城市深大基坑旋喷锚索施工技术

城市深大基坑旋喷锚索施工技术

吴洪强高爱林陈殿干

北京城建勘测设计研究院有限责任公司北京100101

摘要：结合某城市深大建筑基坑工程施工实际，介绍了旋喷锚索施工工艺，对旋喷锚索施工过程中出现的问题进行了原因分析并制定了相应处理对策，积累了大量的经验。

关键词：深大基坑旋喷锚索预应力处理对策

1概述

旋喷锚索具有作业空间小，场地适用性强、工艺简单，节约人材成本，缩短工期、降低施工难度，保证设计安全性，提高基坑安全性、成孔直径大，抗拔承载力大、减少对周围环境影响等一系列的优点，在城市深大基坑围护施工中，常常与工法桩或钻孔桩等共同组合成一个受力体系，共同抵御基坑周边土体的变形，这种有效的组合使各自的性能得到了较好的发挥。其中旋喷锚索是整个支护体系的关键一环，其施工质量的好坏关系到整个围护结构施工的成败。

2工程概况

某城市地下空间综合开发项目总建筑面积约52670平方米，分两个地下广场，1号广场基坑东西向长240米，南北向长约125米。地下一层结构部分，深度约10.5m，局部加深处有11.5m、12.0m、12.8m；地下二层结构部分，深度约15.1m，局部加深处有16.2m、17.0m。2号广场基坑东西向长109.0米，南北向长60.0米，深度约10m，局部加深处11.5m，属于深大基坑。

2.1基坑围护形式

1、2号广场地下结构部分均采用SMW工法桩+锚索的支护结构体系，桩直径850mm，间距600mm；其中1号广场地下二层结构部分支护体系采用钻孔灌注桩+锚索，桩直径900mm，间距1100mm，钻孔桩外侧设三轴搅拌桩止水帷幕，桩直径850mm，间距600mm。

2.2地质条件

基坑开挖影响范围内的土层自上下层为填土、黏土、淤泥质粘土、粉砂质粘土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土夹粉土粉砂。

3旋喷锚索施工工艺

3.1施工技术参数及机械设备选定

旋喷锚桩直径为500mm，锚杆桩端扩大段直径不小于800mm，长度不小于2m。锚固体倾角15°/20°，根据不同锚杆的角度、长度及间距，隔一错一布置；水泥采用42.5级普通波特兰水泥，掺量为20%，水灰比0.7，试验检测加固体28天无侧限抗压强度不小于1.0Mpa；旋喷锚桩内插Φ15.2钢绞线，每根桩内插钢绞线3～5根，钢铰线强度标准值为1860MPa，每根钢绞线由7根钢丝组成，钢绞线端头由Φ150×20钢板制作而成锚盘。

现场试桩结果表明，旋喷搅拌的射流混合压力取16～19Mpa，锚杆桩端扩大段旋喷搅拌的射流混合压力为19Mpa。浆液制作采用自动搅拌系统，XL—50型钻机6台，ZJB/BP—55(55A)型变频高压喷射泵2台，最高压力不大于50MPa。

3.2锚索施工工艺

3.2.1土方开挖

土层开挖至锚索设计标高以下300mm，以满足锚索钻进作业的要求。大型基坑施工中，可以在锚索位置分段开挖沟槽，宽度5-7m。

3.2.2锚孔定位

开挖后的基坑壁经过修整喷锚，根据钻孔前的放线位置确定旋喷锚桩钻孔位置，当钻头到位时，其位置必须准确，底座务必平整。钻杆倾角由罗盘检查，角度偏差控制在3°，高差控制在50mm。

3.2.3成孔

水泥土锚索采用XL—50型特种钻机，施工中如果遇到硬土层，采用冲击成孔，其他的采用湿式成孔。高压旋转钻头的高压水泥浆在高压泵的压力作用下，从钻头和侧向喷嘴喷出，同时同步切割周侧的土体或砂层；高压旋转钻头和侧翼喷嘴通过驱动力向前推进，直至满足设计要求，完成钻孔作业。在锚索施工过程中，要间隔施工，相邻锚索施工前必须等待一天以上才能施工，以确保锚桩质量。

