高压旋喷预应力锚索在复杂条件下基坑支护中的应用

□□ 姚晓伟

(甘肃省第五建设集团有限责任公司，甘肃 天水 741020)

引言

随着基建规模不断地扩大，城市建设用地日趋紧张，对城市地下空间的需求日益突显，超大、超深的基坑支护工程也随之出现。但地质条件和周边环境更加复杂，使得施工难度进一步增大。

在基坑支护工程中普通预应力锚索得到了广泛的应用，但存在着一定的局限性。由于填土组成成分复杂，且堆填方法、时间和厚度的随意性，其不均匀性显著；其次土质疏松，孔隙率大，密度低，压缩性高[1]。某工程基坑支护位于大厚度回填土区域，通过采用高压旋喷预应力锚索工艺，不仅解决了锚索成孔过程中塌孔、缩颈等问题[2-3]，而且承载力也得到了提高，保证了基坑边坡的稳定性。

1 工程概况

该项目位于陕西省西安市，总占地面积58 550.85 m2，由15栋13～17层的住宅楼、3栋2～4层的多层建筑、地下车库组成。该工程基坑东西长为167 m，南北宽为135 m。基坑原始挖土面绝对高程约为465 m，地下车库基底绝对高程为452.58 m，红线内基坑深度为5.72～13.5 m，红线外边坡高度为6 m，总的最大高度为17.90 m。

2 岩土工程地质条件

2.1 支护层地基土工程地质评价

拟建场地横跨浐河一级阶地及少陵塬前缘两大地貌单元，在勘探深度范围内，地基土主要由填土、黄土状土、黄土、卵石、粉质黏土及砂层等组成，支护层地基土位于填土层，现对其工程地质评价如下：

支护层位于填土①层，整个场地大部分区域均有该层，平面上分布较为连续，但厚度变化大，层顶面(现状地面)起伏大，层底面起伏大。

填土①层，均匀性差，工程性质差，会发生固结压缩变形及湿陷变形，未经处理不能直接用作基础持力层。包括素填土、杂填土。该层层厚为0.40～46.00 m，层底高程为431.05～456.37 m。素填土，黄褐色，稍湿，局部饱和以粉质黏土为主，含砖瓦碎片、灰渣、砂粒等；杂填土，杂色，以混凝土块、砖瓦碎块、桩头、炉渣等建筑垃圾为主，局部少量含织物、塑料袋等生活垃圾。

2.2 水文地质条件

浐河一级阶地，自现地面起水位埋深为8.50～47.90 m，自设计地坪标高为458.00 m，起水位埋深为22.70～23.90 m，水位标高为434.10～435.30 m。地下水位埋深大于基坑开挖深度，故不设计降水施工。

3 基坑支护方案

根据岩土勘察报告，设计主要采用土钉墙、复合土钉墙、桩锚支护三种结构支护形式，该基坑支护工程由12个区段组成，基坑支护结构平面图如图1所示。支护形式见表1。

图1 基坑支护结构平面图

表1 边坡支护表

主要设计参数：复合土钉墙支护结构、桩锚支护结构均设置二级放坡，一级坡率为1∶1.5，坡面插筋1Φ14@1 500，L为1 000(水平、竖向间距)，80 mm厚C20喷射混凝土面层，内配Φ6@200×200双向钢筋网片；基坑坡顶、平台及坑底均设置300×300排水沟或截水沟。复合土钉墙支护结构设置土钉1Φ18@1 500，孔径为150 mm，入射角为15°，100 mm厚C20喷射混凝土面层，内配Φ8@200×200双向钢筋网片。钻孔灌注桩Φ800@1 500，桩长为16.1 m、18 m。复合土钉墙支护结构、桩锚支护结构均设置二排高压旋喷预应力锚索3Φs15.2，预加拉力为150 kN；双拼腰梁采用20型槽钢(Q235钢)，OVM型锚具。坡面设置Φ50PVC泄水孔(水平间距为3 m，L≥500 mm，坡度为10%，管壁钻孔Φ5@50外包一层密目网)。锚索信息见表2，典型支护结构剖面图如图2所示。

表2 锚索信息表

图2 典型基坑支护结构剖面图

4 高压旋喷预应力锚索施工

基坑支护施工与土方开挖作业密切配合，应分层、分段开挖，严禁超挖。开挖标高为相应锚索位置下300 mm，每区段长度为20 m。坡面喷射混凝土面层达到设计强度的75%以上，方可进行下一工作面的开挖。

4.1 工艺原理

高压旋喷预应力锚索通过旋喷钻机钻头旋转产生的动能与高压注浆泵产生的高压喷射流共同作用下切削土体，破坏原有土体结构，喷射浆体与土体发生固化作用形成高强度的锚固体，在成孔、喷射浆体的过程中利用钻头将钢绞线带入孔体中，增加喷浆压力扩大锚固段直径，形成大直径水泥土桩体，增大锚固体与土体的摩擦阻力，从而提高锚索的承载力[4]。按设计参数施加预应力，通过锚索承受基坑支护结构背侧的水平应力(土压力、水压力等)，以此来控制基坑边坡的水平位移量在设计和规范要求范围内，保证基坑的稳定性。

