劉軼博，雷 斌，宿 峰，張 工，黃其鑫

(深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518063)

0 引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，深基坑支護(hù)工程日益增多，支護(hù)結(jié)構(gòu)體系也有多種形式，其中“支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索”的樁錨支護(hù)形式，因其施工簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)被廣泛采用。目前普遍應(yīng)用的常規(guī)錨索受其施工工藝限制，施工過(guò)程中的成孔、錨索下放、注漿等一系列工序均需按先后次序逐步操作完成，施工時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，且錨固力提升空間不高，無(wú)法滿足工期緊、任務(wù)重、質(zhì)量要求高的錨索施工項(xiàng)目。

深基坑支護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索同步鉆進(jìn)、跟錨、注漿擴(kuò)大頭錨固施工技術(shù)，在原有常規(guī)錨索施工的基礎(chǔ)上對(duì)施工工序和機(jī)械設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，解決了常規(guī)錨索工序不連續(xù)、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、錨固力提升空間小等問(wèn)題。本文結(jié)合具體工程實(shí)例，對(duì)其施工工藝進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 工程概況

1.1 工程位置及規(guī)模

西安國(guó)際文化中心土方開挖及基坑支護(hù)工程項(xiàng)目，位于西安市雁塔區(qū)長(zhǎng)安南路與緯二街十字東南角，西接長(zhǎng)安南路、東臨規(guī)劃道路、北鄰雁塔西路、南靠紅專南路。該工程南北向長(zhǎng)度為283.9m，東西向長(zhǎng)度為101.6m，基坑底周長(zhǎng)727.0m，開挖深度22.8～27.3m。

該項(xiàng)目共分為4個(gè)區(qū)域(見(jiàn)圖1)，分階段施工，1區(qū)、3區(qū)基坑采用樁錨支護(hù)，支護(hù)樁設(shè)計(jì)為旋挖灌注樁，樁徑900mm；2區(qū)、4區(qū)采用內(nèi)支撐支護(hù)，合同整體總工期610d。

圖1 項(xiàng)目總平面分區(qū)

1.2 工程與水文地質(zhì)條件

根據(jù)該項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地地貌單元屬黃土梁洼的洼地，場(chǎng)地土自上而下主要由第四系全新統(tǒng)雜填土、素填土，上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土、殘積古土壤，中更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)黏土及中砂等組成。穩(wěn)定水位埋深為11.40～13.60m，標(biāo)高402.040～403.720m，屬平水期水位，地下水位年變幅1.0～2.0m，地下水類型屬孔隙潛水。

1.3 錨索設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工情況

在錨索分項(xiàng)工程中除第1排為常規(guī)錨索外，其余錨索均應(yīng)用本技術(shù)施工，錨索采用7根直徑為15.2mm鋼絞線制作，成孔直徑為自由段150mm、擴(kuò)大頭錨固段450mm，成孔角度15°，設(shè)計(jì)錨固力為1 280kN，設(shè)計(jì)抗拔力為1 305kN。典型剖面如圖2所示。

圖2 錨索設(shè)計(jì)剖面

本項(xiàng)目第1階段進(jìn)行1區(qū)施工，計(jì)劃工期163d(含土方挖運(yùn))，其中基坑支護(hù)錨索分項(xiàng)施工計(jì)劃工期113d(含養(yǎng)護(hù)張拉)。錨索施工采用同步鉆進(jìn)、跟錨、注漿擴(kuò)大頭錨固施工技術(shù)，每天兩班作業(yè)，配備4臺(tái)錨固鉆機(jī)，每臺(tái)鉆機(jī)每天完成150m錨索施工，土方挖運(yùn)同步進(jìn)行。錨索分項(xiàng)施工實(shí)際工期108d，比計(jì)劃工期提前5d完成。

