富水地質(zhì)條件下巖土錨桿的施工技術(shù)研究

尤士杰（上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200002 ）

對于富含地下水的多種地質(zhì)條件，包括黏性土、砂性土、粒徑較小的礫石層、風(fēng)化程度不同的巖層等進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨桿施工，解決了由于地下水的問題帶來的各種困難。最終使預(yù)應(yīng)力錨索施工深度可達(dá) 31 m，橫向成孔角度 5o～25o。成孔時(shí)利用全套管跟進(jìn)技術(shù)及注漿止水技術(shù)解決了孔壁坍方和錨桿下放問題。

1 工程概況

山東省濟(jì)南市濟(jì)南綠地普利中心項(xiàng)目塔樓部分 Ⅲ 基坑面積 8 900 m2。開挖深度 14～23 m，圍護(hù)形式采用環(huán)形地下連續(xù)墻，墻厚 800 mm，最大墻深為 36.1 m，開挖深度內(nèi)設(shè)置 4 道預(yù)應(yīng)力錨桿。

基坑采用墻錨體系受力，坑內(nèi)無支撐。第 1 道錨索采用 3 根 15.2 鋼絞線，錨固端設(shè)在圈梁上（基余均設(shè)在地墻上）。第 2 道、第 3 道錨索采用 4 根 15.2 鋼絞線。第 4 及第 5 道錨索（局部區(qū)域設(shè)五道錨索）采用 3 根 15.2 鋼絞線。預(yù)應(yīng)力錨桿參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表 1 所示，預(yù)應(yīng)力錨桿平面圖如圖 1 所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨桿平面圖

表1 預(yù)應(yīng)力錨桿參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2 地質(zhì)條件

擬建場地位于濟(jì)南市中心區(qū)域，北臨普利街，南臨共青團(tuán)路，西臨順河高架路，高架路下為貫穿濟(jì)南市南北的順河，河內(nèi)有水流。地質(zhì)分布情況自上而下為 ① 雜填土層底埋深 1.6 m、①-1 素填土層底埋深 5.01 m、② 粉質(zhì)黏土層底埋深 6.2 m、⑤ 碎石層底埋深 7.5 m、③ 黏土層底埋深 11 m、⑤ 碎石層底埋深 16.1 m、⑥ 殘積土層底埋深 17.8 m、⑦ 全風(fēng)化閃長巖層底埋深 19.3 m、⑧ 強(qiáng)風(fēng)化閃長巖層底埋深 21.2 m、⑨ 中風(fēng)化閃長巖層底埋深 48.3 m。

地區(qū)內(nèi)對預(yù)應(yīng)力錨索的不良施工土層主要有碎石層以及下部不同風(fēng)化程度的巖石層，黏土層內(nèi)在成孔過程中也有包裹鉆桿的風(fēng)險(xiǎn)，均為不良地質(zhì)。此外濟(jì)南市著有全國文明的泉城之稱，地下水資源豐富，給施工增添了難度。

3 機(jī)械設(shè)備選擇

機(jī)械設(shè)備的選擇上除考慮工期、經(jīng)濟(jì)性以及滿足場地條件以外，還需考慮幾方面因素。

（1）有足夠的扭矩，配備適合的鉆頭，可在巖層內(nèi)進(jìn)行成孔鉆進(jìn)。

（2）鉆桿方便拆卸，因孔內(nèi)需進(jìn)行注漿封堵以及跟管鉆進(jìn)，需反復(fù)拆卸鉆桿。

（3）能夠滿足跟管鉆進(jìn)的功能需求。

（4）帶泥漿循環(huán)功能，防止孔壁坍塌。

主要機(jī)械設(shè)備如表 2 所示。

表2 主要機(jī)械設(shè)備一覽表

4 巖土錨桿施工技術(shù)研究

針對不良土層影響，需從富含地下水、巖土錨桿的成孔、孔壁坍方等方面來研究出可行的施工技術(shù)。

4.1 地下水的控制

針對富含裂隙水巖層地質(zhì)條件下錨桿無法施工的問題，采用孔內(nèi)注漿后進(jìn)行二次成孔的施工技術(shù)。當(dāng)成孔完成后裂隙水從孔內(nèi)流出時(shí)，在孔內(nèi)下放注漿管進(jìn)行高壓注漿，使水泥漿液滲透至巖層裂隙中進(jìn)行填充固結(jié)，待固結(jié)體達(dá)到一定強(qiáng)度后采取二次成孔，有效解決了巖層中裂隙水涌入孔內(nèi)及錨桿在涌水狀態(tài)下張拉失效的問題。

