大吨位可回收式旋喷扩大头锚索在软土地区的应用

2020-02-15李长江李和涛

建筑施工 2020年12期

王辉李长江李和涛龙云

中国建筑第二工程局有限公司四川成都 610016

大吨位可回收式旋喷扩大头锚索是一种采用旋喷扩孔而形成的扩大头新型锚索，采用高压旋喷原理在扩大头一端长度范围内用水泥浆进行切割扩孔，置换填充水灰比较小的水泥浆而形成一个圆柱状的扩大头。大吨位可回收旋喷锚索是一种新型的锚索，适用于软土地区深基坑和大基坑桩锚支护体系[1-5]。

可回收式旋喷扩大头锚索在国内应用较少，工程实践较少。结合工程实例，对新型膨胀头锚索在软土地区深基坑桩锚系统施工中的应用进行阐述和总结，为软土地区类似深基坑工程提供参考。

1 工程概况

某深基坑工程地下3层，存在大面积软土区域，锚索设计为3排，最大成孔深度达38 m，扩孔段8 m，最大承载力标准值为750 kN。其中，第2排、第3排锚索受力较大，采用旋喷扩大头锚索技术。

2 施工工艺

2.1 工艺原理

锚索采用可回收式压力型锚索，工厂化生产加工。成孔采用套管跟进式和旋喷扩孔结合，注浆采用孔底返浆法，二次注浆工艺，第1次采用注浆管注浆，第2次采用高压注浆。锚索在地下室回填时完成换撑和钢绞线回收。

2.2 操作要点

2.2.1 锚索选型

选用市场上使用广泛、可靠的产品进行施工，在原有产品的基础上进行改进和优化设计，确保产品100%回收，应力可靠。根据锚索承载力大的特点，选用压力分散型锚索。回收装置集成在锚头内，每根钢绞线设1个支承体，4根锚索设4个支承体，相邻支承体之间的机械连接采用刚性材料，从而提高锚索承载架的整体性能。锚索由厂家制造，部分拼装现场连接。

2.2.2 成品锚索进场验收

锚索进场后，堆放场地应便于工人搬运，并允许机械配合搬运。现场应设专人监护锚索堆放，防止人为损坏和污染。成品锚索必须按不同材料存放，并设置成品标识牌。

锚固段每隔1.0 m、自由段每隔1.5 m设1个架线环，用镀锌铁丝绑扎牢固；注浆管布置在架线环的中间，其中二次注浆管隔1.0 m布置1个注浆孔洞，并用胶带密封。

锚索加工总长度应符合设计要求，总长度＝锚索设计长度＋外露张拉长度1.5～1.8 m（以桩外皮为准）。

压力集中型必须明确标记非工作锚索，压力分散型必须标记锚索分级的情况，经验收合格后，方可使用。

2.2.3 锚索工作面土方开挖

锚索工作面土方应分层分段开挖，严禁超挖，并按一层土石方一层锚索的节奏施工。每层锚索工作面开挖长度不大于30 m，开挖至锚索标高以下500 mm。及时完成锚索、喷锚支护施工，缩短无支护暴露时间。

2.2.4 放线定位

现场测量放线人员按设计要求放线，用经纬仪在坡面上确定每根锚索的控制线，用水准仪测量每个锚索孔位的标高，并喷涂红色油漆进行标记。

2.2.5 钻机就位

钻机运行路线铺设宽10 m、厚60 cm的砖渣，局部软土层加厚20 mm钢板，保证钻机平稳运行。钻机应安装牢固，用锚索机指针测量钻杆角度，控制误差在±3°以内。

2.2.6 泥浆制备

旋喷扩大头锚索成孔过程采用纯水泥浆，水灰比为1.0；普通孔径锚索采用泥浆湿作业成孔，泥浆密度应按照土质情况进行调整。钻机施工前，钻机与支护桩之间要形成环形截水沟，以便于泥浆（水泥浆）的收集。在黏土中钻进时，采用膨润土造浆。在较厚的砂层、泥炭土中钻进时，添加钠基膨润土制备泥浆，并对不符合稠度要求的泥浆进行更换，及时补充新鲜泥浆。

