复杂地质基坑支护可回收高压旋喷扩大头锚索施工技术分析

刘盛荣

（福建建工集团有限责任公司，福建 福州 350000）

0 引言

随着地下空间不断开发，出现很多深基坑工程，桩锚支护体系因结构受力合理、施工速度快和造价低等优点被广泛应用于深基坑支护工程。遇到饱和细砂或淤泥等地质时，常规的锚索施工容易出现缩颈或塌孔等现象，锚索的锚固力难以达到设计要求，另外土层发生蠕变时容易导致锚索预应力产生较大损失，在这种情况下，可回收高压旋喷扩大头锚索应势而出。该新型锚索采用钻机以设计要求的角度钻进成孔，在扩大头段由钻杆上的喷头向四周土体喷射水泥浆，旋喷搅拌形成一定直径的桩体，再利用钻机将锚索体安装到位，对锚索施加预应力后形成高压旋喷扩大头锚索，待土方回填后即可对锚索进行回收。可回收高压旋喷扩大头锚索施工技术不仅可以解决复杂地质情况下锚索施工遇到的缩颈或塌孔等难题，还能有效地保证锚索施工质量和基坑安全，避免出现地面不均匀沉降等质量问题。本文结合案例工程对该技术进行分析。

1 工程概况

南平市武夷新区云谷小区二期C、G1、G2、I地块项目位于福建省南平市建阳区童游街道，C 地块总建筑面积为106945.99m2，1#、3#～5#和8#～9#楼为地上16层，2#和6#～7#楼为地上15 层，附属商业1、2 为地上1层，配电房为地上2 层，地下室为1 层。G1 地块总建筑面积为118166.10m2，1#～2#和5#～8#楼为地上16 层，3#～4#和9#～10#楼为地上12 层，附属商业为地上3层，开闭所为地上1 层，地下室为1 层。G2 地块总建筑面积为57641.66m2，1#和4#～5#楼为地上16层，2#楼为地上13 层，3#楼为地上12 层，附属商业为地上3 层，开闭所为地上1 层，地下室为1 层。I 地块总建筑面积为106945.99m2，1#～6#楼为地上16 层，7#～9#楼为地上15 层，附属商业1、2 为地上1 层，配电房为地上2 层，地下室为1 层，结构形式为框剪结构。基坑开挖深度为5.3～6.8m，基坑支护方式为SMW工法桩+可回收高压旋喷扩大头锚索，三轴水泥搅拌桩直径为850mm，间距为600mm，桩长为23m，在搅拌桩中插入H型钢，型钢规格为H700mm×300mm×13mm×24mm，长度为21m。坑底被动区采用直径为850mm，间距为600mm 和长度为6.0m的三轴水泥搅拌桩进行加固处理。可回收高压旋喷扩大头锚索长度为24m，扩大头段长度为16m，直径≥400mm，布设间距为1.6m，锚索由3根直径为15.2mm的钢绞线组成，俯角为25°，设计拉力为260kN。

2 工程地质情况和水文情况

2.1 地质情况

该工程施工区域的地质情况如下：①素填土，均匀性差，以黏性土为主，混有少量块石、砖块、碎石等硬杂质，欠压实，层厚0.20～2.60m；②粉质黏土，以黏粒、粉粒为主，呈软塑～可塑状态，海积成因，属于中压缩性土，层厚0.50～2.30m；③细砂，磨圆度一般，呈松散～中密状态，夹杂少量淤泥，淤泥含量约为10%，饱和，层厚1.90～16.50m；④淤泥，均匀性较差，以黏粒、粉粒为主，呈流塑～软塑状态，局部混有细砂或粉砂，具高压缩性，海积成因，层厚1.50～5.40m；⑤淤泥质黏土，含有少量腐蚀质，呈软塑状态，层厚2.60～21.30m；⑥卵石，粒径为2～16cm，岩质为火山岩，次圆状，呈中密～密实状态，颗粒间填充物为砾砂和粗砂，层厚2.40～6.90m；⑦残积砂质黏性土，母岩为花岗岩，呈可塑～硬塑状态，遇水易崩解，层厚1.40～4.70m；⑧全风化花岗岩，属于极软岩，散体结构，层厚1.20～7.70m；⑨砂土状强风化花岗岩，散体结构，岩体极破碎，主要成分为长石和石英，层厚1.40～13.80m；⑩碎块状强风化花岗岩，岩质软硬相间，节理裂隙发育,中粗粒结构，层厚5.80～10.40m。基坑开挖涉及的土层为①～⑤层土层，其物理力学性能如表1所示。

