高壓注漿自鉆錨桿在某基坑工程中的應(yīng)用研究

王曉丹，谷繼方

（青島地礦巖土工程有限公司，山東 青島266071）

1 工程概況

擬建場地位于青島市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)金沙灘路以北。擬建物由1棟28層辦公樓、5層商場和地下2層整體車庫組成?；又荛L約1000m，開挖深度12m，開挖深度范圍內(nèi)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(yīng)充足。基坑北側(cè)為已建建筑物，車庫邊線距已建物最近約28.0m，西側(cè)為市政道路，車庫邊線距路邊線約50.0m，南側(cè)約4.6m市政道路，東側(cè)緊臨河道，最近相距約5.5m。根據(jù)建設(shè)單位提供資料及現(xiàn)場踏勘，北側(cè)距車庫邊線約11.0m處為10kV高壓線路，南側(cè)距車庫邊線約12.0m處為東側(cè)小區(qū)用電架空線路，其它方位2倍開挖深度范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)架空和埋設(shè)管線。

2.2 工程地質(zhì)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11m。

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(chǔ)。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(zhì)粉砂巖強風化帶，紫紅色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)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(zhì)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0.8m，含水層綜合滲透系數(shù)24.6m／d，影響半徑約140m。

擬建場地東側(cè)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(shè)計要求

基坑設(shè)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(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿設(shè)計總長度15000mm，錨固段長度8000mm，自由段長度7000mm，桿體采用 Φs15.2鋼絞線，錨固體直徑130mm，內(nèi)注水泥漿，水灰比0.45，錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值Nu＝230kN，預(yù)應(yīng)力鎖定值為120kN，水平間距3000mm，傾角15°。

4 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(zhì)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(zhì)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(shè)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(shè)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(jié)。

將上述試驗結(jié)果反饋設(shè)計、監(jiān)理及建設(shè)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(zhuǎn)、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(shè)置簡易排水溝、集水井，及時排水。

作業(yè)面寬度應(yīng)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(nèi)設(shè)有安全繩和逃生梯，防止意外事故發(fā)生。

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(yīng)保證錨桿距坑底200～300mm，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200～300mm，保證平穩(wěn)，與坑壁的距離應(yīng)根據(jù)錨桿在坑壁的位置進行調(diào)整，保證滿足錨桿設(shè)計傾角。

5.4 錨桿鉆進

本工程的經(jīng)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(diào)整鉆機位置。

錨桿錨固段螺旋桿體預(yù)設(shè)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(jié)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(guān)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(jié)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(shè)計強度后方可進行張拉。張拉前對張拉設(shè)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(shè)計張拉荷載的20%即46kN預(yù)張拉1～2次，使錨桿各部位接觸緊密。正式張拉時張拉至設(shè)計荷載的1.1倍即253kN，并停滯2～3min，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(shè)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(zhì)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(jīng)過多次試驗，最終采用了止?jié){袋，如圖1所示，錨桿鉆進設(shè)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(jié)構(gòu)。

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(jié)強度，增強了錨桿抗拔承載力。

圖1 螺旋自鉆式錨桿壓力注漿原理示意

6.3 錨桿預(yù)應(yīng)力衰減及增加

在錨桿鎖定后2d內(nèi)進行的檢查中發(fā)現(xiàn)，其中2根錨桿有預(yù)應(yīng)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(yīng)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(zhì)量檢驗

除做好施工過程質(zhì)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(jié)果表明，在設(shè)計抗拔力的作用下，所有試驗錨桿綜合變形值均滿足設(shè)計要求。

8 結(jié)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(yīng)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(jié)強度，大大提高了錨桿抗拔力，最終檢測結(jié)果表明，錨桿的實際抗拔力較設(shè)計值提高10%～50%，值得在同類工程中借鑒應(yīng)用。

［1］ 冶金部建筑研究總院.CECS 22:90土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范［S］.北京：中國工程建設(shè)標準化協(xié)會，1990.