3.2.4锚索制作

锚索现场制作，按设计尺寸切割钢绞线，每股钢绞线的长度误差不得超过10mm，按要求排列成直线。根据设计要求，制作锚固端锚盘。

锚头通过冷挤压法固定在锚盘上，采用隔离套管对锚索自由段进行隔离。完成后将锚索编号标注并集中放置。

3.2.5锚索安装与注浆成桩

锚索及成孔完成后进行注浆，严格控制注浆量。当从孔口溢出的浆液不含砂和土壤时，退出钻杆并安装钢绞线。密切关注根据孔口溢出浆液的多少情况，如果溢出量比较大，说明为杂填土，孔隙较大，土体松散，水泥土混合体在旋喷压力下易溢出孔外；若溢出量较少，且返浆成块状体，说明为原状粘土层。若锚索锚固段处于松散或孔隙较大的土层，可适当加大喷浆压力加固周围土体，确保锚索锚固承载力。

在旋喷桩底部，钢绞线插入定位误差≯30mm，底标高误差≯20mm，筋体应放在桩体的中心上，旋喷锚桩养护10天，然后施加预张力锁定，筋体与腰梁、锚具牢固连接。

锚索推送过程中，压力控制在10MPa左右。当钢绞线插入到位后，立即注浆，注浆时间不少于5min，以保证扩大段质量。注浆至孔口返浆，停止注浆，退出钻杆。

3.2.6腰梁及锚具垫板安装

腰梁采用25C双拼槽钢，用缀板连接；桩表面处理平整，采用C30混凝土填充围檩与桩之间的缝隙，确保圈梁与桩连接紧密。锚杆和桩两侧分别焊接12mm厚加劲板。锚具采用OVM系列，垫铁采用实心铸铁铸造，垫板采用25mm钢垫板。

3.2.7预应力锚索张拉与锁定

旋喷锚桩经过10天的养护后，进行预应力张拉、锁定，筋体与腰梁、锚具连接牢固。采用专用设备进行张拉，首先采用20%锁定荷载进行两次预张拉，然后进行分级张拉，分别采用50%和100%的锁定荷载，最后采用110%的锁定荷载进行超张拉，保持5分钟，确认锚头无位移后采用锁定荷载进行锁定。

4旋喷锚索施工问题原因分析与处理对策

4.1坍孔

坍孔的主要原因是钻杆穿越粉砂层或松散的杂填土层，对于此类地层宜采用套管护壁成孔工艺。若钻孔完成后，在穿送钢铰线中途无法顺利下放至孔底，则宜抽出钢铰线，重新钻孔，调整旋喷压力与注浆时间加固周围土层后再下放钢铰线。

4.2地表裂缝或锚孔涌水涌泥沙

地表产生裂缝的主要原因是地下水位下降或地层涌水涌砂导致内部产生空腔，从而导致地表沉和裂缝。当围护结构采用帷幕止水时，低于地下水位，特别是位于承压水层内的成孔作业易出现涌水、涌砂，导致成孔破坏、钻孔周围土体坍塌、地面及周边建构筑物的沉降、倾斜等。同时，注浆浆液因为水的稀释无法固结，造成锚头位置长期漏水等问题。当锚索遇到软流塑的淤泥地层，止水效果又不到位的情况下，也有可能发生桩间涌泥的现象。

当遇到较高地下水压力作用时，采用掩护式施工。先开孔施工，钻进至止水帷幕1/3位置，采用麻袋、快速水泥对孔口段进行封堵，待水流变小时继续进行钻进，钻进至设计桩底位置退出钻具，更换钻头安装钢铰线，插入孔内后再采用快速水泥对孔口进行封堵，边注浆边送钢铰线至设计位置，退出钻杆后对孔口采用快速水泥进行封堵，若水流较小，可在孔内埋设导流管，完成该根桩施工后再采用聚氨脂堵漏。若水流较大或涌砂涌泥应采取填土反压、地表注浆等措施加固周围地层，避免大的事故发生。

5.3钻进遇障碍物处理

高压旋喷锚索施工时若局部遇到图纸中位置与地下管线冲突，可采取适当调整倾斜角度或改变桩位等措施（与设计单位进行沟通），施工过程中如果出现紧急情况，应立即停止工作，各相关单位积极协商解决方案、相互配合，确保施工顺利进行。当钻进过程中遇孤石等障碍物且地层埋深较浅时，可对该部位反挖回填，并对该部位注浆加固后重新钻孔。对于距围护结构较近的浅部管线应开挖探洞、探沟进行探测，进一步核实具体位置，量测出其实际埋深及距围护结构的净尺寸，并做好醒目的标记，以避免施工时遇到不必要的麻烦，更好的对地下管线做好避让和有效的保护；同时对于废除的地下管道在锚索施工前对管道口进行有效的封堵，防止注浆过程水泥浆液流失，影响施工质量。