4.2 巖土錨桿的成孔技術(shù)研究

由于強(qiáng)度大，巖石土層對鉆機(jī)成孔形成阻礙。在鉆機(jī)無法正常鉆進(jìn)時(shí)需考慮配置空壓機(jī)，更換鉆頭。采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，可以利用鉆機(jī)自帶的泥漿泵進(jìn)行泥漿循環(huán)，從而將索孔內(nèi)的巖石碎屑清出孔外。

鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，不能立即停鉆，要求穩(wěn)鉆1～2 min，防止孔底尖塌孔、達(dá)不到設(shè)計(jì)孔徑。鉆孔孔壁不得有沉碴及水體黏滯，必須清理干凈，在鉆孔完成后，使用高壓空氣（風(fēng)壓 0.2～0.4 MPa）將孔內(nèi)雜渣及水體全部清除出孔外，以免降低水泥漿與孔壁土體的黏結(jié)強(qiáng)度。若遇錨孔中有承壓水流出，待水壓、水量變小后方可下安錨索與注漿，必要時(shí)在周圍坡面適當(dāng)部位設(shè)置排水孔處理。

4.3 成孔過程中的防坍孔措施

主要采用全套管跟進(jìn)成孔技術(shù)來防止成孔過程中發(fā)生的孔壁坍方。對于成孔直徑為 150 mm 的孔采用φ160 mm鋼套管，壁厚為 3 mm，鋼套管 6 m 分節(jié)采用絲扣連接。成孔施工的同時(shí)采用氣壓泵同時(shí)打設(shè)鋼套管，起到對孔壁的保護(hù)以及對地下水有一定的隔離作用，施工完成后可采用液壓拔管器將鋼套管分節(jié)拔出。針對黏性土層、砂性土層、粒徑較小的礫石層中采用該項(xiàng)技術(shù)解決了因富含地下水時(shí)造成的孔壁坍方，錨桿無法下放的困難。

4.4 巖土錨桿的張拉技術(shù)

巖土錨桿的張拉需考慮巖層內(nèi)預(yù)應(yīng)力的損失，為確?；影踩?，應(yīng)及時(shí)予以應(yīng)力補(bǔ)償。

在注漿體強(qiáng)度達(dá) 80% 以后，將錨索用 32 a 工字鋼水平連接成為整體，先用輕型千斤頂對鋼絞線逐一張拉，張拉力控制在 10% 設(shè)計(jì)拉力值，使鋼絞線逐根順直，然后進(jìn)行整束整體初次張拉。整體張拉按多次多級進(jìn)行，一般采用兩次多級，初次最終張拉噸位為錨索設(shè)計(jì)錨固荷載的 50%～75%。末級最終張拉噸位為設(shè)計(jì)荷載的 100%，各次張拉噸位則按級等分，張拉時(shí)間間隔 ≥3 d，以 7 d 最好，使后一次張拉能有效補(bǔ)償前一次張拉因地層壓縮徐變而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失，末次張拉的預(yù)應(yīng)力損失則由超張拉補(bǔ)償。一般巖層預(yù)應(yīng)力損失比例在 13%～20% 以內(nèi)，土層 ≤25%，各級張拉均需持荷載穩(wěn)定 5 min 以上（最后一級張拉為 30 min），使預(yù)應(yīng)力在土體壓縮變形穩(wěn)定后能較好地均勻傳遞并得到調(diào)整。

5 施工成果

在采取了一系列措施后，使預(yù)應(yīng)力錨桿的施工在富水地質(zhì)條件及巖土地層中的施工質(zhì)量得以保證。主要解決了成孔質(zhì)量、孔壁坍方、巖層內(nèi)鉆進(jìn)、錨桿下放、孔內(nèi)滲水以及張拉后應(yīng)力損失的一系列問題，確保工程進(jìn)展順利。同時(shí)確保了基坑安全，使墻錨體系在該類地質(zhì)條件下的應(yīng)用得以順利實(shí)現(xiàn)。對施工完成后的索孔在整個(gè)基坑開挖過程中還需跟蹤觀察，對發(fā)生少量滲漏水的索孔還需及時(shí)進(jìn)行注漿封堵，避免對下道工序產(chǎn)生影響。結(jié)構(gòu)回筑時(shí)逐層、分區(qū)進(jìn)行拆除，并應(yīng)注意及時(shí)對索孔進(jìn)行永久性封堵，以免發(fā)生孔內(nèi)滲水。

6 結(jié) 語

本文以工程實(shí)例為依托，介紹了富水地質(zhì)條件下巖土錨桿的施工技術(shù)。主要問題是解決了錨桿在成孔過程中解決豐富的地下水、巖石地層條件下的成孔及可能產(chǎn)生的孔壁坍塌問題，包括在后期張拉時(shí)應(yīng)考慮在巖石地層內(nèi)已施工完成的錨桿會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。通過關(guān)鍵技術(shù)的研究使得上述問題得以解決，從而確保施工質(zhì)量，滿足設(shè)計(jì)要求。