2 施工工藝

2.1 工藝原理

本技術(shù)將目前常規(guī)錨索施工過(guò)程中的成孔、錨索安放、注漿等工序“三合一”同步完成，即：采用高壓旋噴錨固鉆機(jī)，以自帶噴嘴的無(wú)翼鉆頭鉆進(jìn)，并在鉆桿的前端位置設(shè)置固定預(yù)應(yīng)力錨索的圓盤鋼墊板和墊板頂推環(huán)，實(shí)現(xiàn)旋噴、鉆進(jìn)、下錨同步一次性完成；鉆進(jìn)、下錨過(guò)程中，前端鉆頭噴嘴噴射清水并旋噴切割土體，鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深位置停鉆；然后，反轉(zhuǎn)鉆桿并同步改用高壓噴射水泥漿，并逐節(jié)回轉(zhuǎn)退出鉆桿至錨固段與自由段交界位置，此時(shí)形成大于設(shè)計(jì)孔徑的錨固段擴(kuò)大頭；在自由段退鉆時(shí)，改用常壓水泥漿注漿壓力，維持錨索滿足設(shè)計(jì)直徑，直至旋噴鉆頭拔出鉆孔。

其施工過(guò)程主要包括預(yù)應(yīng)力錨索鉆進(jìn)、同步跟錨、擴(kuò)大頭錨索注漿等關(guān)鍵技術(shù)。

2.1.1預(yù)應(yīng)力錨索鉆進(jìn)

預(yù)應(yīng)力錨索鉆進(jìn)采用液壓履帶式錨固鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)，與鉆具、高壓旋噴泵組成設(shè)備體系。鉆進(jìn)時(shí)，通過(guò)鉆機(jī)輸出的動(dòng)力，鉆頭、鉆桿以一定的扭矩向前推進(jìn)；同時(shí)，由高壓注漿泵同步注入高壓水對(duì)鉆進(jìn)土體進(jìn)行高壓旋噴切割，以實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)成孔。

鉆具由鉆桿、墊板頂推環(huán)、平面軸承、圓盤鋼墊板、鉆頭等五部分組成，如圖3所示。

圖3 鉆具整體結(jié)構(gòu)

鉆頭、墊板頂推環(huán)和鉆桿為連接成整體的固定組合，其通過(guò)鉆頭先后套入平面軸承、圓盤鋼墊板而形成整體鉆具，平面軸承、圓盤鋼墊板為獨(dú)立的構(gòu)件，其通過(guò)卡位分別承擔(dān)相應(yīng)的功能，具體連接實(shí)物如圖4所示。

圖4 鉆具整體結(jié)構(gòu)連接實(shí)物

1)鉆桿 由無(wú)縫鋼管制成，直徑50mm，單節(jié)標(biāo)準(zhǔn)鉆桿長(zhǎng)度分別為2，2.5，3m，可根據(jù)成孔深度自由搭配選擇，鉆桿采用螺紋絲扣牢固連接；鉆機(jī)末端鉆桿端尾處設(shè)置接駁口，用于連接高壓注漿(水)管。

2)墊板頂推環(huán) 起到頂推軸承和圓盤鋼墊板的作用，兩端分別與鉆桿和鉆頭通過(guò)螺紋絲扣緊密連接。

3)平面軸承 起到防止鉆進(jìn)過(guò)程中墊板頂推環(huán)與圓盤鋼墊板接觸面之間因摩擦阻力導(dǎo)致錨索跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞鉆桿的作用，保持圓盤鋼墊板和錨索始終水平；平面軸承直接套入鉆頭，頂?shù)綁|板頂推環(huán)前端。

4)圓盤鋼墊板 由鋼板制成，起到攜帶錨索與鉆桿同步鉆進(jìn)的作用，圓盤鋼墊板直接套入鉆頭，頂?shù)狡矫孑S承前端。

5)鉆頭 為自帶噴嘴口的無(wú)翼鉆頭(通常的高壓旋噴鉆頭)，鉆頭長(zhǎng)度約230mm、直徑40mm，雙向設(shè)置出漿(水)噴嘴，用于噴射水泥漿液或清水。

2.1.2鉆進(jìn)同步跟錨

鉆進(jìn)同步跟錨是依托鉆頭、鉆桿鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中墊板頂推環(huán)、平面軸承及固定攜帶錨索的圓盤鋼墊板依次頂推實(shí)現(xiàn)同步攜帶錨索跟進(jìn)。鉆進(jìn)前，對(duì)鉆進(jìn)用的組合鉆具進(jìn)行安裝，其安裝次序和鉆進(jìn)方向如圖5所示。