4.2 工艺流程

高压旋喷锚索施工流程如图3所示。

图3 高压旋喷锚索施工流程图

4.3 施工要点

4.3.1锚索制作与安放

根据设计要求制作钢绞线，端头采用Φ150×10钢板锚盘，锚头采用冷挤压法与锚盘固定[5]。

4.3.2钻孔施工

将液压履带式旋喷钻机钻头对准孔位并调整好角度。旋喷锚索成孔时，采用带索钻进工艺，一次性施工成型。严格控制钻进和提升速度，提升速度≯0.2 m·min-1[3]，旋转速度宜为20 r·min-1。

4.3.3扩孔施工

(1)预应力旋喷锚索自由段开孔孔径为150 mm，桩体扩大头直径应≮500 mm，扩大头区段的长度应≮2 m。扩大头区段旋喷搅拌的往返扩孔次数比桩体锚固段应≮2次，以保证桩体扩大头的直径满足设计要求。旋喷锚索大样图如图4所示。

图4 旋喷锚索大样图

(2)高压喷射注浆采用强度等级M20纯水泥浆，水灰比1∶0.8～1∶1，水泥掺入量为35%(采用P·O 42.5水泥)。

孔径为150 mm段旋喷压力控制在10～15 MPa；孔径为500 mm段旋喷压力≮20 MPa，扩孔注浆钻进速度为0.1～0.15 m·min-1，注浆量为60 L·min-1。

高压旋转钻头(喷头)旋转、提升或下沉进行高压喷射扩孔时均应保持匀速，喷射管分段提升或下沉的搭接长度≮100 mm[6]。

4.3.4垫板、锚板、支架、腰梁施工

高压旋喷预应力锚索养护到期，安装双拼槽钢腰梁，制作应符合设计图纸及标准图集11SG814《建筑基坑支护结构构造》的要求。安装时必须加工异型支承板，调整腰梁角度，保证与预应力锚索作用力方向垂直[3]。同时腰梁的转角及端头应有加劲板及封头板。钢腰梁应在坡面进行有效固定后，再进行锚杆的张拉锁定。

4.3.5预应力锚索张拉与锁定

预应力锚索张拉前，千斤顶应与张拉油泵、压力表等张拉设备进行配套标定，并且配套使用，严禁混用；检查锚具、夹具及连接器是否合格。锚固段浆体强度>15 MPa并达到设计强度等级的80%时，考虑到对邻近锚索的影响，应隔一拉一进行张拉。锚索张拉时分级加载，张拉至设计施加预应力值的1.15倍，保持10 min后且无明显伸长，卸荷至锁定荷载进行锁定[7]。

4.4 质量控制重点

(1)所用钢绞线、水泥等材料必须符合设计要求；锚具应有出厂合格证和试验报告。

(2)锚固体的直径、标高、深度和倾角必须符合设计要求。

(3)在高压旋喷过程中，钻杆提升或下沉时，严格控制喷射压力、钻杆旋转速率、提钻速度及排量等旋喷参数，尤其是在扩大头区段。

(4)严格控制水泥浆液的水灰比、浆液初凝时间、注浆量。

(5)喷嘴的加工精度、位置、直径、形状等应严格控制[8]。

(6)预应力锚索的张拉必须在锚固体达到设计强度要求方可进行。

4.5 高压旋喷预应力锚索优势与特点

(1)适用于粉土、黏性土、湿陷性黄土、填土等地质条件，应用局限性小。

(2)多功能高压旋喷钻机的使用，施工灵活、快捷，施工质量容易保证。

(3)施工工效高，缩短工期，对周边环境影响小。

(4)与常规锚索相比，高压旋喷锚索长度可缩短，节约材料，降低工程造价[9]。

(5)与常规锚索相比，高压旋喷锚索的锚头位移量明显小于普通锚索，抗变形能力更强[10]。

5 监测工作

该工程位于大厚度回填土区域，基坑支护施工过程中和完成后，务必做好监测和排水工作，对于雨雪天气尤为重要。应按照设计或规范要求在基坑四周设置水平位移及沉降观测点，并在边坡上部部位设置观测点，由专人负责，观测监测值的变化情况，对监测值的发展和变化进行分析和评述，并对发展趋势做出预测，当接近临界报警值时应及时通报相关人员研究处理。该工程基坑经过长期监测，各项变形值稳定，处于安全稳定状态。

6 结语

采用高压旋喷预应力锚索，其施工时带索钻进、旋喷注浆、扩孔一次性完成，解决了常规锚索在回填土层施工时的塌孔、缩颈等问题，保证了锚索的施工质量。同时大大提高了工效，缩短了施工工期和减少了对周边环境的影响。

与常规锚索相比，高压旋喷锚索与土体的摩擦阻力明显大于常规锚索，其抗变形能力更优于常规锚索。采用高压旋喷预应力锚索与复合土钉墙、钻孔灌注桩支护结构的联合应用能有效约束支护结构的变形，更有效地控制了基坑位移，保证了基坑的稳定性。