復(fù)雜地質(zhì)基坑支護(hù)可回收高壓旋噴擴(kuò)大頭錨索施工技術(shù)分析

劉盛榮

（福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，福建 福州 350000）

0 引言

隨著地下空間不斷開發(fā)，出現(xiàn)很多深基坑工程，樁錨支護(hù)體系因結(jié)構(gòu)受力合理、施工速度快和造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于深基坑支護(hù)工程。遇到飽和細(xì)砂或淤泥等地質(zhì)時(shí)，常規(guī)的錨索施工容易出現(xiàn)縮頸或塌孔等現(xiàn)象，錨索的錨固力難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，另外土層發(fā)生蠕變時(shí)容易導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生較大損失，在這種情況下，可回收高壓旋噴擴(kuò)大頭錨索應(yīng)勢而出。該新型錨索采用鉆機(jī)以設(shè)計(jì)要求的角度鉆進(jìn)成孔，在擴(kuò)大頭段由鉆桿上的噴頭向四周土體噴射水泥漿，旋噴攪拌形成一定直徑的樁體，再利用鉆機(jī)將錨索體安裝到位，對(duì)錨索施加預(yù)應(yīng)力后形成高壓旋噴擴(kuò)大頭錨索，待土方回填后即可對(duì)錨索進(jìn)行回收?？苫厥崭邏盒龂姅U(kuò)大頭錨索施工技術(shù)不僅可以解決復(fù)雜地質(zhì)情況下錨索施工遇到的縮頸或塌孔等難題，還能有效地保證錨索施工質(zhì)量和基坑安全，避免出現(xiàn)地面不均勻沉降等質(zhì)量問題。本文結(jié)合案例工程對(duì)該技術(shù)進(jìn)行分析。

1 工程概況

南平市武夷新區(qū)云谷小區(qū)二期C、G1、G2、I地塊項(xiàng)目位于福建省南平市建陽區(qū)童游街道，C 地塊總建筑面積為106945.99m2，1#、3#～5#和8#～9#樓為地上16層，2#和6#～7#樓為地上15 層，附屬商業(yè)1、2 為地上1層，配電房為地上2 層，地下室為1 層。G1 地塊總建筑面積為118166.10m2，1#～2#和5#～8#樓為地上16 層，3#～4#和9#～10#樓為地上12 層，附屬商業(yè)為地上3層，開閉所為地上1 層，地下室為1 層。G2 地塊總建筑面積為57641.66m2，1#和4#～5#樓為地上16層，2#樓為地上13 層，3#樓為地上12 層，附屬商業(yè)為地上3 層，開閉所為地上1 層，地下室為1 層。I 地塊總建筑面積為106945.99m2，1#～6#樓為地上16 層，7#～9#樓為地上15 層，附屬商業(yè)1、2 為地上1 層，配電房為地上2 層，地下室為1 層，結(jié)構(gòu)形式為框剪結(jié)構(gòu)。基坑開挖深度為5.3～6.8m，基坑支護(hù)方式為SMW工法樁+可回收高壓旋噴擴(kuò)大頭錨索，三軸水泥攪拌樁直徑為850mm，間距為600mm，樁長為23m，在攪拌樁中插入H型鋼，型鋼規(guī)格為H700mm×300mm×13mm×24mm，長度為21m?？拥妆粍?dòng)區(qū)采用直徑為850mm，間距為600mm 和長度為6.0m的三軸水泥攪拌樁進(jìn)行加固處理。可回收高壓旋噴擴(kuò)大頭錨索長度為24m，擴(kuò)大頭段長度為16m，直徑≥400mm，布設(shè)間距為1.6m，錨索由3根直徑為15.2mm的鋼絞線組成，俯角為25°，設(shè)計(jì)拉力為260kN。