表1 基坑开挖土层物理力学参数

2.2 水文情况

施工场地地下水初见水位埋深为1.90～3.70m，稳定水位埋深为1.70～3.50m，对基坑开挖产生影响主要为潜水和承压水，潜水赋存于①素填土层中，主要受大气降水和地下水侧向径流补给的影响较大，尤其是受地表水的影响较大。第一层承压水主要赋存于③细砂中，主要补给来自地表水垂直方向渗透和地下水侧向径流，而②粉质黏土和④淤泥则形成相对隔水层。

3 施工难点分析

（1）锚索穿越土层主要为③细砂和④淤泥等土层，在承压水的作用下，锚索成孔时出现缩颈、塌孔和涌砂涌泥等现象，成孔困难，严重影响施工进度；

（2）在细砂层安装锚索时，由于基坑外水压力较高，而细砂流动性较好，细砂容易进入锚索的套管内，导致锚索无法下放到设计高程，锚索长度不满足设计要求；

（3）在饱和的细砂层中，锚索扩大头段直径设计要求≥400mm，类似项目经验表明，旋喷压力和转速对锚索扩大头直径影响较大，成孔质量控制难度大。

4 施工方案确定

结合工程地质情况、水文情况、工程实际和设计要求等因素，富水砂层锚索施工很容易出现塌孔现象，经研究决定，可回收高压旋喷扩大头锚索的施工方案采用全套管跟进+旋喷扩孔的成孔方法，自由段采用钢套管跟进成孔，扩大头段先旋喷扩孔后再钢套管跟进，锚孔清孔后即可下放锚索，分2 次注浆后张拉与锁定，待达到拆除条件后再回收锚索。

5 可回收高压旋喷扩大头锚索施工技术

5.1 施工准备

严格按照土方开挖方案分段分层进行土方开挖，待土方开挖至锚索孔位以下0.5m时，在靠近SMW 工法桩一侧修筑锚索工作平台，平台宽度为7.0m，平台面应平整和宽敞，以便钻机调整钻入角度。在距离SMW 工法桩0.3m 位置设置排水明沟，每隔30m 设置1 个泥浆沉淀池。

5.2 钻机就位

鉴于钻机施工平台土质强度较低，将厚度为0.5m的砖渣铺设平整，局部较为软弱位置加铺钢板，确保钻机底座的平稳性。锚索钻机选用型号为MGL-135 履带式多功能钻机，钻机就位后，测量并调整钻杆的角度为25°，角度误差允许值为±2°。

5.3 成孔

该工程采用全套管跟进+旋喷扩孔的成孔方法，钢套管直径为150mm，钻头选用合金锥形钢钻头，利用钻机的前回转动力对套管进行驱动，钻头与套管同时钻进，每节套管长度为3m，套管接长采用套丝拧紧，高压水从钻杆中喷出，利用水压力和钻进压力将孔内土体排出孔外。成孔至扩大头段时，将钻头更换成高压旋喷钻头，扩大头段采用水泥浆旋喷成孔，采用P·O42.5水泥，水灰比为1.0，钻进速度为20cm/min，喷浆压力为25MPa，钻杆转速为20r/min，成孔深度应比设计高程超深0.5m[1]。为了保证扩大头段直径为400mm，旋喷成孔至孔底后应提钻再次旋喷扩孔，退钻速度为12cm/min，喷浆压力为34MPa，钻杆转速为20r/min，使得扩大头段水泥掺量≥300kg/m。旋喷扩孔应连续施工，喷嘴应匀速旋喷前进或后退，分段旋喷时应充分搭接，搭接长度≥100mm。

5.4 锚索制作与安装

锚索采用压力分散型锚索，强度为1860MPa，直径为15.2mm，锚索下料长度为设计长度+1.5m 预留张拉长度，锚索应采用切割机进行整长切割，钢绞线应平直无损伤。锚索端部应按照规定安装锚定板，直径为150mm，钢板厚度为25mm。锚索体架线环的设置间距为1.5m，采用铁丝固定牢固，确保钢绞线顺直[2]。锚索回收装置组装在锚索上，注浆管布置在锚索内，注浆管不绑扎。锚索下放时应对锚孔进行通孔检查，确保锚孔内无钻渣和掉块，孔位偏差应控制在50mm 以内，孔位倾斜度偏差≤3%，锚孔质量验收合格应仔细核对锚孔孔号和锚索编号的一致性，并对锚索体进行检查，确认无误后即可推送锚索。锚索下放时应顺直，推送应用力均匀，防止锚索出现扭压弯曲现象。

