松散層中緊鄰構(gòu)筑物小傾角超長(zhǎng)錨索設(shè)計(jì)施工

張 躍

（1.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007；2.鎮(zhèn)江八一四勘察測(cè)繪有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212005）

1 概述

錨索是由鋼絞線、注漿形成的固結(jié)體、錨墩等組成的受拉桿件，其一端錨固在巖土體內(nèi)。錨索是一種主動(dòng)受力桿件，發(fā)揮作用前先對(duì)鋼絞線（鋼絞線束）施加預(yù)應(yīng)力，從而限制巖土體發(fā)生變形。錨索通常應(yīng)用在大噸位、在已出現(xiàn)變形或?qū)ψ冃我髧?yán)格的工程部位[1-4]。

中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ120-2012》4.7.8[5]：錨索傾角宜取15°～25°，且不應(yīng)大于45°，不應(yīng)小于10°；錨索的錨固段宜設(shè)置在土的粘結(jié)強(qiáng)度高的土層內(nèi)。當(dāng)在毗鄰地下構(gòu)筑物的松散層中應(yīng)用錨索時(shí)，會(huì)遇到以下問題：錨索孔在粘結(jié)強(qiáng)度低的松散層，導(dǎo)致成孔難度大；為了不影響毗鄰的地下構(gòu)筑物，設(shè)計(jì)的錨索長(zhǎng)度不小于30m、傾角小于10°，因此要求有水平孔施工的技術(shù)能力，增加了成孔難度；由于錨索毗鄰地下構(gòu)筑物，施工時(shí)需對(duì)錨索精確定位，施工風(fēng)險(xiǎn)高。

作者以江蘇省南京市某基坑支護(hù)工程錨固段設(shè)計(jì)和施工為案例，成功解決了松散層中緊鄰構(gòu)筑物小傾角超長(zhǎng)錨索設(shè)計(jì)施工問題，供同行借鑒。

2 工藝原理

松散層因自身強(qiáng)度低，易垮塌。為了維持松散層的穩(wěn)定性，需要采取合適的方法對(duì)松散層進(jìn)行加固。如對(duì)松散層的變形控制要求嚴(yán)，人們通常采用錨索，錨索結(jié)構(gòu)主要包括錨固段、自由段、錨索、錨墩4部分（圖1）。

圖1 錨索結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)錨索位于松散層時(shí)，錨索是靠錨索張拉荷載轉(zhuǎn)化為對(duì)固結(jié)體的壓力，引起固結(jié)體與松散層孔壁間的剪應(yīng)力，從而達(dá)到錨固效果。因此，影響錨固段錨固效果的主要有3個(gè)因素：錨索體與固結(jié)體間的粘著力，固結(jié)體與松散層孔壁之間的粘著力，錨固段松散層的抗剪力。在處理松散層邊坡時(shí)，起控制作用的主要是固結(jié)體與周圍松散層孔壁間的粘著力。為了增加錨固力，可采取增加錨固段長(zhǎng)度、二次注漿工藝。二次注漿工藝不僅增強(qiáng)了固結(jié)體與周圍松散層孔壁間的粘著力，而且使?jié){體進(jìn)入松散層內(nèi)提高了錨固段松散層的抗剪力。

預(yù)應(yīng)力錨索錨固力的確定，關(guān)系到被加固對(duì)象的長(zhǎng)期安全性。預(yù)應(yīng)力錨索錨固力的鎖定值受松散層的蠕變、鋼鉸線松弛、施工質(zhì)量等因素的影響會(huì)產(chǎn)生一定的變化。錨固力損失超過一定值時(shí)，將導(dǎo)致其錨固功能的減弱或失效，給加固對(duì)象帶來極大的危害。在錨索張拉過程中，張拉荷載通過錨墩和錨固段傳遞到松散層中，使錨索張拉影響范圍內(nèi)的松散層處受壓狀態(tài)。為了減少錨索預(yù)應(yīng)力的損失，可采取加大錨墩尺寸、設(shè)置框格梁及采用小噸位錨索等方式，這樣可以減少對(duì)松散層的壓縮，避免單根錨索噸位過大、應(yīng)力較為集中對(duì)松散層邊坡穩(wěn)定不利的問題[6-8]。

3 超長(zhǎng)錨索設(shè)計(jì)