2 工程地質(zhì)情況和水文情況

2.1 地質(zhì)情況

該工程施工區(qū)域的地質(zhì)情況如下：①素填土，均勻性差，以黏性土為主，混有少量塊石、磚塊、碎石等硬雜質(zhì)，欠壓實(shí)，層厚0.20～2.60m；②粉質(zhì)黏土，以黏粒、粉粒為主，呈軟塑～可塑狀態(tài)，海積成因，屬于中壓縮性土，層厚0.50～2.30m；③細(xì)砂，磨圓度一般，呈松散～中密狀態(tài)，夾雜少量淤泥，淤泥含量約為10%，飽和，層厚1.90～16.50m；④淤泥，均勻性較差，以黏粒、粉粒為主，呈流塑～軟塑狀態(tài)，局部混有細(xì)砂或粉砂，具高壓縮性，海積成因，層厚1.50～5.40m；⑤淤泥質(zhì)黏土，含有少量腐蝕質(zhì)，呈軟塑狀態(tài)，層厚2.60～21.30m；⑥卵石，粒徑為2～16cm，巖質(zhì)為火山巖，次圓狀，呈中密～密實(shí)狀態(tài)，顆粒間填充物為礫砂和粗砂，層厚2.40～6.90m；⑦殘積砂質(zhì)黏性土，母巖為花崗巖，呈可塑～硬塑狀態(tài)，遇水易崩解，層厚1.40～4.70m；⑧全風(fēng)化花崗巖，屬于極軟巖，散體結(jié)構(gòu)，層厚1.20～7.70m；⑨砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，散體結(jié)構(gòu)，巖體極破碎，主要成分為長石和石英，層厚1.40～13.80m；⑩碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，巖質(zhì)軟硬相間，節(jié)理裂隙發(fā)育,中粗粒結(jié)構(gòu)，層厚5.80～10.40m。基坑開挖涉及的土層為①～⑤層土層，其物理力學(xué)性能如表1所示。

表1 基坑開挖土層物理力學(xué)參數(shù)

2.2 水文情況

施工場地地下水初見水位埋深為1.90～3.70m，穩(wěn)定水位埋深為1.70～3.50m，對(duì)基坑開挖產(chǎn)生影響主要為潛水和承壓水，潛水賦存于①素填土層中，主要受大氣降水和地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給的影響較大，尤其是受地表水的影響較大。第一層承壓水主要賦存于③細(xì)砂中，主要補(bǔ)給來自地表水垂直方向滲透和地下水側(cè)向徑流，而②粉質(zhì)黏土和④淤泥則形成相對(duì)隔水層。

3 施工難點(diǎn)分析

（1）錨索穿越土層主要為③細(xì)砂和④淤泥等土層，在承壓水的作用下，錨索成孔時(shí)出現(xiàn)縮頸、塌孔和涌砂涌泥等現(xiàn)象，成孔困難，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度；

（2）在細(xì)砂層安裝錨索時(shí)，由于基坑外水壓力較高，而細(xì)砂流動(dòng)性較好，細(xì)砂容易進(jìn)入錨索的套管內(nèi)，導(dǎo)致錨索無法下放到設(shè)計(jì)高程，錨索長度不滿足設(shè)計(jì)要求；

（3）在飽和的細(xì)砂層中，錨索擴(kuò)大頭段直徑設(shè)計(jì)要求≥400mm，類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)表明，旋噴壓力和轉(zhuǎn)速對(duì)錨索擴(kuò)大頭直徑影響較大，成孔質(zhì)量控制難度大。

4 施工方案確定

結(jié)合工程地質(zhì)情況、水文情況、工程實(shí)際和設(shè)計(jì)要求等因素，富水砂層錨索施工很容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，經(jīng)研究決定，可回收高壓旋噴擴(kuò)大頭錨索的施工方案采用全套管跟進(jìn)+旋噴擴(kuò)孔的成孔方法，自由段采用鋼套管跟進(jìn)成孔，擴(kuò)大頭段先旋噴擴(kuò)孔后再鋼套管跟進(jìn)，錨孔清孔后即可下放錨索，分2 次注漿后張拉與鎖定，待達(dá)到拆除條件后再回收錨索。

5 可回收高壓旋噴擴(kuò)大頭錨索施工技術(shù)

5.1 施工準(zhǔn)備

嚴(yán)格按照土方開挖方案分段分層進(jìn)行土方開挖，待土方開挖至錨索孔位以下0.5m時(shí)，在靠近SMW 工法樁一側(cè)修筑錨索工作平臺(tái)，平臺(tái)寬度為7.0m，平臺(tái)面應(yīng)平整和寬敞，以便鉆機(jī)調(diào)整鉆入角度。在距離SMW 工法樁0.3m 位置設(shè)置排水明溝，每隔30m 設(shè)置1 個(gè)泥漿沉淀池。

