关于深基坑压力分散型锚索施工技术的探究

张大伟

（山西三建集团有限公司，山西 长治 046000）

0 引言

该发电站采用“上大压小”的方式对两台百万千瓦机组进行了改造和扩大建设，其选址于城市边缘的老电厂区域内，具体位置在浊漳河流域南侧支流的东部第二级阶地上。根据某市气象站资料，某2×1000MW 电厂厂址土壤最大冻结深度为75cm。在计划建设的厂房所在地，地下水源为地下孔隙潜水，而其补给则来自大气降水的垂直渗透。在勘查区域内，水位的深度通常在1.50～6.70m，相应的标高范围为909.4～913.8m。

本工程为D 标段2# 转运站，基坑尺寸32.90m×20.40m、基坑深度25.70m，设计基坑底标高891.90m。2#转运站的西侧基坑长度为32.90m，其安全等级达到一级标准，而且支护结构的重要性系数是1.1。基坑支护采用排桩+锚索+1:0.75 放坡方式，腰梁为双拼36a 槽钢，长度合计134.4m。具体指：排桩指的是混凝土灌注桩排桩，排桩上部采用四道双拼槽钢腰梁，坑壁采用压力分散型锚索固定，共四道，组合支护。该支撑体系复杂，共设置20 根排桩灌注桩，采用旋挖成孔混凝土灌注桩，设计桩长35.7m，桩径1.2m，桩间距1.6m，C35 水下混凝土导管法灌注；基坑侧壁植入44 根锚索，均为压力分散型预应力锚索形式，锚索长度30m，锚固段长度20m；锚孔直径150mm，设置φ15.20 钢绞线，各锚固段分别设置2 根、4 根、6 根无黏结预应力钢绞线；注浆材料为不低于25MPa 水泥浆，锚索采用二次注浆法，第二次为劈裂注浆；设计锚固力450kN，竖向间距4m，横向间距1.6m。通过以上的做法，来解决了超深基坑的支护难题，同时满足基础周围施工安全要求。

1 结构原理

使用多个承重面板及支撑板来构建压力分散型的锚索结构，同时将无黏合钢筋划分为若干小组以与其相互连接。作为主导的联接部件的是挤压锚，需要对无黏合钢筋进行分类切割，并在其末端清理掉PE 保护层和防腐涂层之后装配承重面板，然后利用挤压设备制作出挤压锚头的部分。总而言之，通过使用拉杆螺钉将承重面板和支撑板链接在一起，并将挤压锚头牢固地固定住，从而构成了一组锚头。

无粘接钢绞线作为压力分散型锚索的主要框架，其中包含自由段和锚固段[1]。这种锚索时在不同长度的无黏结钢绞线末端连接到稳定载体，然后通过注浆进行固化并按照特定规则分配荷载。

相应的钢绞线模块被张拉，其中锚孔深度的负载体将拉力转变为压力，这些压力通过浆料传递到固定层，从而提供了稳固能量。锚索的压力分散型是按照设计负荷和锚固单位大小来确定不同负荷，并且按照一定顺序对其进行逐级张拉。

2 排桩组合支护形式

旋挖成孔混凝土灌注桩桩径1.2m，桩间距1.6m，桩长34.7m，角部双排桩桩长35.7m，嵌固段均为15m，桩体强度C35。锚索位于排桩之间居中布置，腰梁采用双拼36a 槽钢，槽钢支撑于桩体的预埋钢板之上，钢板背后空隙填塞C20 细石混凝土至饱满。双拼槽钢之间通过顶部缀板和底部缀板连接，接长通过连接钢板焊接。

单根锚索张拉锁定通过承压板和锚具锁定于腰梁外侧，而腰梁则支撑于两侧的桩体上，形成一个单跨简支梁。腰梁连接为整体连续布置，于灌注桩排桩组合，形成多跨连续梁。锚索产生的集中力分别作用于腰梁跨中，腰梁传递至支撑点的桩体上，通过这样的组合支护，满足了深基坑的设计要求。

3 压力分散型锚索施工技术的先进性

选用压力分散型预应力锚索进行深基坑支护方式，这种方法利用承载板和挤压头，主要让锚固浆体受到加压；随着承载板总量的增大，内锚段的应力集中情况和峰值得以减缓并下降。此外，它还能充分利用地层潜在的负荷能力，从而提升锚固力[2]。