江蘇省南京市某基坑支護(hù)工程北側(cè)側(cè)壁由雜填土、素填土組成松散層，兩者厚度之和大于10m。雜填土由礦渣堆積，松散；素填土以粘性土為主，松散，夾小碎石。為了基坑北側(cè)側(cè)壁的穩(wěn)定，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力錨索，錨索分2層。上層長(zhǎng)度48m，共32束，設(shè)計(jì)抗拔力為500kN，錨索的錨頭設(shè)計(jì)標(biāo)高25.8m，錨索孔徑180mm，錨索寬度55m；下層長(zhǎng)度39m，共12束，設(shè)計(jì)抗拔力為500kN，錨索的錨頭設(shè)計(jì)標(biāo)高23.8m，錨索孔徑180mm，錨索寬度55m（圖2）。錨縈長(zhǎng)度不小于30m，屬于超長(zhǎng)錨索。

圖2 錨索及地下周邊環(huán)境剖面圖

因?yàn)殄^索孔底端及錨固段毗鄰擬建的隧道，為了不影響未來隧道的開挖，2層錨索孔傾角5°，設(shè)計(jì)的錨索離擬建的隧道開挖面頂最小距離為0.94m。

4 超長(zhǎng)錨索施工

成孔是應(yīng)用錨索的第一步，在松散層鉆進(jìn)時(shí)采用套管跟管鉆進(jìn)成孔法。松散層中緊鄰構(gòu)筑物小傾角超長(zhǎng)錨索施工采用套管間歇給進(jìn)法，即鉆進(jìn)一段距離后，再給進(jìn)套管，給進(jìn)機(jī)構(gòu)位于孔口。

在小傾角、超長(zhǎng)錨索成孔過程中，由于鉆頭、鉆桿和套管的重力作用，鉆孔容易產(chǎn)生向下彎曲。彎曲的鉆孔使錨索孔的終孔位置偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)，削弱了錨固效果且對(duì)毗鄰的地下構(gòu)筑物產(chǎn)生不良影響。因此，采用如圖3所示的措施來解決錨索孔成孔過程中的保直問題：（1）按設(shè)計(jì)、計(jì)算數(shù)據(jù)得到錨索孔的方位角，然后選擇水平數(shù)字羅盤測(cè)斜儀指示錨索孔方位角；（2）開孔傾角比設(shè)計(jì)錨索傾角上傾0.5°～1.5°；（3）在鉆桿上加裝扶正器使鉆頭、鉆桿保持在錨索孔的中心位置，減小錨索孔的彎曲；（4）采用孔口支撐；（5）低速低壓鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)速25～40r/min。

圖3 錨索孔保直技術(shù)措施圖

具體采取的錨索孔保直施工技術(shù)措施如下：

（1）采用YG-100全液壓錨桿鉆機(jī)套管跟管鉆進(jìn)成孔法，鉆具組合為：?73mm鉆桿+?180mm套管+扶正器+?145mm合金鉆頭；按每2根鉆桿加裝一個(gè)扶正器。

（2）鉆機(jī)就位前采用水平數(shù)字羅盤測(cè)斜儀控制鉆桿的傾角及方位角，鉆機(jī)開鉆前采用孔口支撐，鉆機(jī)開鉆時(shí)每進(jìn)尺10m，采用水平數(shù)字羅盤測(cè)斜儀控制套管的傾角，計(jì)算錨索對(duì)應(yīng)位置的標(biāo)高，并預(yù)測(cè)其與隧道開挖面之間的位置關(guān)系，以便做出相應(yīng)調(diào)整。

（3）低速鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)速30r/min。

（4）開孔傾角采用3.5°～4.5°角度開孔；開孔傾角比設(shè)計(jì)錨索傾角上傾0.5°～1.5°。

（5）鉆進(jìn)過程中經(jīng)常檢查鉆桿的傾角與鉆機(jī)平整度，確保錨索孔的傾角滿足設(shè)計(jì)要求。

通過上述錨索孔保直施工技術(shù)措施，44束錨索距隧道開挖面距離不僅在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，而且最小距離達(dá)到了0.74m，確保了基坑北側(cè)側(cè)壁的穩(wěn)定，保證了基坑支護(hù)工程的順利施工。同時(shí)，不僅對(duì)后續(xù)隧道的開挖沒有任何影響，而且有助于隧道的開挖。