圖5 沿箭頭方向依次頂推

鉆進(jìn)過(guò)程中，高壓旋噴的噴嘴噴射高壓水并切割土體向前鉆進(jìn)，為達(dá)到使錨索同步跟進(jìn)的目的，將攜帶錨索的圓盤鋼墊板套在鉆頭上，通過(guò)增大面積將攜帶錨索的圓盤鋼墊板定向頂推住，以起到鉆桿、墊板頂推環(huán)、平面軸承、圓盤鋼墊板之間的相互依次頂推作用，確保鉆桿與鋼墊板固定的錨索同步鉆進(jìn)、下錨。

因在旋噴鉆進(jìn)頂推過(guò)程中，墊板頂推環(huán)與鉆頭、鉆桿為固定組合，將同步旋轉(zhuǎn)，為防止墊板頂推環(huán)與圓盤鋼墊板接觸面之間因慣性產(chǎn)生的摩擦阻力會(huì)導(dǎo)致錨索跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)而纏繞鉆桿，因此在墊板頂推環(huán)與圓盤鋼墊板之間套入一獨(dú)立的平面軸承，軸承的自由旋轉(zhuǎn)起到消除墊板頂推環(huán)與圓盤鋼墊板因接觸而引起的旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)過(guò)程中攜帶錨索的圓盤鋼墊板不跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，保持錨索始終平順鉆進(jìn)，防止錨索不會(huì)纏繞鉆桿的目的；如果無(wú)此軸承將墊板頂推環(huán)與圓盤鋼墊板接觸面進(jìn)行隔離，會(huì)發(fā)生錨索纏繞鉆桿的情況進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)施工。

圓盤鋼墊板用于固定錨索，直徑與錨索設(shè)計(jì)成孔直徑相同。在鋼墊板中心設(shè)置預(yù)留孔，便于套入鉆頭。在鋼墊板環(huán)狀面上，鉆鑿對(duì)稱分布的預(yù)留孔(預(yù)留孔數(shù)量可根據(jù)下放錨索數(shù)量確定)，用于穿越錨索，為實(shí)現(xiàn)同步跟錨鉆進(jìn)并防止錨索滑脫，在其端部采用焊接方式固定螺帽與圓盤鋼墊板進(jìn)行定向防滑脫固定連接，其目的是在鉆進(jìn)過(guò)程中圓盤鋼墊板與錨索能同步跟進(jìn)并在退鉆過(guò)程中兩者不會(huì)被攜帶出。

2.1.3錨索注漿擴(kuò)大頭形成

預(yù)應(yīng)力錨索鉆進(jìn)過(guò)程中，在非錨固段和錨固段均采用高壓旋噴注清水鉆進(jìn)，目的是通過(guò)高壓旋噴對(duì)鉆進(jìn)土體進(jìn)行充分、有效切割，此時(shí)壓力值控制在15MPa(壓力大小由基本試驗(yàn)確定，需保證成孔直徑滿足設(shè)計(jì)孔徑要求)；而在鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后反鉆退鉆桿時(shí)，此時(shí)下入孔內(nèi)的錨索和平面軸承留在孔內(nèi)，在退鉆桿的同時(shí)采用同步高壓旋噴射水泥漿，退鉆階段高壓注漿壓力值為25～30MPa，其壓力值大大超出鉆進(jìn)時(shí)的清水壓力值，在錨固段利用其超高壓旋噴力再次切割土體，鉆桿退出過(guò)程中鉆頭噴嘴旋噴出的水泥漿體隨即從孔底逐漸填滿整個(gè)錨固段，同時(shí)將一部分切割出的土體擠壓推出，另有一部分土體與水泥漿體結(jié)合形成水泥土錨固體，并在錨固段形成擴(kuò)大頭；在退鉆至進(jìn)入非錨固段界面位置時(shí)，采用常壓噴射水泥漿，直到全部鉆桿退出。

2.2 工藝流程

深基坑支護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索同步鉆進(jìn)、跟錨、注漿擴(kuò)大頭錨固施工工藝流程如圖6所示。

圖6 工藝流程

2.3 操作要點(diǎn)

2.3.1工序操作原理

本技術(shù)工序操作原理如圖7所示。

圖7 工序操作原理

2.3.2工序操作要點(diǎn)

