预应力扩大头锚索在淤泥地层基坑支护中的应用

预应力扩大头锚索在淤泥地层基坑支护中的应用

王佳旗 ,丁增玉

 中建青岛投资建设有限公司,山东青岛 266000

摘要：随着我国经济建设的迅速发展，城市规模的不断扩大，特别是东部沿海地区的快速发展，对地下空间的利用也不断加强，深基坑工程越来越多，尤其是淤泥质底层下深基坑工程支护施工愈发常见，常规的基坑支护方式有排桩+钢支撑或混凝土支撑等，但对于开挖深且大的基坑,采用锚索支护相比采用内支撑有其明显优势，有利于施工安全、工期及造价。

关键词：扩大头锚索；淤泥地层；基坑支护

1. 工程概况

某地下空间工程基坑深度约为13.5m，采用1000mm@1800mm双排钻孔灌注桩+扩大头锚索的支护结构体系。桩顶设置冠梁，前后冠梁间砼连梁。锚索采用200mm的钻孔直径，扩大段500mm，采用规格φs15.2钢绞线，锚索横纵间距1.8m×4m。双排桩间设置三轴搅拌桩作为止水帷幕并隔断承压水。前排灌注桩间设置高压旋喷桩加固桩间土。

根据勘察结果，拟建场地勘察深度范围内土层主要由①填土、⑥淤泥质粉质黏土、⑦粉质黏土、⑨中粗砂、⑪黏土、⑫粗砾砂、⑮砂砾岩全风化带、⑯1砂砾岩强风化上亚带、⑯2砂砾岩强风化下亚带等组成，其中淤泥质土层厚度约12m。

2. 预应力扩大头锚索设计参数

预应力锚索采用200mm的钻孔直径，扩大段500mm，拉杆采用规格φs15.2钢绞线，钢铰线强度标准值为1860MPa。锚索锚固段锚固体抗压强度≥25MPa，采用二次注浆法，一次注浆注水泥砂浆，注浆压力0.4～0.6MPa，水泥砂浆水灰比0.4～0.45、灰砂比0.5~1.0，拌和用砂选用中粗砂；待一次注浆形成的锚固强度达到5.0MPa后再进行二次注浆；二次注浆压力为2.5～5.0MPa左右，要稳压2分钟，二次注浆采用水泥浆，水泥浆水灰比为0.5～0.55，具体注浆压力及浆液配比应以现场试验确定。水泥砂浆内可掺入提高注浆固结体早期强度或微膨胀的外加剂，掺入量根据室内试验确定。

锚索灌浆后，在锚固体及张拉台座混凝土强度达到80%以上时进行张拉锁定。采用锚索横纵间距1.8m×4m。分三层进行施工，每层之间的间距为4m，需在基坑开挖过程中进行施工。

图1  预应力锚索设计示意图

3. 施工工艺流程

施工准备→测量放线定桩位→锚索体制作→锚索钻孔→锚索杆体安放→锚索清孔及注浆→锚索张拉与锁定→检查验收。

4. 施工方法

4.1施工准备

组织施工技术人员熟悉施工图纸等相关技术资料。根据总体进度计划编写物资供应计划、设备人员计划等，并根据现场实际情况调整，以满足施工需求。根据工期和劳动力计划，组织施工人员按时进场。认真检查原材料和施工设备的主要技术性能是否符合设计要求，不符合要求的不得使用。

4.2测量放线定桩位

由现场测量放线人员按设计要求放线，并经专人检查后做好施工记录。

4.3锚索体制作

锚杆体制作前沿索体轴线方向每隔2-3m设置一个定位支架，索体自由段应涂润滑油和外包塑料布或套塑料管，两端应包裹严密，不得漏入水泥浆；索体加工检查合格完后，方可下放。并码放整齐，标识清楚；索体搬运途中，需配置适当人力，防止沾污泥水；索体放入孔内后，外露张拉长度0.5-1m（以腰梁外皮为准）。注浆管宜放置于索体中心，随索体一同放入孔中。

