高压旋喷扩大头锚杆现场对比试验研究

【摘要】针对高压旋喷扩大头锚杆，结合桓台马踏湖地区现场工程，选择浆液喷射压力以及拔钻速度两项工艺参数做不同组合搭配，分别进行了锚杆锚固段开挖试验以及锚杆极限抗拔承载力试验，同时将抗拔承载力计算结果与实测值进行对比。研究表明，开挖出的锚固体形态较为理想，浆液喷射压力与拔钻速度对锚固体直径以及锚杆极限抗拔承载力的影响趋势与理论预期基本一致。本文对高压旋喷扩大头锚杆的施工管控提出了建议。

【关键词】高压旋喷扩大头锚杆;浆液喷射压力;拔钻速度;极限抗拔承载力

在基坑支护工程中，直径150mm的预应力锚杆（后文称普通锚杆）在桓台马踏湖地区应用颇为广泛。但对于某些特殊情况，普通锚杆存在一些局限性，例如当基坑外部空间有限，普通锚杆施工长度无法满足计算要求时，需要采取针对性措施进行处理。针对上述类似情况，高压旋喷扩大头锚杆是一种较好的解决方案，相比其他工艺，其优点在于，在高压旋喷成锚过程中，一边旋喷钻进一边将钢绞线带入孔中，完成成孔后高压边旋喷边拔钻最终完成施工，不存在成孔塌孔问题，在淤泥、软土、松散砂层以及地下水位以下时尤为适用。

一、对比试验设计

本文研究进行了两类现场试验：一是根据不同工艺参数的搭配完成高压旋喷锚杆的施工，然后开挖出锚杆锚固体，查明相应工艺参数对锚固体形态（直径、均匀度等）的影响;二是选择适当的工艺参数施工高压旋喷锚杆，进行锚杆极限抗拔承载力试验，并与普通锚杆试验结果进行对比，以定量评估高压旋喷锚杆的承载及变形特性。经比对，工艺参数确定为浆液喷射压力、钻进及拔钻速度。受到实际工程的限制，上述两类试验依托两个项目分别完成。

二、试验结果分析

（一）锚杆锚固段开挖试验结果分析

在相同土质中，当喷射压力不变时，随着拔钻速度增快，锚固体直径基本呈降低趋势。对于试验锚杆，开挖时发现其处于类似松砂质土中，本层土未在地勘报告中体现。

随着浆液喷射压力的变化，锚固体直径表现出了一定的离散性，即当拔钻速度为25cm/min时，浆液喷射压力20MPa锚固体直径反而小于喷射压力10MPa的直径。当拔钻速度过快时（100cm/min），若喷射压力不足（10MPa），形成的锚固体直径有限。欲获得直径300mm的锚固体，将拔钻速度控制在50cm/min浆液喷射压力20MPa时更有保障。

（二）锚杆极限抗拔承载力试验结果分析

在相同土质中，当浆液喷射压力不变时，随着拔钻速度增快，锚杆极限抗拔承载力呈相似或降低的趋势。对于本次试验，浆液喷射压力为10MPa时，拔钻速度为25cm/min及50cm/min，锚杆极限抗拔承载力未体现出明显变化;对于浆液喷射压力为20MPa时，锚杆极限抗拔承载力随拔钻速度的增快降低了一级。

随浆液喷射压力的变化，锚杆极限抗拔承载力整体呈现出随其增加而增加的趋势。对于浆液喷射压力为30MPa的试验锚杆，尽管拔钻速度达到100cm/min，其抗拔承载力依然超过600kN，较其他情况有显著提高，也印证了砂层的极限侧摩阻力较黏性土高。

此外，我们还对同等条件下的3根普通锚杆（采用螺旋钻机干成孔工艺施工）进行了张拉基本试验3根普通锚杆获得的极限抗拔承载力均为140kN按照工程上习惯的核算方法，可知普通锚杆的极限抗拔承载力约为35kN/m，而高压旋喷扩大头锚杆的极限抗拔承载力约为85～120kN/m，是普通锚杆的2.5～3.5倍。鉴于扩大头端阻力对其承载力的贡献，当锚杆直径不变、锚固段长度增加时，此比值可能有所降低。

三、高压旋喷扩大头锚杆的应用

由于水泥浆喷射孔直径很小，本工艺对水泥浆的制备要求较高，除使用高质量水泥外，在水泥浆制备过程中需严格进行二次过滤，否则易造成喷射孔堵塞，影响施工质量。锚杆杆体在成孔过程中被钻杆同步带入孔内。钻进过程中，需将锚杆杆体架高脱离地表，避免在钻进过程中杆体与地表土体及泥浆接触，影响其与锚固体之间的摩擦力。

本工艺中，钻杆拔钻速度是保证锚杆施工质量的重要指标，需严格控制。与喷射压力通过压力表直观控制不同，钻机本身没有自动控制拔钻速度的装置。因此当无条件对钻机进行改装时，应设专人对拔钻速度加以管控，保证锚杆施工质量。从水泥用量看，本次试验测得高压旋喷扩大头锚杆的水泥用量约为100～200kg/m，约为普通锚杆的2～4倍，水泥用量随拔钻速度降低、浆液喷射压力增加而增加。现场施工时，应实时统计水泥用量，作为判断锚杆施工质量的辅助性指标。

四、结論

（一）在桓台马踏湖地区的黏性土、粉土地层中施工了高压旋喷扩大头锚杆，从开挖出的锚固体形态看，锚固体截面呈圆形或微椭圆形，通长呈较为均匀的圆柱体，未发现明显的变径情况，圆柱体外侧水泥土与土的接触表面凹凸不平，锚固体成型状态较好。

（二）锚固体直径方面，在相同土质中，当喷射压力不变时，随着拔钻速度增快，锚固体直径基本呈降低趋势，而其相对于喷射压力的变化趋势在本次试验中反映得不明显。欲获得直径≥300mm的锚固体，将拔钻速度控制在≤50cm/min、浆液喷射压力≥20MPa时更有保障。

（三）极限抗拔承载力方面，在相同土质中，当浆液喷射压力不变时，随着拔钻速度增快，锚杆极限抗拔承载力呈相似或降低的趋势;拔钻速度不变时，锚杆抗拔力随浆液喷射压力增大而增大。

（四）现场应用高压旋喷扩大头锚杆时，应根据土质条件、设计要求（锚固体直径要求）等情况，综合确定施工工艺参数，在满足质量要求的同时节约材料用量、保证施工速度。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准.高压喷射扩大头锚杆技术规程（JGJ/T 282—2012）[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]路威，秦景，娄鹏，等.旋喷锚杆锚固体直径计算方法及影响参数试验研究[J].岩土工程学报，2016，38（10）：1783-1788.

基金项目：

淄博职业学院院级科研基金项目，项目编号：2018zzzr08。

作者简介：

袁庆铭（1982-），男，山东潍坊人，讲师，硕士，研究方向：工程技术及预算。