及腰梁的共同作用下，只要能够达到设计张拉力即可满足要求。

3 基坑工况及主体施工期安全监测情况

本工程锚索施工完已近一年，基坑已通过各有关单位的联合验收，目前主体工程正在紧张的施工中，锚力计、测斜仪及各沉降观测点的数据变化均在设计允许的范围之内，基坑位移变形正常，基坑工况良好，基坑是安全的。