5.2 鉆機(jī)就位

鑒于鉆機(jī)施工平臺(tái)土質(zhì)強(qiáng)度較低，將厚度為0.5m的磚渣鋪設(shè)平整，局部較為軟弱位置加鋪鋼板，確保鉆機(jī)底座的平穩(wěn)性。錨索鉆機(jī)選用型號(hào)為MGL-135 履帶式多功能鉆機(jī)，鉆機(jī)就位后，測量并調(diào)整鉆桿的角度為25°，角度誤差允許值為±2°。

5.3 成孔

該工程采用全套管跟進(jìn)+旋噴擴(kuò)孔的成孔方法，鋼套管直徑為150mm，鉆頭選用合金錐形鋼鉆頭，利用鉆機(jī)的前回轉(zhuǎn)動(dòng)力對(duì)套管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，鉆頭與套管同時(shí)鉆進(jìn)，每節(jié)套管長度為3m，套管接長采用套絲擰緊，高壓水從鉆桿中噴出，利用水壓力和鉆進(jìn)壓力將孔內(nèi)土體排出孔外。成孔至擴(kuò)大頭段時(shí)，將鉆頭更換成高壓旋噴鉆頭，擴(kuò)大頭段采用水泥漿旋噴成孔，采用P·O42.5水泥，水灰比為1.0，鉆進(jìn)速度為20cm/min，噴漿壓力為25MPa，鉆桿轉(zhuǎn)速為20r/min，成孔深度應(yīng)比設(shè)計(jì)高程超深0.5m[1]。為了保證擴(kuò)大頭段直徑為400mm，旋噴成孔至孔底后應(yīng)提鉆再次旋噴擴(kuò)孔，退鉆速度為12cm/min，噴漿壓力為34MPa，鉆桿轉(zhuǎn)速為20r/min，使得擴(kuò)大頭段水泥摻量≥300kg/m。旋噴擴(kuò)孔應(yīng)連續(xù)施工，噴嘴應(yīng)勻速旋噴前進(jìn)或后退，分段旋噴時(shí)應(yīng)充分搭接，搭接長度≥100mm。

5.4 錨索制作與安裝

錨索采用壓力分散型錨索，強(qiáng)度為1860MPa，直徑為15.2mm，錨索下料長度為設(shè)計(jì)長度+1.5m 預(yù)留張拉長度，錨索應(yīng)采用切割機(jī)進(jìn)行整長切割，鋼絞線應(yīng)平直無損傷。錨索端部應(yīng)按照規(guī)定安裝錨定板，直徑為150mm，鋼板厚度為25mm。錨索體架線環(huán)的設(shè)置間距為1.5m，采用鐵絲固定牢固，確保鋼絞線順直[2]。錨索回收裝置組裝在錨索上，注漿管布置在錨索內(nèi)，注漿管不綁扎。錨索下放時(shí)應(yīng)對(duì)錨孔進(jìn)行通孔檢查，確保錨孔內(nèi)無鉆渣和掉塊，孔位偏差應(yīng)控制在50mm 以內(nèi)，孔位傾斜度偏差≤3%，錨孔質(zhì)量驗(yàn)收合格應(yīng)仔細(xì)核對(duì)錨孔孔號(hào)和錨索編號(hào)的一致性，并對(duì)錨索體進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤后即可推送錨索。錨索下放時(shí)應(yīng)順直，推送應(yīng)用力均勻，防止錨索出現(xiàn)扭壓彎曲現(xiàn)象。

5.5 注漿

注漿分為一次注漿和二次注漿，漿液為純水泥漿，水灰比為0.4～0.45，漿體強(qiáng)度為M30，一次注漿采用孔底返漿法，注漿壓力為0.2～0.5MPa，一次注漿管與孔底的距離≤300mm，注漿應(yīng)勻速與連續(xù)，待孔口冒出漿液時(shí)，在孔口位置安裝止?jié){袋，待孔口冒出大量濃漿和注漿壓力達(dá)到0.5MPa，即可停止注漿[3]。待漿體強(qiáng)度達(dá)到5MPa 即可進(jìn)行二次注漿，采用劈裂注漿法，水泥漿水灰比為0.4～0.45，注漿壓力為2.5～3.0MPa，注漿過程中將鋼套管拔出，并重點(diǎn)關(guān)注周邊土體是否出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，如出現(xiàn)開裂等異?，F(xiàn)象，則應(yīng)立即停止注漿，分析其產(chǎn)生原因并采取妥善技術(shù)措施處理后方可重新開始注漿。待注漿壓力達(dá)到3.0MPa，持續(xù)穩(wěn)壓注漿3min 后即可停止注漿。

