螺旋自鉆式錨桿在流砂層中的施工實踐

谷繼方

摘要：近年來，工程建筑技術高速發(fā)展，建筑高度、深度急劇增加，深基坑支護技術也隨之發(fā)展，本文簡要介紹了螺旋自鉆式錨桿在青島市某工地流沙層中的施工實踐。

關鍵詞：錨桿； 桿體 ； 注漿；張拉 ； 鎖定

Abstract: In recent years, rapid development of engineering and construction technology, building height and depth have a sharp increase, deep foundation pit are also developing well, the paper briefly describes the spiral self-drilling anchor in the quicksand layer construction practice in a site of Qingdao City.Key words: anchor; rod; grouting; tension; lock

中圖分類號：U455.7+1 文獻標識碼： A 文章編號：

1工程概況

擬建場地位于青島市城陽區(qū)正陽路以南，黑龍江路以東。擬建物為2棟11層辦公樓、3層商場和地下2層整體車庫組成?；又荛L約1000米，開挖深度10.5米，開挖深度范圍內地層主要為粗粒砂。

2工程施工條件

2.1環(huán)境條件

擬建場區(qū)地形較平坦，交通便利，水電量供應充足。基坑北側為正陽路，車庫邊線距路邊線約28.0米，西側為黑龍江路（高架橋），車庫邊線距路邊線約50.0米，南側約4.6米外為小區(qū)簡易道路，東側緊臨河道——墨水河支流，最近相距約5.5米。根據(jù)建設單位提供資料及現(xiàn)場踏勘，北側距車庫邊線約11.0米處為10KV城王高壓線路，南側距車庫邊線約12.0米處為東側小區(qū)用電架空線路，其它方位2倍開挖深度范圍內未發(fā)現(xiàn)架空和埋設管線。

2.2工程地質條件

根據(jù)巖土工程勘察報告，場地地勢平坦，地貌類型屬于沖洪積平原，第四系土層厚度較大，平均厚度11米。

第1層素填土，褐色，稍濕，松散，以粘性土為主，含有砂土，表層有建筑垃圾、舊基礎。該層廣泛分布于場區(qū)；第2層中粗砂，黃褐色，飽和，中密～密實，以長石、石英為主要礦物，含10～20%粘性土，混少量卵石，級配較好，磨圓度一般，該層廣泛分布于場區(qū)；第3層礫砂，黃褐色，飽和，中密～密實，以長石、石英為主要礦物，級配較好，磨圓一般，混少量碎石，該層廣泛分布于場區(qū)；第4層泥質粉砂巖強風化帶，紫紅色，粉砂質結構，層狀構造，以長石及粘土礦物為主要礦物成分，該巖石屬極軟巖，巖體極破碎，基本質量等級Ⅴ級。

2.3水文條件

地下水類型以第四系松散巖類孔隙弱承壓水為主，地下水主要賦存于第2層中粗砂及第3層礫砂中，穩(wěn)定水位埋深平均約為0.8米，含水層綜合滲透系數(shù)24.6m/d，影響半徑約140米。

擬建場地東側近臨墨水河支流，該河流為城區(qū)的主要排水通道之一，無枯水期，水量較大，為該場地地下水的主要補給源。

3基坑支護設計要求

基坑設計采用樁錨支護形式，對地下水采取高壓旋噴樁帷幕止水，坡體自上而下共3排預應力錨桿，錨桿設計總長度15000㎜，錨固段長度8000㎜，自由段長度7000㎜，桿體采用φs15.2鋼絞線，錨固體直徑130㎜，內注水泥漿，水灰比0.45，錨桿軸向受拉承載力設計值Nu=230KN，預應力鎖定值為120KN，水平間距3000㎜，傾角15°。

施工試驗

錨桿正式施工前進行了工藝性試驗，先后選用了常規(guī)地質合金鉆進泥漿護壁和套管鉆進施工工藝，位置選在坡頂下3.0m處（水頭約2.2m）。

在常規(guī)地質合金鉆進泥漿護壁施工中，止水帷幕穿透后，在水壓作用下，大量水砂急速涌出，繼續(xù)鉆進，塌孔嚴重，難以施工，且長時涌水流砂造成坡頂沉陷開裂，影響基坑周邊環(huán)境安全。

在改用套管鉆進工藝施工中，仍有涌水流砂現(xiàn)象，較前一種工藝有所減弱，隨著錨孔的加深，套管出現(xiàn)弧線彎曲，為避免套管斷裂，墊高了鉆進機械，從而增加了錨桿傾角，違背了設計要求。共施工了5個錨孔，其中2個出現(xiàn)套管斷裂，成為廢孔，另外3個實施了錨桿桿體安放、注漿，每機臺完成錨孔時間平均每天2個，速度較慢，不能滿足合同約定進度。1周后對完成的3根錨桿進行抗拔試驗，最大抗拔承載力為82kN，不能滿足設計要求，分析原因認為套管拔出后錨孔坍塌，造成錨桿吃漿量減少，錨固體與土體未能有效粘結。