排桩组合支护，更利于受力的传递，该组合支护形式更适用于一类基坑的支护，更大区间的满足抗力要求，施工便捷。同时采用混凝土灌注桩排桩支护，满足桩体嵌固深度和基坑内外侧最大弯矩要求。

压力分散式锚杆具备较强的防腐特性和锚固能力，作业时，钢丝绳用量少，且构造简单，使锚固区域和锚固力明显提升，从而扩展使用领域，降低了破裂岩体对钻孔作业需求，大幅度削减了在建地区的挖掘与修整工程，使得施工步骤更加简便、易行，地震抵抗效果良好。

4 施工工艺

4.1 工艺流程

压力分散型锚索体制作工艺流程：施工准备→机械就位→孔位放线→孔位校正→成孔→清孔→植入锚杆→准备注浆浆液→一次注浆→二次注浆→腰梁制安→锚杆张拉锁定→封锚。

4.2 操作要点

4.2.1 放线定孔位

在坑内的土层表面上采用水准仪定出孔位位置、间距，做好标记。

4.2.2 钻机成孔

用专用锚杆钻机，对准已放好的孔位，钻成正确的设计孔深、孔直径，经监理验收合格后，方可后续施工。

4.2.3 钻孔

采用套管钻进。锚杆钻孔的深度设计长度应大于等于设计长度且小于等于设计长度500mm；水平方向的孔距误差不大于50mm；垂直方向的孔距误差不大于100mm；钻孔角度偏差不应大于2°。

4.2.4 扩孔

利用10～20 个大气压高压泵的压力作用，从钻头的底部和侧边供应注浆浆液，在高压旋转钻头的喷射过程中，作用在周边土体和砂层上，使浆液渗入土中，充满孔隙与土结成共同作用的块体，提高土体强度。

高压旋喷钻头和侧翼喷嘴在动力推动下，逐渐向前推进，直至形成图纸规定的深度和直径，即获得形成的锚杆孔。

扩孔步骤：①扩孔时，高压喷射压力控制在大于20MPa 范围内，一般为20～40MPa；喷嘴移动速度为0～20r/min。②高压喷射注浆的水泥宜采用P.O 42.5 级，水灰比宜为0.5，水泥掺量宜为25%～40%。③连接高压注浆泵和钻机的输送高压喷射液体的高压管长度小于等于50m。④采用二次喷浆扩孔时，应自上而下，然后自下而上两遍。⑤高压旋转钻头（喷头）应均匀旋转，均匀提升或下沉，由上而下或由下而上进行高压喷射扩孔，喷射管分段提升或下沉的搭接长度大于100mm。⑥在高压喷射扩孔过程中出现压力不稳定时，应及时查找原因，以便找到解决方法。⑦如实记录好各项记录，反映实际生产现状。

4.2.5 锚索组装

（1）钢绞线按照图纸尺寸要求采用切割机下料，每股长度误差≤50mm，钢绞线按规律平直安放，间隔1.0～1.5m 设置定位器，锚索自由段[3]按设计要求进行处理。

（2）注浆管应放置在定位器正中，与锚索体绑扎牢固。注浆管距孔底的距离≤300mm。

（3）锚索的制作基于设计构造，使用隔离架作为集束。①每一根钢绞线都以锚索孔底部作为对齐的标准。②按照规定，锚索注浆管应被插入索体中。从孔底的进浆管出口至锚索端部的间距不能超过200mm。保证注浆管畅通无阻，而且管路系统的抗压值不得低于工程设计灌浆压力的1.5 倍。③隔离架被用来将锚索钢绞线与注浆管分隔开，各个隔离架的钢绞线孔和注浆管孔应保持一致。通常，这些隔离架之间的距离在1.5～2.0m。④在作业时，索具需要保证钢绞线的排列顺畅且无扭曲。将钢绞线和注浆管等捆绑成一束，并用12#铁丝进行束线环的绑扎，每隔1.5～2.0m 一道。两个隔离架应该被束线环牢固地绑定，钢绞线应与隔离架紧密绑定。⑤按照规定，导向帽是由钢管制造的，并且与锚索体保持着稳固和可靠的连接。⑥排列组装好的锚索，扩孔停止后拔出钻杆立即放入套管、扩孔内，安放时，防止杆体锚索变形，并确保锚索处于钻孔中心位置，插入孔内深度不小于设计深度。

4.2.6 锚索注浆及二次劈裂

注浆材料为水泥浆，通常采用P.O 42.5 的硅酸盐混凝土，水灰比为0.55～0.60。在完成一次性注浆时，一旦水泥浆液从孔口泄漏，应立即暂停施工，并且当液面下降时需要从孔口补充。对于锚索二次注浆[4]，其水灰比设定为0.55，同时，终止注浆所需的压力不能低于1.5MPa。