錨索鋼絞線束采用嵌砂型環(huán)氧涂層鋼絞線。制作時(shí)，先把整卷的鋼絞線用鋼管架固定好，再拆捆放線，切割長(zhǎng)度為錨索長(zhǎng)度加1.0m（千斤頂工作長(zhǎng)度），每根鋼絞線束有5根鋼絞線，平直排列，錨固段間隔1.0～1.5m設(shè)置一個(gè)隔離架并與鋼絞線綁扎牢固；錨固段鋼絞線呈梭形，即在隔離架之間用扎筋綁扎鋼絞線；隔離架使用定型的塑料產(chǎn)品，確保鋼絞線保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求。自由段涂抹防腐油脂后，套裝塑料管，并將套管兩端封死。壓漿用2根注漿管平行穿于中間與鋼絞線綁扎在一起，注漿管采用?20mm塑料管。

由于鋼絞線束較長(zhǎng)、較重，入孔要慢，確保在錨索孔內(nèi)平直不扭，安放采用人工輔以機(jī)械方式進(jìn)行，鋼絞線束曲率半徑應(yīng)大于3m，安裝推送過程用力要均勻，以免損壞錨索配件和環(huán)氧涂層。如果發(fā)現(xiàn)鋼絞線束送入錨索孔內(nèi)困難將鋼絞線束抽出時(shí)，要對(duì)抽出鋼絞線束的損壞部分進(jìn)行修復(fù)。為預(yù)防下鋼絞線束過程中注漿管被土堵塞，可連接注漿泵，開小流量注漿，邊下錨邊送水泥漿，直至送達(dá)預(yù)訂位置。由于鋼絞線束安放時(shí)有套管存在，要防止鋼絞線與套管口直接接觸，需提前在套管口包好塑料護(hù)套，派專人在孔口觀察，控制鋼絞線束居中放置入孔中。以確保鋼絞線的環(huán)氧涂層不被破壞。鋼絞線束入孔深度不得小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的98%。

注漿采用二次注漿工藝，第一次注漿工藝材料選用水泥砂漿，第二次注漿選用純水泥漿。第一次注漿的水泥∶砂∶水＝1∶0.6∶0.45，注漿壓力0.4MPa，直至漿液從孔中溢出。第二次注漿選用純水泥漿，水灰比0.45，注漿壓力2.5MPa，使水泥漿沖破薄膜及初凝砂漿，注入到砂漿、松散層之間和松散層內(nèi)，待注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求后1～2min且孔口有冒漿現(xiàn)象時(shí)，結(jié)束注漿。在水泥砂漿固結(jié)體強(qiáng)度達(dá)到5.0MPa后進(jìn)行第二次注漿。注漿壓力和注漿時(shí)間可根據(jù)錨固段的體積確定，并分段依次由上而下進(jìn)行。錨固體養(yǎng)護(hù)至齡期后的抗壓強(qiáng)度不得低于30MPa，注漿設(shè)備應(yīng)有足夠的漿液生產(chǎn)能力和所需的額定壓力，采用的注漿管應(yīng)能在1h內(nèi)完成單根樁的連續(xù)注漿。注漿開始或中途停止超過30min時(shí)，應(yīng)用水或稀水泥漿潤(rùn)滑注漿管及其管路。

錨墩為圈梁、腰梁。當(dāng)固結(jié)體強(qiáng)度大于20MPa并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%后可進(jìn)行張拉。張拉前對(duì)錨索進(jìn)行預(yù)張拉二次，每次張拉力為50kN，使錨索各部位接觸緊密，錨索張拉荷載要分級(jí)逐步施加，不能一下加至鎖定荷載。永久錨索的防腐處理主要為材料的自防腐，自由段鋼絞線涂抹防腐油脂后，套裝塑料管，并將套管兩端封死。錨頭的錨具經(jīng)除銹、涂防腐漆3遍后采用鋼筋網(wǎng)罩、現(xiàn)澆混凝土封閉，且混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C35，厚度不應(yīng)小于100mm，混凝土保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm。

5 結(jié)語

施工實(shí)踐可應(yīng)用于穩(wěn)定性差、但對(duì)變形控制要求的松散層；錨索孔傾角小于10°；錨索長(zhǎng)度不小于30m；被加固的松散層中或附近有地下構(gòu)筑物，錨索離地下構(gòu)筑物距離可小于1m。