浅析高压喷射扩大头锚索施工工艺

董苏龙

【摘要】随着高层建筑的大量兴建，土地资源的不断缩减及价格的不断上升，人们对基地下空间的开发利用也越来越重视。地下室做的层数和开挖深度都在不断增加，对深基坑的稳固安全有了新的更高的要求，在基坑中普通预应力锚索施工经验不断总结中诞生了扩大头预应力锚索，随着扩大头锚索在深基坑中的不断成功应用，实践证明它增加锚固段直径不仅增加了抗拔锚固力（比普通预应力锚索大3倍左右），基坑位移相对用普通预应力锚索位移也变小，可靠性更高。

【关键词】高压喷射扩大头、预应力锚索、施工工艺

1.工程概况

本工程位于南昌市青山南路与永外正街交叉口处，占地面积11000平米，地上建筑层高16F，地下3层地下室；基坑开挖深度（地下水位在地面下8米左右）12.5米，开挖范围内从上到下地层大概为：上部5到9米为粉质粘土，往下为4到6米的粉细沙，再往下为3到5米的粗砂（2到5cm）层，最后2到3米为强风化红砂岩。沙层透水性极强，普通的预应力锚索在该地层施工时容易涌沙和冒水，给基坑順利施工带来不便，如果基坑四周空旷、环境简单还好，对基坑位移要求不高，可以用普通预应力锚索施工。但基坑的西面和北面是主干道，东面和南面紧挨建筑物，开挖面离马路最近10米，离建筑物最近8米。考虑到基坑开挖及降水对周围建筑物及马路的影响，故建议设计采用围护桩加止水帷幕加3层高压喷射扩大头锚索（长度15米，设计抗拔力450KN，3米扩大头直径为0.8米，锚固段6米，自由段6米），比原先设计的普通锚索20米长度缩短5米。

2.施工工艺原理及流程

2.1高压喷射扩大头锚索施工原理就是在设计扩大头一段范围内利用高压水旋转切割扩孔并利用水泥浆（水泥砂浆）置换填充原地层形成园柱状扩大头，扩孔过程中孔内安装预应力锚索而形成的。

2.2高压喷射扩大锚索施工流程大概如下：土方开挖→桩间土喷锚→放线定孔位→钻机就位→校正孔位及角度→钻进成孔（高压扩孔）→ 安放锚索→注浆→拔套管→二次注浆→安装腰梁、锚头锚具→ 张拉锁定。

3.施工工艺

3.1测量定位：开挖后的基坑壁经过修整喷锚，按设计要求的标高和水平间距，用水准仪和钢尺定出孔位，做好标记。

3.2钻机就位：将专用锚杆钻机，对准已放好的孔位，调整好角度，由质检员验收合格后才可开钻。

3.3钻孔：选用硬质合金高压旋转钻头（喷头），钻头侧翼设置多个喷嘴进行高压旋转回转钻进工艺，锚杆钻孔的深度不应小于设计长度，也不宜大于设计长度 50cm。钻孔施工符合下列要求：a.钻杆钻孔时不得扰动周围地层。b.锚索水平方向孔距误差不大于 5cm，垂直方向孔距误差不大于 10cm。钻孔底部的偏斜尺寸不大于锚固体直径的 2%。c.锚孔 孔深不小于锚索设计长度，也不大于设计长度的 1%，锚孔的孔径不小于设计的孔径。d.锚索成孔尤其在沙层施工时应采用套管钻进以防踏孔。

3.4扩孔：高压旋转喷头的高压水泥浆在高压泵的压力作用下，从底部钻头和侧翼 喷嘴向外喷射，喷射过程极大的压力对土体或砂层进行切割；高压旋转钻头和侧翼喷嘴在动力推动下逐渐向前推，直至达到设计深度和直径，获得形成的锚杆孔。扩孔施工有以下控制点：a.扩孔的高压喷射压力应不小于 20Mpa，可取 20～30Mpa；喷头转速度 10～20r/min。b.高压喷射注浆水泥采用强度等级为 PO42.5 纯水泥浆，水灰比0.5，水泥用量锚固段不小于400kg/m，自由段不小于50kg/m。c.连接高压注浆泵和钻机的输送水泥浆的高压管管路长度不大于 100m。d.采用水泥浆液扩孔工艺，应至少上下往返扩孔两遍。e.高压旋转钻头（喷头）应均匀旋转，均匀提升或下沉，由上而下或由下而上进行高压喷射扩孔，喷射管分段提升或下沉的搭接长度不得小于 10 cm 。f.在高压喷射扩孔过程中出现压力骤然上升或下降时，应查 明原因并及时采取措施。g.施工中严格按照施工参数进行施工，如实做好各项施工记录。

