扩大头锚索在实例中的应用及展望

林志远

广东省环境地质勘查院 广东 广州 510000

随着城市规模的不断扩大，对地下空间的利用也不断加强，深基坑工程相继增多，锚索支护有利于土方开挖和结构施工，能节省工期以及工程造价。“支护桩+预应力锚索”作为支护形式之一，因其施工简单、经济等特点已被广泛采用。扩大头锚索（又称钜联扩大头锚索或高压喷射扩大头锚索），该施工方法适用于各种粘性土和砂土，且能很好地解决了砂层塌孔的难题。扩大头施工方法无论是从经济效益还是从社会效益，扩大头锚索在软土地基的基坑围护中存在很大优势，值得推广。本文能过某个工程出现的问题，对扩大头锚索容易出现的问题进行分析，并通过两个实例的对比，来分析扩大头锚索和普通锚索的优缺点及发展前景[1]。

1 工程案例

1.1 问题案例

工程A位于广州市南沙区，建筑层数29和31层，拟建两层地下室，结构采用钢筋砼剪力墙结构。场地地基土由人工填土和海相冲洪积沉积层，基岩以燕山三期花岗岩为主，现自上而下分述如下：

（1）场地内素填土主要为现有的农田、耕地砂土为主，堆填时间小于10年，堆填时间不长，基本未完成自重固结；

（2）淤泥：深灰-灰黑色，饱和，流塑。海相沉积而成，主要为黏粒、粉粒，含腐殖质，夹贝类碎片，具有异味，岩芯采取率 90%-95%；

（3）细砂：褐黄，松散，饱和，土质尚均匀，石英质，粒径不均匀，级配良好；

（4）粉质黏土：褐黄，可塑状，土质尚均匀，局部含砂粒，粘性较好，干强度及韧性中等，岩芯采取率90%-95%；

（5）中砂：褐黄色、灰白色，饱和，稍密-中密，石英质，粒径均匀，级配差。

（6）淤泥质土：深灰-灰黑色，饱和，流塑-软塑，局部流塑。冲洪积沉积而成，主要为黏粒、粉粒，含腐殖质，夹腐木，具有腥臭味；

（7）砂质黏性土：青灰色、褐黄等，可塑～坚硬状，土质尚均匀，系花岗岩原地风化形成，混较多砂砾，浸水软化崩解，岩芯采取率90%-95%；

（8）全风化花岗岩层：褐黄色、青色，岩芯呈坚硬土状。岩石组织结构已全部破坏，矿物成分除石英外，其余矿物已风化呈土状，风化强烈，岩石呈坚硬土状，岩质极软；

（9）强风化花岗岩层：赤红色、青褐色，岩芯呈半岩半土状，局部夹硬块状，岩石组织结构已大部分破坏，矿物成分已显著变 化，风化裂踪很发育，岩体破碎，岩块可用手折断；

（10）中风化花岗岩层：褐黄色、灰白色，中粗乐结构，块状构造，岩石轻度变质，岩石裂隙发育，岩芯呈短柱状为主。

工程A淤泥层较厚并且夹有砂层，工程基坑整体主要处于淤泥层中。工程基坑采用“上部放坡，下部灌注桩+锚索”的支护型式，具体的工程基坑支护锚索情况如表1所示。

表1 工程锚索设计资料

工程A为扩大头锚索支护，扩大头长度为7m（孔径500mm）为锚固段，其余为自由段。扩大头锚索施工技术要求：钻机成孔150mm，采用套管跟进，防止塌孔，扩孔段孔径均为500mm，安装锚索前应探测钻孔是否有坍塌，扩大头段可采用高压喷射扩孔，注浆前，应先清除孔中的沉渣。锚索孔内采用42.5R普通硅酸盐水泥，扩大头段水泥用量应不小于350kg/m，自由段水泥用量应不小于50kg/m，按水灰比O.45-0.5的纯水泥桨，施工时可加适量早强剂和速凝剂。应采用二次注浆工艺，初次注浆压力为0.5-0.8MPa，应注至孔口返浆，水泥浆初凝后进行二次注浆，注浆压力2.0-3.0MPa。施喷扩孔施工工艺：钻孔至扩大头部位→更换钻杆，连接高压泵→下钻头至扩孔位置，高压喷射扩孔，扩孔压力20-25MPa，宜采用3次扩孔施工工艺，第1、2次泥浆扩孔，第3次水泥浆扩孔，水泥浆水灰比1：1.5-1:2.0→洗（清）孔→下锚索→注浆。

根据图1第三方检测单位试验结果绘制的Q-s曲线和s-lgt曲线，显示Q-s曲线没有出现陡升，s-lgt曲线平缓，工程的锚索抗拔力（按设计值的1.2倍检测）满足要求。根据广东省标准《建筑地基基础检测规范》（DBJ/T 15-60-2019）：拉力型支护锚杆实测锚头弹性位移量应大于杆体自由段长度的理论弹性伸长值的80%，且应小于杆体自由段长度与1/2杆体粘结段长度之和的理论弹性伸长值。

图1 工程A锚索验收试验Q-S曲线和s-lgt曲线（变更前）

从上图可以看出锚索总抗拔位移量很大（达到162mm），弹性伸长值也很大（达到108mm）。后期基坑开挖时，基坑变形较大（冠梁出现了裂缝），但是根据第三方监测单位提供的数据，冠梁出现裂缝位置附近的锚索其应力还没有达到报警值。后期分析原因：可能是锚索自由段长度太长，理论弹性伸长值太大，当基坑变形量较小时，锚索处于自由段弹性变形中。当冠梁出现裂缝时，锚索的应力还没完全发挥出来。设计后期进行加固和变更后，基坑就没有再出现这种情况。变更后锚索设计资料情况如表2所示：