锚索钻机就位后首先对锚孔部位进行试孔，在两围护桩体间无法钻进或卡钻，主要原因为围护桩体施工时因地层原因导致该部位出现塌孔从而致使相邻桩体混凝土间隙过小甚至粘连。针对此问题，可采取人工引孔后再进行正常钻进。对于土层锚索来说，卡钻主要是遇上了其能力所不及的卵石地层，此时应调整角度或位置，使锚索避开卵石地层，然后改用跟管钻机施工。

5.4预应力损失过大

锚索锁定后对锚索轴力进行测定发现，锁定力与实测力出现较大偏差。在后续的锚索张拉施工中，采用3台XP02频率读数仪接收轴力计变化频率，整束张拉过程采用油压表读数控制加荷，每级加荷都记录测力计频率。通过对锚索测力计3根振弦在张拉时加力历时进程观测和分析，发现之间差值较大，表明锚索存在偏心受力现象。锚墩、锚孔或者锚固段的施工质量问题有可能导致锚索受力偏心问题，必须对锚索预应力产生影响。

锚索安装时钢铰线卷曲，锚索张拉时受力不均，易出现较大的预应力损失。锚索锁定后进行下层土方开挖时，随着下方土体卸载产生应力释放和重分布以及施工机械对腰梁或锚头碰撞松动亦是锚索预应力损失产生的原因之一。除施工因素的影响外，钢铰线材料松驰、锚头刚度不足、周围地层蠕变和锚固体徐变均会对锚索预应力产生一定影响。

对于锚索受力偏心问题，可采取严格基座钢垫板加工尺寸、表面平整度及满足刚度要求的措施，并确保钢铰线安装过程不缠绕弯曲、锚索与锚固体轴线同心。在预应力张拉时，采取两次预张拉消除钢铰线受力不均的影响，通过消除偏心带来的误差，降低了应力损失率。

锚索张拉锁定后，加强成品保护，严禁机械碰撞。当锚索严重损失预应力时，应再次锁定；当锚头松动驰、脱落、锚具失效时，应及时进行修复和再次锁定；当锚杆需要再次张拉锁定时，锚杆外露长度和完好程度应满足张拉要求。一次张拉后间隔一段时间进行二次补偿张拉，不仅能够有效消除相邻锚杆间的影响，而且能抑制锚杆的预应力衰减。这种方法不但能准确地锁定到设计预应力值，而且补偿后的预应力变化更为稳定，是可行的控制预应力损失的技术手段。

5.5桩体在验收检测时发生破坏

锚桩在验收检测时发生破坏有四个原因。第一，锚固端挤压锚在进行冷挤压时，挤压锚具内部弹簧压丝滑脱或冷挤压时施工人员操作不熟练造成弹簧压丝部分破碎挤出体外；第二，水泥土复合桩体强度不足或成桩时旋喷压力不足，导致锚固体直径不足进而导致摩擦力不足；第三，桩体扩大头锚固端位于淤泥质粉砂层或孔隙较大的松散土层，锚固力不足导致桩体滑移破坏；第四，锚索锁定力过大。

对于以上情况，可在破坏的桩体一侧补桩，与设计沟通并调整施工工艺参数，加大旋喷压力和注浆压力，扩大锚固体直径增强桩体摩阻力。

6应用建议

旋喷锚索在某城市深大基坑围护结构施工中的成功应用，对其施工工艺和质量控制要点以及易出现的问题和处理措施进行了总结分析，积累了大量的经验，为后续类似深大基坑工程提供了借鉴。

参考文献：

[1]李克金.可回收预应力锚索在深基坑工程中的应用技术研究.铁道建筑技术,2015(5).

[2]张国安.旋喷锚索桩技术在基坑支护工程中的应用.城市建设理论研究,2012(6).

[3]徐劲,李飞,张旭.某建筑深基坑支护多方案设计与施工分析.江苏建筑,2015(1).

[4]马太禄.基坑工程围护结构施工工艺的案例探究.中外建筑,2014(5).

[5]谢华.高层建筑超大深基坑土方开挖与支护技术.科学与财富,2013(7).

[6]胡学林,李芬祥.桩锚支护在基坑工程中的应用.工程与建设,2013(3).

吴洪强（1987）、男、汉族、山东德州、工程师、硕士学位、从事城市轨道交通工程施工及安全风险管理工作；

高爱林（1982）、男、汉族、河北衡水、高级工程师、硕士学位、从事城市轨道交通工程施工及安全风险管理工作；

陈殿干（1981）、男、汉族、江苏射阳、高级工程师、学士学位、从事城市轨道交通工程施工及安全风险管理工作；