5.5 注浆

注浆分为一次注浆和二次注浆，浆液为纯水泥浆，水灰比为0.4～0.45，浆体强度为M30，一次注浆采用孔底返浆法，注浆压力为0.2～0.5MPa，一次注浆管与孔底的距离≤300mm，注浆应匀速与连续，待孔口冒出浆液时，在孔口位置安装止浆袋，待孔口冒出大量浓浆和注浆压力达到0.5MPa，即可停止注浆[3]。待浆体强度达到5MPa 即可进行二次注浆，采用劈裂注浆法，水泥浆水灰比为0.4～0.45，注浆压力为2.5～3.0MPa，注浆过程中将钢套管拔出，并重点关注周边土体是否出现开裂现象，如出现开裂等异常现象，则应立即停止注浆，分析其产生原因并采取妥善技术措施处理后方可重新开始注浆。待注浆压力达到3.0MPa，持续稳压注浆3min 后即可停止注浆。

5.6 锚索张拉与锁定

待冠梁混凝土强度和锚索浆体强度达到设计值80%即可开始锚索张拉作业，千斤顶型号为YC-100型，锚具型号为OVM15-4，属于挤压锚具，千斤顶安装与锚具和锚垫板应对中密贴，千斤顶与锚索体和锚孔等轴线应保持同轴一线，张拉台座的承压面应垂直于锚索体轴线，表面平整与洁净，张拉设备在投入使用前应做好标定工作。在锚索张拉前，采用26～52kN 对锚索进行预张拉1～2 次，使得钢绞线平直，张拉设备各组件紧密接触[4]。严格按照差异分步张拉方法对锚索进行分级加荷张拉，共分为6 级，每级荷载分别为78kN、156kN、234kN、299kN、325kN 和364kN，第1～5级荷载张拉后应持荷5min，第6 级荷载张拉后应持荷10min 后卸载至286kN 进行锁定。张拉时应及时量测锚索伸长量，要求理论值和实测值的偏差为±6%之内。如果锚索锁定2d内发现预应力损失超过26kN，则应按照规定进行补偿张拉，张拉次数≤2次。

5.7 锚索回收

待土方分层回填夯实至冠梁梁底且地下室顶板混凝土强度达到设计强度即可开始锚索回收工作，采用千斤顶对锚索进行加载，使得锚头松动并向外浮起，继续加载直至锚头处的工作夹片脱落下来，卸载千斤顶，拆除锚头。采用夹钳将钢绞线夹住，逆时针转动钢绞线1.5圈即可解锁[5]，采用电动卷扬机将锚索逐根拔出，对拔出的锚索的外观质量进行详细检查和登记，该工程锚索回收率达100%。

6 质量控制要点

（1）在正式开工前，该工程选取3 个不同剖面对锚索进行基本试验，对锚索的极限承载力进行确定，并通过基本试验对可回收高压旋喷扩大头锚索施工工艺及相关技术参数取值进行确定，从而保证锚索的安全程度和工作性能，确保锚索施工质量。

（2）为了防止出现串孔事故，该工程跳2 孔进行成孔。

（3）由于喷浆压力和进退钻速度对旋喷扩孔的直径影响较大，在成孔时应严格按照基本试验的技术参数进行控制，进、退钻速度分别为20cm/min 和12cm/min，进、退钻喷浆压力分别为25MPa 和34MPa，钻杆转速均为20r/min，通过2 次旋喷扩孔以保证扩大头段直径满足设计要求。

（4）一次注浆时如果发现孔口水泥浆有回落现象，应在0.5h 内及时补浆，确保孔内浆液饱满。二次注浆时间应严格控制注浆压力，防止因压力过大使得水泥浆灌入锚索内，导致出现锚索回收困难现象。

（5）锚索张拉时应严格按照施工方案分级张拉，每级张拉时应量测锚头位移3 次，详细记录每级锚索的伸长量，伸长量应符合设计及规范要求。

7 结束语

综上所述，复杂地质基坑支护可回收高压旋喷扩大头锚索施工技术能够有效地解决富水细砂层或淤泥层成孔时出现的塌孔、缩颈和涌砂涌泥等施工难题，还能有效地保证锚索施工质量和基坑安全，避免出现地面不均匀沉降等质量问题，施工效果显著，可为类似项目提供一定参考。