3.5锚索制作与安放：钢绞线严格按设计尺寸下料，每股长度误差不大于 5cm。钢绞线按一定规律平直排列，杆索锚固段沿杆体轴线方向每隔 2m左右设置一个架线环，两个架线环之间用夹紧环与二次注浆管捆扎牢固形成一束结。锚索自由段用塑料管包裹，与锚固段相交处的塑料管管口用防水胶布封住。组装锚索时同时安放两根注浆管，一次注浆管底端距锚索底端 0.2m 左右，二次注浆管的管端 距离锚索末端 0.6m 左右。二次注浆管管底出口处用防水胶布封住，且从注浆管端 50cm 处开始向上每隔 3m 左右做出 1m 长的花管，花管的孔眼直径为 10mm，每段 6到10个孔眼，花管做几段视锚固段 长度而定，孔眼用防水胶布封住。组装好的锚索（包括注浆管）在钻孔结束后立即放入孔内，安放时，防止杆体扭压、弯曲，并确保拉杆处于钻孔中心位置，拉杆插入孔内深度不小于锚索长度的 95%。

3.6注浆：注浆分两次进行，采用 PO42.5 水泥制浆，一次注浆压力 0.3～0.5MPa，水灰比0.5。二次注浆压力为 2.0～5MPa，水灰比 0.4～0.6，二次注浆总量锚固段不小于 400kg/m，自由 段水泥用量不小于 50kg/m。注浆时，将配制好的浆液用注浆泵通过高压管压入一次注浆管中，浆液从注浆管底端喷出，随着浆液的灌入，逐步上拔注浆管，注意控制水泥注浆管底端必须始终埋入浆液面下1.5m 左右，以保证锚固体的浆液连续且密实。注浆直到孔口溢出浆液为止，此时拔出第一次注浆管。二次注浆利用二次注浆花管进行高压劈裂注浆，在达到最高压力后稳压 3～5min，此时注浆作业结束，二次注浆管留于孔内。注浆注意事项：a.灌注的所用水泥要检测合格性，以复核其强度指标。b.浆液应随搅随用，并在初凝前用完，一桶水泥浆不能存放超过4小时。注浆作业开始时，先用稀水泥浆循环注浆系统 1～2min，确保注浆时浆液畅通。c.对于一次注浆，当所注浆液硬化后，若发现浆液没有充满锚孔时，应该进行补浆。d.同一批锚孔注浆结束后，要清洗注浆管道循环系统。

3.7张拉与锁定：锚索的张拉与施加预应力（锁定）符合以下规定：a.预应力锚索张拉前，对张拉设备进行标定。b.预应力锚杆张拉应在锚杆施工龄期 10 天后进行，张拉应按相关规范分级张拉。 锁定 48h 内，应力损失超过 10%时应进行补偿张拉。c .锚索张拉顺序因为考虑对邻近锚杆的影响， 采用隔一拉一。d.锚索正式张拉前，取 20%的设计张拉荷载，对其预张拉 1～2 次，使其与锚具接 触紧密，钢绞线完全平直。e.预应力锚索工作期间应做锚杆应力监测。

4.施工效果及总结

在锚索验收成功张拉锁定基坑开挖结束后，根据监测单位的监测基坑位移非常小，最大的位移也才15mm.扩大头锚索也成功解决了8米水位以下预应力锚索施工困难的问题，锚索长度的减短，锚固力的大大提高，基坑安全性大大的提高。高压喷射扩大头锚索通过许多类似工程项目的成功实践证明：能克服普通锚索的缺点，而且单根抗拔力大，位移小，可靠性高，经济性（相比普通锚索数量的减少）好，是锚杆技术发展的一个方向。在深基坑支护工程中有很好的推广应用前景。