本工程选用优质钠基膨润土人工造浆，同时为了保证在钻进过程中泥浆的性能指标，在造浆的过程中可适量添加Na2CO3等外加剂，来改善黏土水化分散性能，降低泥浆失水量。施工时应注意控制泥浆相对密度、黏度、含砂率、pH等指标，以确保泥浆相对密度为1.05～1.25、黏度18～25 s、含砂率小于4%、pH为8～10。

采用优质钠基膨润土配制泥浆，并掺入体积分数为泥浆液0.003%的聚丙烯酰胺絮凝剂。每立方米水所需要的膨润土质量为80 kg。对于不能回收利用的泥浆，采用密闭式泥浆罐车外运。截水沟上部设置宽1.2 m的竹或木跳板，以便于安装锚索时人员站立。

2.2.7 旋喷扩孔

4束钢绞线扩孔长度为5 m，6束钢绞线扩孔长度为8 m，扩孔直径均为500 mm。钻头使用高压旋喷钻头，旋喷扩孔压力为20～25 MPa，钻杆提升速度为0.20～0.25 m/min，高压旋喷扩孔至少往返2次（现场5 m扩孔长度按100～125 min控制，8 m扩孔长度按160～180 min控制），水泥浆流量为70～80 L/min，旋喷扩孔至锚索设计深度增加0.5 m，完成后拿出钻杆，再次跟进套管至设计长度。

2.2.8 锚索安装

锚索安放时，由装载机和人工配合将成品锚索转运至孔位，对钻孔重新进行通孔检查，对坍孔和掉块进行清理。

安装前锚索隐蔽验收必须合格，再次对锚索体进行详细检查，特别是对锚索编号和孔号进行核实，对损坏的配件进行修复和更换。推送锚索时不得使锚索扭压弯曲，用力要均匀一致，防止在挤压等过程中解锁锚索，造成锚索失效。对所有压力分散型锚索的外露端做出明显标记。

2.2.9 锚索一次注浆

1）锚索注浆使用的压力表必须经标定合格后使用。

2）锚索注浆采用事先预留的高压注浆管注浆的方式，通过注浆管注入水泥浆，直至孔口返浆。注浆时应慢速连续注浆，直至钻孔内的水及杂质被置换出孔口，孔口流出水泥浆浓稠为止。注浆前应检查每根钢绞线是否松脱。

3）锚索注浆采用纯水泥浆，水泥选用P.O 42.5，水灰比0.45～0.50，浆体强度为M30，全段200 mm的普通孔径锚索注浆水泥总用量不少于100 kg/m（根据现场土质情况，在100～150 kg/m之间进行动态调整），旋喷扩大头锚索的水泥用量为250～300 kg/m。为保证浆体的早期强度，添加0.05%的三乙醇胺早强剂和聚羧酸高效减水剂。

4）第1次注浆压力为0.5 MPa。

2.2.10 锚索二次注浆

二次注浆采用事先预留的高压注浆管注浆，浆体参数与第1次注浆相同。待第1次注浆3～4 h后，进行第2次注浆，压力应不大于1.5 MPa。本工程二次注浆比普通锚索的注浆时间相对提前，且压力较小，目的是避免压力过大导致锚索套管破裂后水泥浆灌入，而引起后期锚索难以回收的问题。采用此种方法，后续的承载力检测和回收效果均较好。

2.2.11 锚索张拉、锁定

1）锚索注浆体强度大于15 MPa并达到设计强度的75%（一般为注浆后12 d），腰梁抗压强度达到25 MPa后，方可进行锚索张拉。分层分段张拉的锚索完成后，方可进行相邻土方的开挖。

2）锚索张拉使用的千斤顶和进油、回油压力均应在标定合格后，方可使用。张拉人员上岗前应经过严格培训，并持特种作业证件上岗。

3）压力分散型锚索按设计要求分别对单元锚索进行预张拉，预张拉拉力值应取0.1～0.2倍的轴向拉力标准值，以此消除在相同荷载作用条件下因自由段长度不等而引起的弹性伸长差，再同时张拉各单元锚索。正式张拉时，应张拉至其设计锁定值的1.05～1.10倍进行锁定。每张拉一次均应测量锚索（杆体）的伸长值，并做好原始记录。可回收锚索长度不应小于1.2 m，因此不必在末端封锚。