表2 变更后工程锚索设计资料

根据图2第三方检测单位试验结果绘制的Q-s曲线和s-lgt曲线，显示Q-s曲线没有出现陡升，s-lgt曲线平缓，工程的锚索抗拔力（按设计值的1.2倍检测）满足要求。从表1和表2的设计资料上能看出，自由段变短后，扩大头锚索变形量小了很多，锚头弹性位移量也大大降低。所以扩大头锚索在基坑支护中，不能同扩大头抗浮锚索一样，使用太长的自由段，当基坑出现变形时，扩大头锚索的应力没办法第一时间发挥出来，不能同其他支护结构同时发挥作用，这样的话基坑支护就很容易出现问题[2]。

图2 工程A锚索验收试验Q-S曲线和s-lgt曲线（变更后）

1.2 对比案例

工程B同工程A是相邻的两个工地，地质情况基本一样,两个工程基坑都是采用“上部放坡，下部灌注桩+锚索”的支护型式，只不过工程A的锚索为扩大头锚索，工程B的锚索为普通锚索。具体的工程基坑支护锚索情况如表3所示。

表3 两个工地锚索设计资料对比

工程A为扩大头锚索支护，扩大头长度为8m（孔径500mm）；工程B为普通锚索支护。

根据图2和图3第三方检测单位试验结果绘制的Q-s曲线和s-lgt曲线，显示Q-s曲线没有出现陡升，s-lgt曲线平缓，工程A和工程B的锚索抗拔力（按设计值的1.2倍检测）均满足要求。但从表3可以直观的看出扩大头锚索长度更短，但锚索抗拔力更大，并且抗拔变形量更小。

图3 工程B锚索验收试验Q-S曲线和s-lgt曲线

2 扩大头锚索的优点

2.1 工艺上的不同

普通锚索施工工艺流程为：施工准备→钻机就位→钻钻杆→校正孔位→调整角度→打开空压机→钻孔（接钻杆）→钻到设计深度→冲洗→制作、安装锚索→一次注浆→二次高压注浆→养护→安装锚索→焊锚具→张拉锚索→锚头锁定→割除锚头多余钢铰线，对锚头进行保护。施工时间相对较长且繁琐，但是技术工艺上比较成熟。

扩大头锚索在工艺上如果采用同步钻进、跟锚、注浆扩大头锚固施工工法，即：成孔完成的同时完成锚索下放和注浆，无工序搭接及闲置等待情况，将原常规锚索施工时间缩短三分之一以上，具有施工效率高、施工速度快等特点。这样的话也能解决扩孔施工时的塌孔问题。在工艺工法上对现场施工队伍有更高的要求，配合不好的话锚索质量可能会受影响，也提升了施工效率、提高了施工质量、降低了施工成本。

2.2 锚固效果的差别

普通锚索在软土地基中锚固效果较差，扩大头锚索锚固效果更好，锚索抗拔力提高很多。普通锚索软土地基中锚索抗拔力较小，如果为满足锚索抗拔力要求的话，锚索长度会非常长；扩大头锚索锚固效果较好，锚索抗拔力有显著的提高。因此，基坑支护中如果锚索长度不变的情况下，锚索的根数可以适当减少，工程量和工程造价都可以有所减少，同时工期也能相应缩短。

2.3 锚索长度的差别

同样的锚索抗拔力要求下，扩大头锚索比普通锚索长度更短。这样的话扩大头锚索对周围环境的影响和受周围环境的制约较小。在临近有建筑物或地下工程的地方，扩大头锚索就有很大的优势，有些原来无条件施工锚索的地方也变得可行。在现代建筑密度越来越高的趋势下，在寸土寸金的城市建设中，扩大头锚索的这个优势将得到更多的关注[3]。

3 扩大头锚索的缺点

（1）扩大头锚索施工工艺要求高，操作不好的话，锚索质量难以保证。

扩大头锚索施工工艺对施工队伍提出更高的技术要求，并且施工队伍的施工经验、现场应对措施都对锚索的质量产生很大的影响。但是随着其技术的推广和应用，技术人员对施工工艺的不断研究和完善，相信在以后的应用中这个问题也将不再存在。

（2）扩大头锚索现期仅适用于淤泥、粉质粘土等软土地基，对于风化岩层、软硬夹层等地基施工质量难以保证。

以现在的经验和技术力量，扩大头锚索在地下水丰富的砂层中、风化岩层、软硬夹层等地基的施工质量，相对较差。主要原因是扩孔时塌孔、沉渣无法清理干净和无法钻进等问题。随着技术人员对施工技术的不断提高和创新，施工设备的改进和更新换代，相信在将来的应用中这些问题也将慢慢被克服。

4 结语

综上所述，在基坑支护工程建设中，现期扩大头锚索由于经验较少工艺较复杂，在深基坑支护中使用较少，相信以后在工程技术人员的共同努力下，改进施工工艺，总结经验、技术创新，扩大头锚索在将来的基坑支护中得到更广泛的应用。

随着城市规模的不断扩大，对地下空间的利用也不断加强，基坑工程相继增多，并且基坑也越来越深，对基坑支护工程的要求越来越高。扩大头锚索具有抗拔力高，受周围环境影响小，经济效益好的优势，随着技术的推广，以后深基坑工程建设中一定有一个美好的未来。