深基坑高压喷射囊式扩大头锚杆支护施工技术

杨士珏，洪人杰，李金园

YANG Shijue1，HONG Renjie2，LI Jinyuan3

(1.龙信建设集团有限公司，江苏 南通226000;2.浙江众立建设集团有限公司，

浙江 绍兴312000;3.上海鲁班工程顾问有限公司，上海200092)

1 工程概况

由海门市城市发展有限公司投资建设的海门·汇智园工程，总建筑面积139 249 m2，包括17 栋9～18 层住宅，2 栋2～3 层配套商业，1 栋3 层物业用房，4 栋变电所，5 栋门卫、垃圾转运站、燃气调压站及地下车库。

地下车库基坑周长约为860 m，基坑面积约为25 000 m2。整个基坑分成7 个支护段:东、南、西侧周边环境良好区域采用两级放坡的支护形式，基坑北侧距离红线较近区域采用φ850@1 200 三轴搅拌桩，内插H700 ×300 ×13 ×24 型钢(“插一跳一”)加一/两道囊式扩大头锚的支护形式，搅拌桩入土深度17 m，型钢长14 m，间距均为1.2 m。其特征剖面见图1。

由图1 可知，囊式扩大头锚杆自由段长度7 m，锚固段长10 m，直径φ180。其中8 m 为扩体段，孔径φ800，杆倾角在20°～30°之间交替，锚杆内置3 ×φ15.2 预应力钢绞线。

2 囊式扩大头锚杆工作原理

当锚杆杆体强度和杆体与扩大头之间的握裹力足够大时，也就是锚固体与土体间的相互作用达到极限时，锚杆抗拔力(T)由非扩大头锚固段与土体之间的侧摩阻力(T1)、扩大头锚固段与土体之间的侧摩阻力(T2)、扩大头端面支撑力(T3)组成，见图2。锚杆抗拔力(T)的计算公式如下:

其中T1= πdldtτf

式中:d—锚杆钻孔直径;

ld—非扩大头锚固段长度;

τf—钻孔孔壁摩阻力。

T2= πDlDτfD

式中:D—扩大头直径;

lD—扩大头长度;

τfD—扩大头的侧壁摩阻力，考虑到高压喷射扩孔对孔壁的加糙作用，可用τfD= 1.2τf;

图1 基坑剖面图

式中:α = 45° - φ/2;

φ—土体内摩擦角;

C—土体的内聚力;

δ—约束核锥面上的正应力。

图2 扩大头锚杆力学模型

3 囊式扩大头锚杆施工要求

3.1 囊式扩大头锚杆基本参数

锚索杆体在地面加工后，采用人工抬运至施工点，直接下入孔中，然后连接注浆机压浆管注浆，注浆采用“高压”注浆工艺。待锚索头部腰梁施工约8 d 后(同时预应力锚索注浆后间隔时间不能小于8～10 d)可进行张拉锁定。工艺参数见表1。

表1 锚杆基本参数

3.2 扩大头锚杆施工工艺流程

扩大头锚杆施工工艺流程见图3。

3.3 锚索施工程序与工艺

3.3.1 测量放线

钻孔前先根据要求测放孔位，并用竹签进行标记。

3.3.2 钻孔

(1)选择CH-90 型锚杆钻机。

(2)钻机就位后，应保持平稳，导杆或立轴与钻杆倾角一致，并在同一轴线上，倾角25°。

图3 扩大头锚杆施工工艺流程

(3)施工中根据地质条件可选择三角合金钻头。

(4)成孔直径不小于168 mm，在钻进过程中，应精心操作，精神集中，合理掌握钻进参数，合理掌握钻进速度，防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。一旦发生孔内事故，应争取时间尽快处理。

(5)钻孔完毕后，插入转杆进行高压旋喷注浆扩孔，重新插入D60 mm 钻杆至锚固段末，插入预制好的锚杆，先在钢套管内进行高压一次喷射注浆至孔口流出浆液为止，待4 h 后进行高压二次注浆至孔口流出浆液为止。见图4。

图4 钻孔实景图片

锚固孔的质量必须符合规范要求。我国工程建设标准化协会编制的《土层锚杆设计与施工规范(CECS 22：90)》［1］规定:

(1)锚杆成孔质量检验标准为锚孔水平位置偏差±100 mm，锚孔垂直度偏差不宜大于±1%;

(2)钻孔底部的偏斜尺寸不应大于锚杆长度的3%;

