套管式潜孔冲击锤土锚杆在基坑支护中的应用

潘伟峰 李福连

1. 大荣建设集团有限公司 浙江 宁波 315192；2. 浙江鸿晨建设有限公司 浙江 宁波 315032

1 套管式潜孔冲击锤构造原理

在中密度以上土层或岩层，应用传统的旋转钻机成锚施工效率非常低下，为此，通过分析与研究，采用一种以套管跟进式偏心潜孔冲击锤钻孔及二次高压注浆成锚的施工技术，该技术具有钻机结构简单、成本低、施工效率高且质量稳定的优点。

该装置（图1）包括：钻机旋转驱动的回旋钻杆；钻杆前端设有台阶形装置顶紧套管靴，实现套管同步跟进；钻杆最前端为带有偏心回转钻头的潜孔冲击锤，潜孔冲击锤在压缩空气带动下高频冲击式钻进，偏心回转钻头同时扩孔[1]；钻进到位后，反向回转偏心钻头收进该偏心钻头，即可随同钻杆及潜孔锤拔出成孔，套管则暂留于土层中护壁，待锚杆注浆时一边注浆一边拔出。

图1 套管式潜孔锤钻头装置

2 施工工艺流程

施工准备→测量放线、开挖基槽→锚杆钻机安装就位→调整钻杆角度→套管式潜孔冲击锤钻孔→高压空气清孔→潜孔锤反转退出且留下套管→安装筋体及注浆管→一边注浆一边拔出套管→二次高压注浆→注浆体养护→安装或浇筑围梁→筋体张拉锁定

3 操作要点

3.1 锚杆钻机安装

锚杆桩机采用旋转潜孔冲击钻机，安装前须先挖好基槽，安装时将钻机底盘垫至水平，再利用三角尺调整钻杆的倾斜角度以符合设计要求。选用的空压机功率应足够，以产生的压缩空气驱动活塞作往复运动，使潜孔冲击锤回转冲击式破碎挤压土层向前运动成孔。

3.2 潜孔冲击锤钻孔

钻孔施工是锚杆工程质量控制的关键工序，针对锚杆锚固段为中密状态的圆砾层及卵石层且含孔隙潜水较丰富的情况，采用XY-1型套管式潜孔冲击锤钻孔。在钻深达到设计要求后，利用压缩空气来回（幅度约1 m）清孔，以吹出潜孔冲击锤引孔产生的碎屑及砂土。然后潜孔冲击锤缓慢地反向旋转退出，暂时留下套管护壁。

3.3 安装杆体及注浆管

钻杆成孔后立即安装钢筋或钢绞线杆体与一、二次注浆管，钢筋杆体事先焊接好对中的细筋支架。注浆管采用PVC塑料制作，二次注浆管每隔500 mm开设注浆喷嘴（每个截面对称式设置2个），事先用胶带密封喷嘴及端头。一次注浆管随着注浆进行连同套管一起退出，二次注浆管则与钢筋杆体绑扎留于锚杆注浆体内。

对于较大直径的锚杆，宜采用按环轴管原理设置注浆管和特殊的密封装置，可重复实施对锚固段的高压注浆。二次注浆管是1根直径较大的塑料套管，其侧壁每隔500 mm开设环向出浆孔，孔外用橡胶环圈盖住；一次注浆管是1根直径较小的塑料管，其插入注浆套管中且前端伸出，伸出段与注浆套管间有密封装置，在压力作用下实现注浆。

3.4 注浆工艺及拔出套管

第1次注浆采用低压注浆，浆液水灰比为0.45～0.50，注浆压力为0.6～1.0 MPa；第2次注浆采用高压劈裂注浆，浆液水灰比为0.50～0.55，注浆压力不低于2.5 MPa。注浆液均用P.O 42.5水泥，可在浆液中掺入缓凝型减水剂及膨胀剂，锚杆注浆量应满足设计要求。第2次注浆应在第1次注浆完成12 h后进行，需慢速连续进行高压注浆，且应稳压维持2 min以上[2]。套管及第1次注浆管随着第1次注浆逐步拔出。注浆浆液应随搅随用，并在初凝前用完。

3.5 筋体张拉锁定

注浆体养护达到设计强度的75%且不小于15 MPa时即可张拉，同时安装或浇筑好圈梁，并注意锚头的承压板是否垂直于锚杆的轴线，应适时校正。锚杆张拉和锁定是锚杆施工的最后一道工序，也是检验锚杆性能最直接的方式。正式张拉前应取0.1～0.2倍轴力张拉设计值对锚杆预张拉一次。锚杆筋张拉至1.05倍，轴力张拉设计值应保持10～15 min，然后卸荷至设计锁定值锁定。

4 应用实例

4.1 基坑支护概况

基坑挖深10.45 m，采用φ900 mm@1 300 mm长螺旋钻孔压灌排桩结合2～3道套管式潜孔冲击锤土锚杆支护（图2），压顶围梁以上放坡段采用3道φ130 mm注浆钢筋土钉加固，截水帷幕为φ700 mm@500 mm高压旋喷桩。

图2 基坑典型支护剖面

4.2 工程地质条件

各地基土层及水文概况见表1，其中场地地下水为浅层孔隙潜水，2层为含水层，渗透系数3.6×10-4～3.9×10-4cm/s，受大气降水和附近河流水补给。

表1 地基土主要物理力学指标统计

4.3 土锚杆施工概述

土锚杆为φ100 mm@1 200 mm，倾角15°，长度15 m，杆体钢筋1φ25 mm；由于锚固段处于中密状态的含黏土粉砂的圆砾层与卵石层，故采用套管式潜孔冲击锤成孔，套管直径90 mm，二次高压注浆体直径不小于100 mm。要求注入P.O 42.5水泥量不小于40 kg/m，第1次为低压注浆，第2次为高压劈裂注浆，注浆压力2.5～5.0 MPa。施工后经抗拔承载力检测全部符合设计要求，基坑开挖过程中未出现报警值。

5 结语

套管式潜孔冲击锤土锚杆适用于砂土、砾砂、砾卵石、风化基岩及地下水丰富等复杂的硬土层地基。潜孔冲击锤钻进中应同步跟进套管护壁，成孔到设计深度后应反转收拢偏心钻头，缓慢地退出钻杆及潜孔锤且留下套管。注浆应连续进行，锚杆的注浆质量决定着锚杆的承载力，故活塞式注浆泵的功率应足够大，使二次高压劈裂注浆的浆液向周围土层挤压渗透。不同土层中低压注浆与高压劈裂注浆的水泥土强度差距较大，会影响土锚杆的承载力，故应通过试成锚验证设计的有关指标并总结完善锚杆施工的各项工艺参数。

套管式潜孔冲击锤土锚杆作为新型基坑围护体，优点明显，但也在如何实现扩大头增大抗拔承载力以及将其应用于可回收无黏结钢绞线等方面需要完善。