高富水淤泥质砂层深基坑锚索施工的研究

杨仲洪，罗荣进，杨 幸

(中国电建集团中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001)

在工程建设施工过程中，随着地下空间的开发利用，深基坑支护显得尤为重要。如何做好深基坑支护，不仅需要确保基坑开挖及地下主体结构施工的安全，还需减少基坑周围地面沉降确保周围建筑物的安全，预应力锚索施工质量在深基坑支护中起着尤为关键的作用。特别在地下水位较高，地质情况复杂，地质条件相对较差，属于易流沙和易坍塌地层地质条件(如：冲积粉土、粉质粘土、砂石层等地质)下的预应力锚索施工，采用常规锚索钻机螺旋钻进直接成孔施工时易造成塌孔，不仅锚索施工质量得不到保证，同时将引起地面沉降，造成周围建筑物不均匀沉降，不能满足锚索施工质量和深基坑支护的安全要求。由中国水利水电第十一工程局有限公司承建的上下村调蓄池工程在深基坑支护施工时，针对此技术难题展开技术攻关，采用全套管跟进成孔+膨润土泥浆护壁方法取得良好效果，保证了施工进度，可为类似工程施工提供借鉴。

1 工程概况

茅洲河流域水环境综合整治-中上游段干流综合整治工程-上下村调蓄池工程位于深圳公明北环大道与南光高速交汇处，占地面积为49866.76 m2，设计地面标高7.5 m，调蓄池规模达26万m3，调蓄池为两层地上1层、地下1层。地面为生产管理用房、发电机房、高压配电室和中压水冲洗泵房及施工区域景观绿化等，工程内部设置控制闸、检修闸、粗格栅、沉砂池、细格栅等设备及其附属设施。

上下村调蓄池深基坑长约226 m，宽140 m，基坑开挖深度9.0 m～16.5 m，基坑围护结构采用钻孔灌注桩+高压旋喷桩止水帷幕+预应力锚索+混凝土内支撑支护。其中预应力锚索根据实际基坑深度分别竖向设1道、2道、3道锚索，具体设计参数见表1。

表1 预应力锚索设计参数表

续表1

上下村调蓄池工程深基坑周边环境复杂，地下水丰富，基坑东侧距茅洲河中游上下村泵站较近，且东南侧为前池，西侧为公明排洪渠，北侧紧邻公明北环大道，故深基坑施工除了要求满足自身施工安全外，还需确保周边建筑物及环境安全[1]。

2 工程水文地质

根据工程地质勘察报告，场地地层从上到下有第四系人工填土(Q4s)，第四系冲洪积相沉积层(Q4al+pl)，第四系残积土(Qel)，下伏基岩为三叠系上统小坪组(T3x)泥岩、泥质砂岩。在预应力锚索施工范围内，锚索穿越土层主要为：淤泥质砂、中粗砂、砾砂、残积土、全风化泥岩，局部穿越粉质粘土，场内各地层特征描述见表2。

表2 场内各地层特征表

场地周边地表水系发育，主要分布有茅洲河干流、上下村排洪渠、合水口排洪渠，以及场地内有分布一面积3.5万m2鱼塘，场地地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，含水层主要为第四系沉积的细沙层、中粗砂层、砂砾层和强风化、弱风化岩层，其次为表层的人工填土层。大气降雨和河流的侧向补给是场地地下水的主要补给来源，地下水径流途径短，就近排泄于茅洲河。雨季时，地表水体水位高于场地地下水；旱季时，场地地下水位高于地表水，地下水补给地表水。场地地下水位变化不明显，枯水期地下水位高2.9 m～4.9 m，丰水期地下水位0.2 m～2.2 m。

按地层渗透性评价：场地内素填土层为弱～中等透水层，杂填土为中等～强透水地层；淤泥或淤泥质土、粉质黏土为微～弱透水地层，淤泥质砂、细砂、中粗砂为中等～强透水地层，残积土、全风化层为微～弱透水地层，强风化、弱风化层为弱～中等透水层。地下水对混凝土结构具弱腐蚀、对钢筋混凝土中的钢筋具无～弱腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性[2]。

3 锚索成孔困难原因分析

根据工程现场施工情况，在对第一道锚索施工过程中，采用常规的锚索钻机进行成孔，经常出现塌孔、缩颈、跑浆等情况，导致成孔困难、效率低下、严重影响施工进度且施工质量不能得到保证。因此，必须根据现场实际水文地质情况，优化锚索施工工艺，提高施工效率，保证施工进度。

3.1 不良的淤泥质砂土层

工程程锚索所处地层主要为淤泥质砂层，属于不良的特殊土层，淤泥质砂广泛分布，松散状，具有高压缩性，轻微～严重液化性；细砂分布范围不大，松散状为主，具轻微液化性。常规锚索钻孔过程中易出现塌孔、缩颈等问题，因此在该地层成孔较困难。