对于预应力钢筋的填充：初次施加的时候应该把所有的材料都放入其中，然后用最大值不超过500MPa，一次注浆完成后1h 内，进行补浆，保证浆体饱满。注浆管材质为直径4 分塑料管，注浆管上采用φ12 钻头开注浆孔，间距250mm，开孔后用胶带或橡皮膜封堵。

作业前，首先保证输入压缩空气以确保管道通畅无阻。接着，将浆料由注浆管输送到孔洞中，并密切关注其排放和排出的情况。为了加速已进入的浆料的硬化速度及提升强度，利用屏浆技术，只有当流出的浆料密度与其输入的浆料密度一致时，才可以实施屏浆操作。屏浆时的压力设定在0.3～0.4MPa，如果吸浆速率低于1L/min，那么只需要屏浆约20～30min 就可以完成。

4.2.7 二次劈裂注浆

二次注浆管已经在锚索体制作时提前插入了承载板、隔离架的中心孔，注浆管头部距离孔底60cm 左右。二次劈裂注浆在一次注浆完成8h 后进行，二次注浆压力为1.5MPa。为保证送浆管与二次注浆管连接处不因压力过大而崩开，采用在连接处外侧增加套管的方法，并用螺丝紧固。调整水灰比为0.6，同时孔口处继续塞满水泥袋密封，保证劈裂效果形成球状体。

4.2.8 张拉与锁定

压力分散型锚索张拉应在同批次锚索验收合格后且承载构件注浆体强度满足设计要求后进行，应按相关规范规定分级张拉；锁定48h 内，应力损失超过10%时应补偿张拉[5]；锚索张拉顺序采用隔一拉一；锚索正式张拉前，按其20%的设计张拉荷载，预张拉1～2 次，使其与锚具接触紧密，钢绞线平直完好。

4.2.9 注意事项

（1）质量问题。①注浆时应派人时刻注意压力表，防止压力过高发生堵管，如发生堵塞，立即开展排查。②发生浆液涌出或流出时，采用堵塞串孔注浆或多台泵注浆。③注浆完成后，及时清洗机具。

（2）安全问题。①注浆管在未打开风阀前，不可搬动，关闭密封盖，防止高压喷出物伤人；注浆管放置时应面对空旷场所。②张拉过程中，应确保在周边安全的无人的区域施工，防止管路、油泵等发生意外，谨防爆裂、燃烧等现象。③施工人员要戴安全帽、挂安全带，台座四周和张拉平台外侧设设置安全网。

（3）绿色施工问题。①材料运输中采用棚布遮盖，所经过的施工场地道路经常洒水。②钻孔注浆排出的废水、废浆经过过滤池，沉淀后再利用，并将沉渣运至指定的弃渣场所堆放。

5 项目实施效果及推广前景

该方法较其他支护形式，缩短了施工工期、施工费用低，施工方便简单。利用混凝土灌注桩排桩支撑结构来达到桩体固定深度及基坑内外的最大弯曲需求；使用锚索联合保护措施，以预应力锚索为基础，锚点能独自调整承担锚定部分的负载能力，并用二次注浆，确保锚索在高湿环境下符合锚固力要求。现阶段，锚头整装单元的制造过程中的零部件精确一致，能够保障锚索构造的质量，所以此种防护方式潜力巨大，不仅能大幅度降低人工成本，加速工程进度，而且会产生显著的预期经济效益与社会收益。

6 结语

通过此种锚索的支护，依赖于对其施加预应力的过程，利用锚具将其固定在腰梁之上，并使其受力值从腰梁传导至被牢固地插入的地桩主体部分，从而产生向下的反作用力以稳住滑动的土壤。使用压力分散型的预应力锚索来应对深基坑中的这类土壤环境，使得锚固区域的长度可以达到20m，深层土壤得到了稳定的支撑，符合深基坑防护的需求。而压力分散型预应力锚索使用的无黏附性的钢丝绳，所以施工起来更为简单，无须防腐处理，并且其储存期也远超过有黏附性的钢丝绳。经过基础测试与验收检测，发现压力分散型锚索的总体移动距离要比常规拉力型锚索更接近物理学延伸值。该技术的广泛应用，具有巨大的潜在价值。值得大面积推广应用。该支护方式在生产中取得良好成效。