深大基坑旋喷锚索施工技术

摘要：结合工程实例，介绍了旋喷锚索施工工艺、关键施工技术要点，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，为类似工程施工提供借鉴。

关键词：旋喷锚索 施工工艺 关键施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码： A

1.引言

在深大建筑基坑围护施工中，旋喷锚索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，而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

2.1工程简介

无锡太湖广场地下空间开发以太湖大道为界，分南北两个地下广场，总建筑面积约51975平方米。北广场基坑东西向长238.40米，南北向长约123米，为两层基坑。地下一层基坑深度约10.4m，采用Φ850@600SMW工法桩+锚索的支护结构体系；地下二层基坑深度约15.05m，采用Φ900@1100钻孔灌注桩+锚索的支护结构体系，钻孔桩外侧采用Φ850@600三轴搅拌桩止水；南广场基坑东西向长108.30米，南北向长59.70米，深度约9.65m，采用Φ850@600SMW工法桩+锚索的支护结构体系。

2.2工程地质条件

基坑开挖深度影响范围内的土层自上而下依次为：（1）素填土、（2）粘土、（3）淤泥质粘土、（4）粉砂质粘土、（5）淤泥质粉质粘土、（6）粉质粘土夹粉土粉砂。

3.旋喷锚索施工工艺

3.1旋喷锚索作用机理

旋喷锚索是在岩石锚杆基础上发展起来的一种新型施工工艺土层锚杆，1958年原联邦德国的KarlBauer公司在深基坑开挖中，为固定挡土墙首次在非粘性土层中采用了土层锚杆。随着土层锚杆施工技术的成熟和在各类工程结构中的广泛应用，其施工工艺日趋完善，并已形成成套的施工专用机具。高压旋喷锚索即是一种新型施工工艺土层锚杆，采用高压旋喷原理用高压气体及水对土体进行切割扩孔并置换填充水泥浆加固周边土体，随搅拌过程将水泥浆与土层充分混合，形成搅拌旋喷注浆的复合体，扩孔过程中在孔内安装预应力锚索而形成。

3.2施工工艺流程

锚索施工工艺流程见图2

3.3施工技术参数及机械设备选定

旋喷锚桩直径Φ500，锚桩端部扩大头段直径不小于0.8m，长度不小于2m。锚固体倾角15°（20°），按不同锚杆角度、长度及间距隔一错一布置；采用42.5级普硅水泥，水泥掺入量20%，水灰比0.7（可视现场土层情况适当调整），水泥土28天无侧限抗压强度不小于1.0Mpa；旋喷锚桩内插2～4根Φ15.2钢绞线，钢铰线强度标准值为1860MPa，每根钢绞线由7根钢丝铰合而成，钢绞线端头采用Φ150×20钢板锚盘。

根据现场试桩结果，旋喷搅拌的压力取15～18Mpa，扩大头段旋喷搅拌压力18Mpa。采用自动搅拌站后台系统，XL-50钻机5台，ZJB/BP-55（55A）型变频高压注浆泵2台，最高压力50MPa。

3.4锚索施工工艺

3.4.1土方开挖

按设计要求，将土层开挖至锚索设计标高以下30cm，以具备锚索钻孔机械作业条件。大型基坑施工中，因每层土层开挖工作量较大，为满足锚索施工进度要求，通常在锚索作业位置分段开挖作业沟槽，沟槽宽度6-8m。

3.4.2锚孔定位

土方开挖后及时对围护结构表面进行喷锚支护，钻孔前按施工图放线确定钻孔位置。钻机就位时应准确，底座平稳。钻杆的倾斜角度采用机器自带罗盘校核，角度偏差不大于3°，高差不超过5cm。

3.4.3成孔

选用中空钻杆和硬质合金高压旋转三叶钻头进行高压旋喷钻进工艺，钻孔深度不应小于设计长度，也不宜大于设计长度50mm。锚桩桩径偏差不超过2cm，并严格按照设计桩长施工。锚索施工时，要间隔施工，隔一跳打，间隔24小时后才能施工相邻的锚索，避免影响锚桩质量。