(3)锚固孔深度应不小于设计长度，也不宜大于设计长度的0.1 m。

作为钻孔质量监控的一项措施，施工人员必须认真填写钻孔钻进中原始记录表，详细记录每个孔的进尺情况、地层变化、施工时间及其他特殊情况。

3.3.3 锚索制作

(1)按设计要求制作锚索，锚索采用3 ×φ15.2钢绞线。锚索定中架或隔离架均按设计要求制作和安装，使锚索处于钻孔中心。锚索自由段须抹一层黄油，并密裹塑料布，套塑料软管、扎牢。

(2)本工程锚索必须严格按照设计图纸中对自由段和锚固段的要求执行，钢绞线锚固段架线环与紧箍环每隔1.5 m 间隔设置，紧箍环系16 号铅丝绕制，不少于两圈，自由段每隔2 m 设置一道架线环，以保证钢绞线顺直。

(3)安放锚索杆体时，应防止筋体扭曲，注浆管宜随锚索一同放入孔内，管端距孔底为50～100 mm，筋体放入角度与钻孔倾角保持一致，安好后使筋体始终处于钻孔中心，锚索孔口外露1 200 mm以便张拉。

(4)若发现孔壁坍塌，应重新透孔、清孔，直至能顺利送入锚索为止。见图5。

图5 锚索制作实景图片

3.3.4 扩孔

采用高压旋喷进行扩孔，水泥浆为水灰比1.0 纯水泥浆，旋喷压力25～30 MPa，浆量75 L/min。拔管速度为0.1～0.2 m/min，水泥采用42.5R 普通硅酸盐水泥中断喷射后，恢复注浆时搭接长度不小于0.5 m。

3.3.5 注浆

囊式扩体锚固段注浆采用高压注浆工艺，水泥净浆灌注，浆液应搅拌均匀并过筛，随拌随用。浆液应在初凝前用完，注浆水灰比0.4～0.5，注浆体设计强度不小于30 MPa，浆体强度检验采用的试块每50 根锚杆不少于1 组，每组不少于6 个试块。锚索成孔采用套管跟进，到底后下入锚索，然后从第一次注浆管注入水泥浆至孔口流浆为止，拔出第一次注浆管，届时进行第二次注浆。见图6。

图6 注浆工艺

3.3.6 张拉、锁定

锚索施工后，应进行验收试验，验收试验的锚索数量根据设计图纸按总量的5%进行。进行土层锚索验收试验时，加载宜按设计荷载的25%、50%、75%、100%、120%、150%依次进行。

(1)锚索张拉前至少先施加一级荷载(即1/10的锚拉力)，使各部紧固伏贴和筋体完全平直，保证张拉数据准确。

(2)锚固体与台座混凝土强度均大于21 MPa 时(或注浆后至少有8～10 d 的养护时间)，方可进行张拉。

(3)锚索张拉至1.0～1.5 倍设计轴向拉力值Nt，土质为砂土时保持10 min，为黏性土时保持15 min，然后卸荷至锁定荷载进行锁定作业。

(4)锚索锁定后，若发现有明显预应力损失时，应进行补偿张拉。见图7。

图7 预应力施加实景图片

4 技术经济性分析及优点

通过“高压喷射囊式扩大头锚杆支护施工技术”在海门·汇智园基坑工程中的应用，其技术性能和经济效益方面有如下表现:

4.1 抗拔力高且位移小

扩大头锚杆与普通锚杆相比，扩大头直径可达到0.6～2.0 m，所提供的抗拔力大，扩大头锚杆的锚头位移小，特别适合于对位移限制要求高的地方，甚至对位移有特殊要求的，可以按位移控制进行设计和施工;而且，扩大头锚杆具有承压型锚杆的特性，加之高压喷射对孔壁有明显的“加糙”作用，其可靠性比普通锚杆高。

4.2 节省基坑支护造价和减少工期

在深基坑支护(锚拉排桩)工程中采用扩大头锚杆，锚杆根数比采用普通锚杆可减少60%～70%，单根锚杆的长度可缩短约30%，锚杆工程的总造价可以节省约30%。扩大头锚杆可以更好地控制基坑位移;单根扩大头锚杆的抗拔力可以相当于4 根普通锚杆的抗拔力，从而拥有更好的经济性。

5 结 语

海门·汇智园基坑工程扩大头锚杆对于控制围护结构变形起到了很明显的作用，整个基坑开挖的过程中，支护结构的水平位移控制在设计预期的范围内，这与设计的初衷是相符合的，达到了安全性能和经济效益均优的效果。高压喷射囊式扩大头锚杆支护施工技术为深度大、土质条件差、变形要求高的基坑提供了一种很好的借鉴。

［1］ 冶金部建筑研究总院. CECS 22 ： 90 土层锚杆设计与施工规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，1990.