1)鉆機(jī)就位 ①鉆機(jī)就位前需將場(chǎng)地進(jìn)行平整、壓實(shí)，以確保行走和施工安全，開挖集水溝收集成孔過(guò)程中產(chǎn)生的泥漿水，以防其四處溢流；②場(chǎng)地等條件滿足要求后鉆機(jī)就位，根據(jù)錨索孔位調(diào)整機(jī)身高度及傾角，反復(fù)測(cè)試無(wú)誤后開始鉆進(jìn)施工。

2)錨索制作 ①錨索嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙制作，錨索制作時(shí)采用切割機(jī)切割，嚴(yán)禁電焊燒斷，錨索截?cái)鄷r(shí)至少預(yù)留800mm長(zhǎng)鋼絞線，以備后期張拉；②錨索穿過(guò)圓盤鋼墊板焊接固定螺帽時(shí)采用電弧焊，為確保焊接質(zhì)量及避免焊接時(shí)對(duì)錨索和螺帽造成損傷，選用502型焊條，焊接電流控制在160～200A，焊接部位殘留的焊渣應(yīng)及時(shí)敲掉處理；③制作好的預(yù)應(yīng)力錨索整齊排列擺放，避免堆疊，以便取用。

3)高壓旋噴清水同步跟錨開孔 ①開孔前需對(duì)同步跟錨的組合鉆具進(jìn)行安裝，先將頂推環(huán)端部與鉆頭尾部通過(guò)螺紋絲扣進(jìn)行緊密固定連接，后將鉆桿固定在鉆機(jī)鉆進(jìn)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸上，借助驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)力將鉆桿與頂推環(huán)尾部同樣通過(guò)螺紋絲扣緊密固定連接，此時(shí)鉆桿、鉆頭、頂推環(huán)三者形成整體的獨(dú)立體系；②將平面軸承直接套入鉆頭，頂推在頂推環(huán)的前端；③將攜帶錨索的圓盤鋼墊板直接套入鉆頭，頂推在之前套入的平面軸承前端，此時(shí)，平面軸承與攜帶錨索的圓盤鋼墊板形成獨(dú)立體系，該體系最后將留在孔內(nèi)。

具體安裝順序如圖8～10所示。

圖8 鉆桿、頂推環(huán)、鉆頭固定組合連接

圖9 鉆桿、頂推環(huán)、鉆頭固定組合前端套入平面軸承

圖10 鉆桿、頂推環(huán)、鉆頭、平面軸承前端套入攜錨索的圓盤鋼墊板

4)高壓旋噴清水鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深 ①鉆進(jìn)時(shí)采用清水輔助旋噴鉆進(jìn)，清水通過(guò)高壓變頻注漿泵加壓后經(jīng)高壓輸送膠管輸送至履帶旋噴鉆機(jī)，高壓輸送膠管與履帶旋噴鉆機(jī)末端鉆桿端尾處注漿(水)管接駁口相連，水壓控制在15MPa，轉(zhuǎn)速控制在20r/min，鉆進(jìn)速度控制在0.3m/min，水流量控制在30～60L/min，鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后停鉆；②鉆進(jìn)過(guò)程中保持好鉆進(jìn)角度并控制好鉆進(jìn)速度，同時(shí)觀察錨索跟進(jìn)情況，如遇錨索有纏繞鉆桿的情況極有可能是平面軸承故障導(dǎo)致，此時(shí)應(yīng)立即停止鉆進(jìn)并將鉆桿、錨索全部退出，更換平面軸承后重新鉆進(jìn)。