4.4锚索钻孔

锚索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。钻杆钻孔时不得扰动周围地层，钻孔前根据设计要求和地层条件，定出孔位、做出标记，钻孔时要求孔壁平直，锚索水平、垂直方向的孔距误差不应大于50mm，钻头直径不应小于设计钻孔直径3mm，锚索施工采取全套筒跟管钻进成孔，引【1】锚索成孔施工时应采用套管钻进。

扩孔施工时，高压旋转钻头（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，喷射过程中同步对周侧的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进，直至达到设计深度和直径，获得形成的锚杆孔；扩孔的高压喷射压力应大于20Mpa，喷嘴提升速度10～25cm/min，喷嘴转速5～15cm/min引【2】；连接高压注浆泵和钻机的输送高压喷射液体的高压管长度不宜大于50米。采用水泥浆液扩孔工艺，应至少上下往返扩孔两遍，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100㎜；引【3】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。

4.5锚索杆体安放

扩孔完成后，立即取出喷管并将锚杆杆体放人锚孔到设计深度。采用套管护壁钻孔时，应在杆体放人钻孔到设计深度后再将套管拔出。

在杆体放入锚孔前，应检查杆体的长度和加工质量，确保满足设计要求；安放杆体时，应防止扭结和弯曲，注浆管宜随杆体一同放入锚孔，注浆管到孔底的距离不应大于300mm，安放杆体时，不得损坏防腐层，不得影响正常的注浆作业，杆体安放后，不得随意敲击，不得悬挂重物，锚杆杆体插人孔内的深度不应小于设计长度

引【4】，杆体角度偏差不应大于2%。

4.6锚索清孔及注浆

（1）清孔：

钻进终孔后，孔内有残留的钻渣和泥皮，采用高压泵送清水+高压风清孔，保证孔内干净。

（2）第一次注浆：

一次注浆应在锚索安放入孔后2小时内进行，清孔完成后立即进行一次注浆；第一次注浆材料采用水泥砂浆，注浆压力0.4～0.6MPa，水泥砂浆水灰比0.4～0.45、灰砂比0.5～1.0，拌和用砂选用中粗砂；注浆灌注至钻孔内的水及杂质被置换出孔口，孔口流出水泥浆后即可停止，待一次注浆形成的锚固强度达到5.0MPa后再进行二次注浆。

（3）第二次高压注浆：

二次注浆压力为2.5～5.0MPa左右，要稳压2分钟；二次注浆采用水泥浆，水泥浆水灰比为0.5～0.55，具体注浆压力及浆液配比应以现场试验确定。水泥砂浆内可掺入提高注浆固结体早期强度或微膨胀的外加剂，掺入量根据室内试验确定；第二次注浆应在第一次注浆初凝前进行，间隔3小时。

4.7锚索张拉与锁定

锚固体及台座混凝土强度均应大于设计强度的80％时，方可进行张拉；锚索张拉时应注意对相邻锚索的影响，可采用隔锚张拉的措施；锚索张拉至设计锁定值的要求锁定，锚索锁定后若经监测发现明显的预应力损失，应进行补偿张拉；

锚杆正式张拉前，应取0.1～0.2轴向拉力设计值对锚杆预张拉1～2次，使杆体完全平直，各部位接触紧密；锚杆张拉至1.05～1.10轴向拉力设计值时，对岩层、砂性土层保持10min，对粘性土层保持15min，然后卸载至锁定荷载设计值进行锁定。喷射结束后，立即在喷射管内进行静压充填灌浆，直到浆面不再下沉为止。

5. 实施效果评价

考虑到本项目基坑面积比较大，淤泥质粉质黏土层强度低，具有高压缩性，地基承载力较小。采用混凝土支撑体系立柱较多，淤泥质粉质黏土需要换填，施工极为不方便，严重影响施工进度。通过采用预应力扩大头锚索体对基坑进行监测位移很小，保证了基坑施工安全，同时相比传统施工提高施工进度。

结束语：锚杆支护施工工序简单，操作方便迅速、安全，施工进度快。不需要等基坑大面积开挖后再施工，极大的节约了混凝土内支撑施工影响的时间，能够确保现场施工进度，有利于项目整体工期的控制。

参考文献：

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