3.4.4锚索制作

一般锚索需要在工地现场装配。钢绞线严格按设计尺寸下料，每股长度误差≯10mm，钢绞线按一定规律平直排列。按施工图设计定制加工锚固端锚盘，锚钢线锚头采用冷挤压法与锚盘进行固定，并按设计长度对自由段采用隔离套管进行隔离。对下料完成的锚索进行外观编号与标识，集中存放时钢铰线应顺直。

3.4.5锚索安装与注浆成桩

锚索成孔至设计深度后，进行注浆，待孔口返出的泥浆不含砂粒与土时，退出钻杆，同时钢绞线安放完毕。按照施工经验，判断孔内土层地质情况，严格控制注浆量。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。

进入旋喷桩底，钢绞线插入定位误差不超过30mm，底部标高误差不大于20cm，筋体应放在桩体的中心上，待旋喷锚桩养护10天后施加预张力锁定，筋体与腰梁、锚具连接牢固。

锚索推送过程中，旋喷压力一般10MPa左右。当插入钢绞线到位后，不得回抽钻杆后注浆，而是立即注浆，此处为可回收应注浆时间不得少于4min，以保证扩大头质量。注浆直至孔口明显返浆，停止注浆，退出钻杆。

3.4.6腰梁及锚具垫板安装

腰梁采用25C双拼槽钢，两槽钢间采用缀板进行连接；桩面凿平，围檩与围护桩之间空隙用C30混凝土填实，确保腰梁与围护桩密帖。锚具采用OVM系列，垫铁采用实心铸铁浇铸而成，垫板采用25mm钢垫板。

3.4.7预应力锚索张拉与锁定

待旋喷锚桩养护10天后施加预张力锁定，筋体与腰梁、锚具连接牢固。张拉采用高压油泵和穿心千斤顶。正式张拉前先用20%锁定荷载预张拉二次，再以50%、100%的锁定荷载分级张拉，然后超张拉至110%设计荷载，在超张拉荷载下保持5分钟，观测锚头无位移现象后再按锁定荷载锁定。

4.旋喷锚索关键施工技术

4.1基本试验与检验

基本试验是是用来确定或验证在特定土层条件、施工工艺下锚索（桩）的实际受力性能，同时确定合适的施工参数的关键步骤。应根据地层情况，选取具有代表性的地层进行锚桩试验，每组试验取3根锚桩。根据试桩情况确定旋喷搅拌压力、注浆和预应力张拉等各项技术参数，并将各项技术参数及时向设计方反馈，以优化设计参数。

4.2水泥浆配合比及注浆量控制

锚索注浆采用自动搅拌站后台系统，设自动计量设备和注浆流量监控设备，严格按设计配合比进行生产。水泥浆搅拌后经过多级过滤后通过高压注浆泵输送至掌子面各旋喷钻机。水泥浆搅拌时应拌和均匀，随拌随用，一次拌合的水泥浆应在初凝前用完。且每工作台班停止施工时，及时采用高压水对水泥浆泵送管道进行清洗。施工人员通过后台注浆流量监控系统时时掌握锚索成桩水泥浆用量，并与理论计算用量予以比较，及时发现施工中存在的问题，确保成桩质量。

4.3预应力张拉

预应力锚索张拉前，应对张拉设备进行标定，并将油压表的读数换算成张拉压力进行控制。因国产压力表初始起动压强不完全相同，标定曲线上必须注明标定时的压力表号，使用中不得调换。压力表损坏或拆装千斤顶后，要重新标定。

钢铰线束采用整体张拉锁定，正式张拉前先用20%锁定荷载预张拉二次，使其与锚具接触紧密，钢绞线完全平直，以便钢铰线张拉时受力均匀。再以50%、100%的锁定荷载分级张拉，然后超张拉至110%设计荷载，在超张拉荷载下保持5分钟，观测锚头无位移现象后再按锁定荷载锁定。锚索张拉顺序因为考虑对邻近锚杆的影响；采用隔一拉一的张拉顺序进行张拉，并做好现场记录。预应力锚索穿过型钢腰梁时，应对准孔位，采用垫板、垫铁调整好角度，确保张拉时锚索轴线与张拉设备同轴。