5)錨固段退鉆高壓旋噴同步注水泥漿 ①鉆孔清水鉆至設(shè)計(jì)孔深后停止鉆進(jìn)，反轉(zhuǎn)鉆桿逐節(jié)退出并拆卸鉆桿；②反轉(zhuǎn)退鉆的同時(shí)，關(guān)閉清水改換水泥漿，水泥漿通過(guò)高壓變頻注漿泵加壓后經(jīng)同一條高壓輸送膠管輸送至履帶旋噴鉆機(jī)，在錨固段實(shí)現(xiàn)邊退出拆卸鉆桿邊進(jìn)行高壓旋噴注漿；③水泥漿在后臺(tái)配制，采用P·O 42.5R早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥。制備水泥漿時(shí)，嚴(yán)格控制水灰比，水灰比為1∶0.7，水泥漿采用高速攪漿機(jī)制漿，攪拌時(shí)間不小于30s。水泥漿拌好在放置到儲(chǔ)漿桶前過(guò)篩，防止雜物進(jìn)入漿管堵塞噴嘴；為使水泥漿不發(fā)生離析，儲(chǔ)漿桶內(nèi)設(shè)慢速攪動(dòng)裝置，且水泥漿液存置不得超過(guò)4h，否則作為廢漿處理。為確保注漿效果，水泥漿制作后臺(tái)距離錨索施工作業(yè)區(qū)域<50m，以確保注漿壓力；④旋噴水泥漿噴漿壓力控制在超高壓25～30MPa，以達(dá)到旋噴時(shí)更強(qiáng)的切割、注漿效果。為保障錨固段孔徑尺寸和錨固強(qiáng)度，轉(zhuǎn)速和后退速度與鉆進(jìn)時(shí)相比均適當(dāng)降低，其轉(zhuǎn)速控制在15r/min，退鉆速度控制在0.25m/min，水泥漿流量控制在50～70L/min，以依靠高壓噴射的水泥漿對(duì)土體進(jìn)行切割將錨固段孔徑擴(kuò)大，完成注漿的同時(shí)形成“擴(kuò)大頭”加大錨固力，錨索擴(kuò)大頭段如圖11所示。

圖11 擴(kuò)大頭錨固段示意

6)自由段常壓注水泥漿 ①退鉆至錨固段與自由段界面位置時(shí)，改換常壓1.0～1.2MPa進(jìn)行補(bǔ)漿，退鉆速度控制在0.5m/min，直至鉆桿完全退出，嚴(yán)禁噴水以免稀釋漿液；②注漿過(guò)程中泛出的漿液應(yīng)及時(shí)處理，避免凝固后再處理而發(fā)生額外費(fèi)用，待鉆桿完全退出后停止注漿，至此完成該條錨索施工。

7)張拉鎖定 待錨固段漿體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉鎖定工作，張拉到設(shè)計(jì)值的110%～115%后鎖定荷載。

2.4 工藝特點(diǎn)

1)施工速度快 本技術(shù)將錨索施工過(guò)程中的鉆孔、下放錨索、注漿等工序同時(shí)、同步施工，即：成孔完成的同時(shí)完成錨索下放和注漿，無(wú)工序搭接及閑置等待情況，將原常規(guī)錨索施工時(shí)間縮短三分之一以上，具有施工效率高、速度快等特點(diǎn)。

2)錨固效果強(qiáng) 本技術(shù)錨索注漿采用高壓旋噴擴(kuò)大頭形式，在錨固段通過(guò)超高壓旋噴施加的切割與注漿力(水泥漿旋噴壓力值25～30MPa)，將此段孔徑擴(kuò)大(直徑達(dá)450mm)，水泥漿與土結(jié)合形成水泥土擴(kuò)大頭錨固體，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其抗拔承載力可達(dá)常規(guī)錨索的2.56倍，錨固效果顯著提高。抗拔承載力試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 抗拔承載力驗(yàn)收

3)施工成本低

本技術(shù)施工速度快，工效大大提升，時(shí)間成本大大降低；同時(shí)憑借錨固拉力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在相同地質(zhì)條件、相同施工區(qū)段長(zhǎng)度，相對(duì)于常規(guī)錨索可減少設(shè)計(jì)用量，施工成本大大降低。

2.5 實(shí)施效果評(píng)價(jià)

本技術(shù)已在多個(gè)錨索支護(hù)的深基坑工程項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)踐，證明了其施工效率、施工質(zhì)量、施工成本等方面都遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)錨索施工方法，得到了設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和建設(shè)單位的一致好評(píng)，取得了顯著的社會(huì)效益。

3 結(jié)語(yǔ)

深基坑支護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索同步鉆進(jìn)、跟錨、注漿擴(kuò)大頭錨固施工技術(shù)，將目前常規(guī)錨索施工過(guò)程中的成孔、錨索安放、注漿等工序步驟“三合一”同步完成并形成擴(kuò)大頭錨固，提高了施工效率的同時(shí)，增加了錨固拉力，是對(duì)傳統(tǒng)工藝的重要補(bǔ)充，是一次技術(shù)創(chuàng)新，拓寬了常規(guī)錨索施工技術(shù)范圍，具有指導(dǎo)意義和推廣價(jià)值。