2.2.12 锚索试验及检测

1）至少应在施工前1个月进行锚索浆体配合比试验，同时应测试所需外加剂的掺量和2种以上外加剂的相容性。

2）对锚索注浆体强度应进行检验，制作70.7 mm× 70.7 mm×70.7 mm的试块，以28 d标准养护条件强度作为浆体强度评价依据。试块的制作每30根锚索不应少于一组，每组不应少于6个试块。锚索张拉前，制作部分同条件试块用于确定本项目锚索张拉时间对应的强度数值。

3）锚索抗拔承载力检测试验数量不应少于锚索总数的5%，且在同一土层中的锚索检测数量不应少于3根。检测锚索应采用随机抽样的方法选取。抗拔承载力检测值与轴向拉力标准值的比值应≥1.4，当检测锚索不合格时应扩大检测数量。

2.2.13 可回收锚索换撑

本工程基坑待顶板施工完之后，进行土方回填，回填过程中自下而上，每回填一层土方设置钢筋混凝土换撑板，然后回收锚索。具体流程为：基础底板处，底板与支护桩间浇筑厚1.0 m的C15素混凝土，浇筑养护5 d后，进行最下排锚索回收施工→继续进行土方夯实回填至上排锚索位置下500 mm，进行该排锚索回收→地下4层楼板顶与结构板齐平位置下设置厚200 mm的钢筋混凝土换撑板（混凝土强度同楼板），宽度2 000 mm，间距4 000 mm→继续回收锚索、回填土方及设置换撑板至地下3层楼板顶标高（支护桩顶）。

2.2.14 锚索回收

回收时不需要专用设备，采用单索千斤顶将锚具收回，用手将钢绞线推到底，顺时针转动1～2圈，然后用力拉动钢绞线，使整个钢绞线能被拉出。

用千斤顶分别对钢绞线进行加载，使之脱离固定台座，即可回收。锚索回收施工程序如下：

1）装上支架、穿心式油压千斤顶、回收锚具及夹片等。

2）完成安装后开启千斤顶加载，使锚头有松动及2～3 mm的浮起，然后加载。

3）在支架上安装锚头夹片的回收垫片，重复步骤1后开启千斤顶加载，使锚头处的夹片脱落，千斤顶卸载，取走锚头。

4）将支架取走，用专用夹钳夹住钢绞线，逆时针旋转一圈半解锁，人工将锚索单根分别拔出。

5）重复步骤4，直至将所有锚索拔出。对拔出的锚索进行详细检查，若可二次利用的则须妥善保管。

3 质量控制

3.1 钻机就位质量控制

钻机就位时钻头应对准孔位，钻杆入孔角度应满足设计要求，钻机臂上带有角度刻度尺，可以直接读数控制入孔角度。

3.2 成孔质量控制

成孔质量主要是孔径、孔深、角度，施工过程应按照设计要求严格控制，孔位允许偏差±50 cm，倾斜度及方位角允许偏差为±3°，孔深需超过设计长度500 mm。

3.3 一次注浆质量控制

锚杆下放后，应立即按设计配合比进行灌浆。灌浆前，应检查灌浆设备、灌浆管是否完好、畅通。管道连接后，可用清水进行压注检查，保证设备和管道的正常运行，无漏浆、爆管等问题。

注浆采用孔底反注浆的方法，全断面一次灌注，防止长时间停灌。实际灌浆量一般大于理论灌浆量，以孔口浓浆溢出量为灌浆终止标准。若发现孔口浆液表面脱落，应在30 min内进行2～3次孔口灌浆，保证孔口浆液饱满。

3.4 二次注浆质量控制

二次注浆采用双控法，应同时满足设计注浆量和设计注浆压力的要求。

3.5 张拉质量控制

锚杆张拉分4级进行，每级荷载分别为锁定拉力的25%、50%、75%、100%，然后再超张拉1.1～1.2倍，每级需要持荷5 min、超张拉持荷10 min，并分别记录每一级锚杆的伸长量，在每一级稳定时间内必须测读锚头位移3次。张拉后若发现有明显的预应力损失，应及时进行补张拉。张拉稳定后，卸荷至锁定荷载并锁定锚杆。