浅析深基坑支护中自钻式锚杆的应用技术

［摘要］本文结合某工程基坑支护工程，提出了一种特殊的地质特征的自钻锚杆施工技术，研究了其施工工艺、操作要点，探讨了监测方式，实施的过程中效果显著，技术先进可行，在许多工程具有广泛的应用。

［关键词］基坑支护；桩锚支护； 自钻式锚杆； 监测

中图分类号： C35 文献标识码： A

1 工程概况

某工程主楼地上23 层，地下 1 层，裙楼地上 4 层，地下 1 层，总建筑面积约 60 000m2。基坑平面尺寸 117m ×62m，有效支护深度为 10m，安全等级为一级。基坑北侧为 4层砖混结构，东侧中段距基坑 16. 9m 有 2 层食堂，基坑南侧距地下室外墙 4. 5m 为 18 层病房楼，西侧距基坑 14. 8m 为 4 层砖混结构建筑、1 层地下室。

2 支护结构设计

基坑开挖最大深度为 7. 8m，面临着开挖深度较深、土质条件差、地下水位高、周边场地狭窄、周边建筑临近等施工难题。鉴于本支护工程的复杂性和特殊性，根据现行规范，综合考虑设计、施工、工期、造价、气候等因素，决定采用桩锚支护体系。

支护桩采用混凝土灌注桩，桩径 800mm，桩间距 1. 5m，桩长 17m; 桩顶设 800mm × 1000mm 的混凝土冠梁，桩锚入冠梁 50mm，桩主筋锚入冠梁700mm。支护桩桩间采用 650mm 高压旋喷桩，桩间搭接200mm，桩长16. 9m，与灌注桩一起组成截水帷幕。整个基坑深范围内设两排自钻式预应力锚杆，第 1 层锚杆长 22. 5m，第 2 层锚杆长 17. 5m; 锚杆杆体采用 32mm、壁厚 6mm 的螺纹无缝钢管，锚杆间距 1. 5m。锚杆轴向拉力设计值第 1 层为251. 7kN，锁定值为 160kN; 第 2 层为 190. 6N，锁定值为 125kN; 预应力锚杆间采用 2 根［18b 腰梁连接。预应力锚杆采用边钻边注浆施工工艺。

3 施工关键技术

桩锚支护体系中，以灌注桩与高压旋喷桩相互咬合成截水帷幕，土体的侧压力传递给槽钢腰梁，通过腰梁将侧压力传递给自钻式螺旋锚杆，以锚杆作为主要的抗倾覆受力构件; 通过给螺旋锚杆施加预应力，限制基坑前期周边产生的裂缝，从而防止基坑周边土体扰动，增加基坑的整体稳定性。本文重点介绍自钻式螺旋锚杆施工技术。

3. 1 施工工艺流程( 见图 1)

图 1 自钻式锚杆施工工艺流程

3. 2 施工操作要点

3. 2. 1 止水帷幕施工

施工时重点控制钻杆垂直度，在止水帷幕后插管注浆，内插管采用 32 镀锌管，插入深度6m，采用气动注浆泵注浆，较好地解决了这一问题。

3. 2. 2 基坑开挖

需遵循分层分步开挖原则，每层开挖的最大高度取决于土体可以直立而不坍塌的能力。一般取所施工锚杆以下 40cm 处，以便进行锚杆施工。施工时随着工作面开挖而分层施工，上层锚固体达到设计强度并在预应力施加完毕后，方可开挖下层土方、进行下层锚杆的施工。

3. 2. 3 制备水泥浆

制备水泥浆遵循随配随用的原则，先将水泥倒入搅拌桶，充分搅拌后透过滤网将颗粒物过滤，再倒入泥浆池中，泥浆池中的水泥浆液需定时搅动，防止固化; 对于未搅拌均匀的水泥浆容易造成注浆管堵塞，不可使用。 本工程水灰比控制在0. 45 ～ 0. 5。

3. 2. 4 导向孔施工

对钻孔位置测量放线，将孔位定在同一直线上，便于螺旋锚杆施工完成后槽钢腰梁的安装。本工程采用 MDL-120D1 型钻机，就位时注意机身的平整，锚杆水平夹角 15° ～ 20°，与钻孔在同一直线上推进。在设备钻杆连接位置安装钻头，设备与清水管连接，开钻时，打开清水管阀门，边推进钻头，边进行射水，用以冲出绞碎的桩体碎屑，通过钻杆长度及冲出的碎屑颜色判断是否穿透止水桩。钻孔直径与自钻式螺旋锚杆前端的螺旋翼片大小相等，在 15cm 左右，成孔倾斜允许偏差控制在 2% 以内;孔位偏差≤100mm。

3. 2. 5 锚杆制作

杆体采用 32/20mm 螺纹无缝焊管，长3m。前后端采用丝扣连接; 锚杆前端设置两道螺旋叶片( 直径 15cm) ，第 1 道螺旋叶片距离锚杆前段为 10～ 15cm，两螺旋叶片间距为 25 ～ 35cm，通过土体的推挡来承受来自于锚杆杆体的拉力，是锚杆承受抗拔力的关键。杆体为中空锚杆，在锚杆的螺旋叶片后设置一出浆孔，出浆孔直径为 4 ～8mm，在锚杆旋转推进土层过程中进行注浆，浆体从锚杆出浆孔中射出，与前端螺旋叶片切削下的土体搅和在一起，锚杆螺旋叶片后设置搅拌片，最少为 3 道，间距为15 ～ 25cm，沿杆体梅花形布置，能将土体与水泥浆均匀搅拌，固化后形成锚固体，从而增大锚杆与土体间的侧摩阻力( 见图 2) 。