將上述試驗結果反饋設計、監(jiān)理、建設單位后，改用螺旋自鉆式錨桿，通過初步試驗，取得了成功。

5螺旋自鉆式錨桿施工工藝

5.1 場地平整

作業(yè)面場地要平坦、堅實，防止在施工中因鉆進作用反力使鉆機移位后退，減小錨桿傾角，造成鉆桿弧線回轉、斷裂。

旋噴樁帷幕被穿透后，地下水將攜帶泥砂噴涌而出，基坑坡腳處須設置簡易排水溝、集水井，及時排水。

作業(yè)面寬度應能滿足鉆桿的推進、接桿及人員的操作，一般不小于6.0m。

基坑內設有安全繩和逃生梯，防止意外事故。

5.2 測量定位

為了施工方便、準確，錨桿施工前須在坑壁標識錨桿位置，保證錨桿水平、垂直一條線，否則鋼性腰梁無法安放、錨桿漏位。土方的開挖應保證錨桿距坑底200～300㎜，防止錨孔流出的泥砂淤積孔口，增加鉆桿接桿、錨桿桿體安放的難度。

5.3 鉆機就位

鉆機下采用木方墊襯，高度一般200～300㎜，保證平穩(wěn)，與坑壁的距離應根據(jù)錨桿在坑壁的位置進行調整，保證滿足錨桿設計傾角。

5.4 錨桿鉆進

本工程的經驗證明，螺旋桿須連續(xù)推進，停滯時間過長，擾動砂土在水力作用下對桿體有效握裹，難以旋進。同時鉆機的震動下沉降低了錨桿傾角，桿體形成弧線上翹，增加了鉆進難度，施工中須及時調整鉆機位置。

錨桿錨固段螺旋桿體預設出漿孔，鉆進的同時注射水泥漿，可有效加固土體，增強土體的粘結強度，提高錨桿的承載能力，并起到護壁、補充水體的作用。

5.5 錨桿注漿

注漿工序的成功與否是決定錨桿承載力大小的關鍵。本工程中先采用常壓注漿，待錨固體終凝達一定強度后再進行二次高壓補漿。因支護土體為砂土，吃漿量較大，本工程中注漿量平均達0.4m3/m。

5.6 錨桿養(yǎng)護

錨桿注漿結束后及時安裝墊板及螺母，進行臨時固定桿體，防止移位。若孔口出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，須及時補漿。養(yǎng)護期間嚴禁擾動錨桿。

5.7 張拉所定

錨固體達75%設計強度后方可進行張拉。張拉前對張拉設備進行率定，為防止相鄰錨桿的交互影響，采取間隔張拉施工法。

正式張拉前，取設計張拉荷載的20%即46KN預張拉1～2次，使錨桿各部位接觸緊密。

正式張拉時張拉至設計荷載的1.1倍即253KN，并停滯2～3分鐘，再退至鎖定值120KN旋緊螺母進行鎖定。

6施工時出現(xiàn)的問題及處理方法

6.1 旋噴樁體強度高，螺旋桿難以鉆進

因基坑外圍設有高壓旋噴樁止水帷幕，通過后期取芯檢測，帷幕樁體強度平均達14MPa，直接采用螺旋桿鉆進較困難，施工中先采用常規(guī)地質合金鉆進工藝穿透止水帷幕后再改用螺旋桿推進。

6.2 二次壓力補漿難以實施

錨桿桿體與孔壁間的環(huán)形空隙難以封堵，使得二次高壓補漿無法形成有效壓力，經過多次試驗，最終采用了止?jié){袋，如下圖示，錨桿鉆進設計長度后，移除鉆機，錨桿桿體外端部連接注漿軟管，桿體與孔壁的環(huán)形空隙間安置止?jié){袋，進行常壓注漿，漿液通過桿體外端部的出漿孔先行充滿止?jié){袋，滿溢后再沿桿體空腔前行，漿液終凝達一定強度后止?jié){袋則對環(huán)形空隙進行有效封堵，為二次補漿形成壓力結構。

二次壓力注漿增加了錨桿的注漿量及水泥漿的擴散范圍，加固了土體強度，提高了土體對錨固體的粘結強度，增強了錨桿抗拔承載力。

6.3錨桿預應力衰減及增加

在錨桿鎖定后2天內進行的檢查中發(fā)現(xiàn)，其中2根錨桿有預應力消減現(xiàn)象，分析原因是由于張拉、鎖定配合不當造成的，進行了補充張拉，后期監(jiān)測未再出現(xiàn)衰減現(xiàn)象。

通過后期抽樣監(jiān)測，錨桿應力整體增加，最大增加約50%，隨之提高了監(jiān)測頻率，基坑完工后，趨于穩(wěn)定。分析原因，隨基坑開挖深度增加，主動土壓力增加所致。

7質量檢驗

除做好施工過程質量控制外，工程完工后，檢測單位隨機抽取了錨桿總數(shù)的5%進行驗收抗拔試驗，根據(jù)規(guī)范JGJ120-99中附錄E.3規(guī)定，檢測工作分6級逐級加載，加荷等級為0.1Nu/0.2Nu/0.4Nu/0.6Nu/0.8Nu/1.0Nu，分級觀測時間為5min/5min/5min/10min/10min/15min，采用百分表測量錨桿變形。

檢測結果表明，在設計抗拔力的作用下，所有試驗錨桿綜合變形值均滿足設計要求。

8結語

通過螺旋自鉆式錨桿在本工程的成功實踐，解決了流砂層錨固支護難題。

錨桿施工中，將水泥漿作為沖洗液的鉆進方法及止?jié){袋的應用，大大增加了錨桿吃漿量，有效加固了擾動土體，增強了土體的粘結強度，大大提高了錨桿抗拔力，最終檢測結果表明，錨桿的實際抗拔力較設計值提高10%～50%，值得在同類工程中借鑒應用。

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。