5.6 錨索張拉與鎖定

待冠梁混凝土強(qiáng)度和錨索漿體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值80%即可開始錨索張拉作業(yè)，千斤頂型號(hào)為YC-100型，錨具型號(hào)為OVM15-4，屬于擠壓錨具，千斤頂安裝與錨具和錨墊板應(yīng)對(duì)中密貼，千斤頂與錨索體和錨孔等軸線應(yīng)保持同軸一線，張拉臺(tái)座的承壓面應(yīng)垂直于錨索體軸線，表面平整與潔凈，張拉設(shè)備在投入使用前應(yīng)做好標(biāo)定工作。在錨索張拉前，采用26～52kN 對(duì)錨索進(jìn)行預(yù)張拉1～2 次，使得鋼絞線平直，張拉設(shè)備各組件緊密接觸[4]。嚴(yán)格按照差異分步張拉方法對(duì)錨索進(jìn)行分級(jí)加荷張拉，共分為6 級(jí)，每級(jí)荷載分別為78kN、156kN、234kN、299kN、325kN 和364kN，第1～5級(jí)荷載張拉后應(yīng)持荷5min，第6 級(jí)荷載張拉后應(yīng)持荷10min 后卸載至286kN 進(jìn)行鎖定。張拉時(shí)應(yīng)及時(shí)量測錨索伸長量，要求理論值和實(shí)測值的偏差為±6%之內(nèi)。如果錨索鎖定2d內(nèi)發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失超過26kN，則應(yīng)按照規(guī)定進(jìn)行補(bǔ)償張拉，張拉次數(shù)≤2次。

5.7 錨索回收

待土方分層回填夯實(shí)至冠梁梁底且地下室頂板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度即可開始錨索回收工作，采用千斤頂對(duì)錨索進(jìn)行加載，使得錨頭松動(dòng)并向外浮起，繼續(xù)加載直至錨頭處的工作夾片脫落下來，卸載千斤頂，拆除錨頭。采用夾鉗將鋼絞線夾住，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)鋼絞線1.5圈即可解鎖[5]，采用電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)將錨索逐根拔出，對(duì)拔出的錨索的外觀質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)檢查和登記，該工程錨索回收率達(dá)100%。

6 質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）在正式開工前，該工程選取3 個(gè)不同剖面對(duì)錨索進(jìn)行基本試驗(yàn)，對(duì)錨索的極限承載力進(jìn)行確定，并通過基本試驗(yàn)對(duì)可回收高壓旋噴擴(kuò)大頭錨索施工工藝及相關(guān)技術(shù)參數(shù)取值進(jìn)行確定，從而保證錨索的安全程度和工作性能，確保錨索施工質(zhì)量。

（2）為了防止出現(xiàn)串孔事故，該工程跳2 孔進(jìn)行成孔。

（3）由于噴漿壓力和進(jìn)退鉆速度對(duì)旋噴擴(kuò)孔的直徑影響較大，在成孔時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照基本試驗(yàn)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行控制，進(jìn)、退鉆速度分別為20cm/min 和12cm/min，進(jìn)、退鉆噴漿壓力分別為25MPa 和34MPa，鉆桿轉(zhuǎn)速均為20r/min，通過2 次旋噴擴(kuò)孔以保證擴(kuò)大頭段直徑滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）一次注漿時(shí)如果發(fā)現(xiàn)孔口水泥漿有回落現(xiàn)象，應(yīng)在0.5h 內(nèi)及時(shí)補(bǔ)漿，確?？變?nèi)漿液飽滿。二次注漿時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力，防止因壓力過大使得水泥漿灌入錨索內(nèi)，導(dǎo)致出現(xiàn)錨索回收困難現(xiàn)象。

（5）錨索張拉時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照施工方案分級(jí)張拉，每級(jí)張拉時(shí)應(yīng)量測錨頭位移3 次，詳細(xì)記錄每級(jí)錨索的伸長量，伸長量應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

7 結(jié)束語

綜上所述，復(fù)雜地質(zhì)基坑支護(hù)可回收高壓旋噴擴(kuò)大頭錨索施工技術(shù)能夠有效地解決富水細(xì)砂層或淤泥層成孔時(shí)出現(xiàn)的塌孔、縮頸和涌砂涌泥等施工難題，還能有效地保證錨索施工質(zhì)量和基坑安全，避免出現(xiàn)地面不均勻沉降等質(zhì)量問題，施工效果顯著，可為類似項(xiàng)目提供一定參考。