图 2 自钻式螺旋锚杆示意

3. 2. 6 锚杆施工

在完成导向孔的施工后，将钻头卸下，进行锚杆安装施工。首先检查锚杆是否存在堵塞，如不存在堵塞，将第 1 节锚杆的后端连接在设备的动力连接套上，动力连接套转动过程中会带动螺旋锚杆一起转动; 将动力连接套的端部进浆管通过注浆管接通注浆设备，因锚杆为中空锚杆，水泥浆能通过钻机设备直接通入到锚杆翼片前端。

开动钻机，调整钻机转速 75r/min，进速为 1m/min。将第 1，2 节锚杆钻入土层中。开始施工时，不要注浆，以保证锚杆的自由段长度，可以适当注入清水，防止注浆孔堵塞。施工第 3 节锚杆时打开注浆阀门，待第 3 节锚杆进入土中时，以相同的转速和进出速率将第 3 节锚杆旋转回拉，回拉的同时不要停止注浆，以保证水泥浆充足。通过边注浆、边旋转搅拌的方式使水泥浆与土体充分搅拌，形成固化体，增加锚固效果。除第 1，2 节锚外，剩余加长锚杆施工时均需进行一次“复搅”。

注浆过程中，对注浆量进行计量，注浆量应不低于 35kg/m，以保证锚固效果。如发现注浆量不足，可使最后施工的几节锚杆多复搅几次，直到注浆量满足要求为止。

施工最后一节锚杆时，须将锚杆的后端加设一止浆塞，止浆塞直径比开孔直径大 1cm，基本为16cm，防止螺旋锚杆施工完后水泥浆外涌。施工完成后，锚杆外露螺纹部分需进行清理防护，防止生锈后锚固螺栓无法施工。

3. 2. 7 张拉锁定

待注浆浆体达到设计强度后，便可进行锚杆的张拉锁定。为了能保证各锚杆与围护桩一起协同工作，在锚杆的外露处首先安装好槽钢腰梁，因自钻式螺旋锚杆施加预应力普遍较高，因此需要 2 根槽钢腰梁共同协作完成。在锚杆的上下两端各固定一根槽钢，中间可以用钢筋将两根槽钢连接，使槽钢悬挂在锚杆上。

在槽钢的张拉侧加一块衬板，张拉时采用专用的张拉设备，并在张拉每根锚杆时记下读数; 张拉后拧紧螺栓，将锚杆锁定。施加的预应力应在施加后持续 10min 再进行锁定，以保证施加的预应力达到设计要求。

3. 2. 8 锚杆检测

预应力锚杆试验检测主要包括基本试验和验收试验。锚固体强度 ＞ 15. 0MPa 时，才可进行锚杆试验。

1) 锚杆基本试验 基本试验锚杆不应少于 3根，用作基本试验的锚杆参数、材料及施工工艺必须和工程锚杆相同。最大试验荷载不应超过钢筋强度标准值的 0. 8 倍。初始荷载取设计值的 0. 1倍，每级加荷增量取设计值的 1/10，在每级加荷等级观测时间内，测锚头位移不少于 3 次。

2) 验收试验 验收试验锚杆的数量应取锚杆总数的 5%。初始荷载取锚杆设计轴向拉力值的0. 1 倍，分级加荷值分别为拉力值得 0. 25，0. 5，0. 75，1. 0 倍。验收试验中，当荷载每增加一级，均应稳定 5 ～10min，记录位移读数。最后一级试验荷载应维持 10min。如果在 1 ～10min 内，位移量超过1mm，则该级荷载应再维持 50min，并在 15，20，25，30，45，60min 时记录其位移量。

4 支护工程监测

该工程重点对周边建筑物沉降、水平位移及锚杆内力变化做重点监测。周边建筑物沉降监测点的累计沉降量在 0. 02 ～ 32. 58mm，最大沉降累计沉降 32. 58mm，未超过报警值 40mm。

基坑支护结构共进行 3 次深层水平位移监测。累计最大位移量在 6m 深处 6. 25mm。支护体系的侧向位移与设计计算结果基本相符，均在设计及规范规定的范围之内。施工期间共进行了 20 次基坑顶部水平位移观测，监测点的累计水平位移量在 0～ 22. 8mm，未超过报警值 30mm。

对张拉锚杆的 7 个监测点进行了 18 次观测，内力在0. 01 ～25. 34kN，其中内力变化最大的监测点，中期损失25. 34kN，后期趋于平稳。土方开挖完成后内力损失逐渐趋于均匀，变化量较小，趋势走向平稳。

5 结语

自钻式螺旋锚杆是一种边钻进边注浆的锚杆，既增加了锚杆的施工长度，又避免了锚杆预成孔工艺中塌孔造成的效率降低，能更好地保证锚杆与土体的紧密结合，可施加强度较高的预应力，增大了锚杆的侧摩阻力，解决了常规锚杆锚固力不足的问题，较常规锚杆更加安全可靠。同时，相对传统的夯击式预应力锚杆来说，可大大降低施工费用和施工难度，将在饱和软土及类似地区的深基坑支护中获得越来越广泛的应用。

参考文献:

［1］ GB50739―2011 复合土钉墙基坑支护技术规范［S］． 北京: 中国计划出版社，2011．

［2］ GB50497―2009 建筑基坑工程监测技术规范［S］． 北京: 中国建筑工业出版社，2009．