4.4锚索应力监测

锚索应力变化是监测支撑体系是否稳定的关键环节，为了监控基坑施工期间支撑的内力状态，需设置支撑轴力监测点，支撑轴力监测点主要设置在支撑受力较大且相对不利的部位。根据工程规模和施工需要，共布设19个断面71个锚索轴力监测点。锚索轴力测试仪器采用ZXY-II 型振弦式频率仪，量程500～5000Hz，分辨率（可读变化值）±0.1Hz。

所有监测点、监测设备需在整个基坑支护施工过程中加强保护，以防损坏。监测的时间间隔视施工进程而定，雨天适当增加观测次数。当变形超过预警指标时应加密观测次数，当有危险事故征兆时应进行连续监测。开挖过程中一旦出现裂缝或监测值达到报警界限时须及时报警，以引起各有关方面重视，及时处理。

4.5自由段与锚固段设置

锚杆根据潜在滑裂面分为自由段和锚固段两部分，锚固段是通过注浆体将拉力传递到周围稳定土层中的杆件部分，是锚杆受力的主体。自由段位于不稳定土层中，处于自由锚杆杆体与土层脱离，一旦土层滑动，它可以自由伸缩，其作用是利用弹性伸长将拉力传递给锚固体的杆件部分。利用预应力筋自由段（张拉段）的弹性伸长，对锚杆施加预应力，由锚头、预应力筋、锚固体组成预应力锚杆。自由段长度过短则弹性位移过小，一旦锚头出现松动等情况，可能会造成较大的预应力损失。锚杆的自由段长度越长，预应力损失越小，锚杆拉力越稳定，锚杆对锚头位移越不敏感。施工中，自由段的设置常常引不起施工人员的足够重视，对其作用认识不足，自由段设置随意性较大，从而给锚索施工质量埋下隐患。

5.旋喷锚索施工问题原因分析与处理对策

（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，则需重新钻孔，调整旋喷压力与注浆时间加固周围土层后再下放钢铰线。

（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层水位下降或地层涌水涌砂内部产生空腔导致地表下陷产生裂缝。当围护结构采用帷幕截水时，在地下水位以下特别是承压水土层成孔会出现孔内向外涌水冒砂，造成无法成孔、钻孔周围土体坍塌、地面或建筑物基础下沉、注浆液被水稀释不能形成固体、锚头部位长期漏水等。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，易发生桩间涌泥现象。

当遇到较高地下水压力作用时，可采用掩护式施工。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。若水流较大，须引流注浆，必要时采取填土反压、地表注浆等措施加固周围地层，避免大的事故发生。

（3）钻进遇障碍物处理

高压旋喷锚索施工时若局部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），施工过程中若发生紧急情况应立即停工，及时报有关单位并积极配合解决，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埋管线应开挖样洞、样沟进行探测进一步核实具置，做好标记，做好管线避让和保护工作；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，采用跟管钻机施工。

（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。锚索张拉时，采用3台XP02频率读数仪接收轴力计变化频率，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，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，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，加强品保护，严禁机械碰撞。当锚索预应力损失严重时，应进行再次锁定；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， 而且还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比较稳定， 是可行的控制预应力损失的技术手段。

（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。原因一，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；原因二，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；原因三，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；原因四，锚索锁定力过大。

桩体破坏时，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.结论

高压旋喷锚索施工中应加强施工工艺管理，加强关键施工技术控制，对施工中出现的问题及时妥善进行解决，才能确保其施工质量。该施工工艺在太湖广场地下空间开发工程深基坑中的成功应用，为类似工程的施工提供了借鉴。

参考文献：中华人民共和国住房和城乡建设部 建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012

中华人民共和国住房和城乡建设部 建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）