3.2 沿海地区高富水条件

工程处于深圳沿海地区，且场地周边地表水系发育，主要分布有茅洲河干流、上下村排洪渠、合水口排洪渠，以及场地内有分布一个面积3.5万m2鱼塘，场地地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，含水层主要为第四系沉积的细沙层、中粗砂层、砂砾层和强风化、弱风化岩层，其次为表层的人工填土层。地下水位较高，水量丰富，存在一定的水头压力，对锚索成孔及后期注浆效果产生不利的影响。

3.3 地层复杂多变

本工程锚索钻孔大多需要穿越淤泥质砂、中粗砂、砾砂、全风化泥岩等，地质勘查报告显示，本工程西侧地势较低，锚索穿越地层局部为淤泥质土，地质底层复杂多变，饱和水状态下物理性能差，在高水头差下易产生渗透破坏问题，在该类地层中钻孔易破坏原来相对稳定的状态，造成孔壁坍塌，缩颈涌水，从而造成施工困难[3]。

4 高富水淤泥质砂层深基坑锚索施工关键技术

4.1 工艺原理

预应力锚索全套管跟进成孔+膨润土泥浆护壁施工方法是锚索钻机成孔采用Φ150外套管先打进，然后用接有高压水泵的内钻杆将套管内土体通过机器钻进压力和水压力将土体稀释成泥浆并且排出孔外的方法成孔，开始钻进到砂层时注入比重为1.1～1.15的膨润土泥浆形成护壁，钻进泥岩后改用清水注入。成孔施工结束后拔出内钻杆，进行钢绞线下放，进行第一次常压注浆，第一次常压注浆结束后，水泥结石强度达到初凝进行二次高压注浆，拔出外套管，最后进行砼腰梁施工、锚索张拉锁定、锚索试验等工序。拔出外套管后即可进行下一根锚索施工。

4.2 施工操作要点

(1)施工准备

①土方开挖：锚索施工紧接基坑土方开挖进行，基坑土方采取分层、分段开挖。

②平整场地、留置工作面：当土方分层开挖至锚索孔位以下0.5 m高程时，平整此段开挖面场地，从而保证钻机正常就位调整角度进行锚索施工，临近围护结构边开挖沟槽以储备泥浆；根据钻机的工作特点，钻机的工作面宽度不小于7 m，施工时设置一台钻机施钻操作面。

③接水源、电源、设置沉淀池：钻机施工用水使用自来水，因施工时用水量大，因此，正式钻进前，须于基坑内设置好排水沟，并与基坑中沿基坑方向每约30 m设置泥浆沉淀池。电缆线路采用“三相五线”接线方式。

(2)测量放线定孔位、调整钻机找方位

钻机钻孔开钻前，根据设计要求和土层条件，定出孔位，做出标记。并按预应力锚索设计角度，用坡度测量仪调整好角度，然后开始钻进。

①全套管跟进成孔

移动钻机就位进行钻孔作业。锚索钻机成孔采用外套管先打进，套管跟进成孔。钻机通过钻机配置的前回转动力驱动跟进套管，钻机一次驱动的一节套管长度一般为3 m，一节套管驱动进入后通过套管上的套丝拧紧连接后连续驱动每节套管进入；套管驱动进入的同时用接有高压水泵的内钻杆将套管内土体通过机器钻进压力和水压力将土体稀释成泥浆并且排出孔外的方法成孔。在钻进砂层时注入比重为1.1～1.15的膨润土泥浆形成泥浆护壁，提高钻孔壁的稳定性，保证成孔质量。

②成孔质量要求

孔位允许偏差为水平方向≤100 mm，垂直方向≤50 mm，预应力锚索钻孔倾角为20°，倾斜度允许偏差为3%，孔深应超过设计长度0.5 m。成孔后应清孔直至孔口流出清水为止。

(3)锚索制作与下放

锚索采用3～4束7Φ5高强低松弛钢绞线制作锚筋，先用切割机将钢绞线原材切割成等长度(长度为设计长度加1.5 m)，每根钢绞线误差小于50 mm，在平坦无泥的加工场地加工。锚固段沿钢绞线长度方向每隔1.3 m设置安装一个五角星塑料定位架线环，用钢丝绑扎牢固。每束钢绞线自由段用波纹管包裹，波纹管接头和两端用透明胶布缠紧裹严，从而保证自由段不沾接水泥浆液和充分自由要求。二次注浆管从定位器中间穿入并沿钢绞线通长布置固定。锚筋加工验收合格后，方可下放。锚筋放入孔内后，外露张拉长度为1.0 m～1.2 m(以桩外边为准)以便千斤顶的安装和试验张拉。

(4)注浆

按设计要求，注浆采用纯水泥浆，水灰比为(0.4～0.45)∶1，搅浆用水为自来水，水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥。

①一次常压注浆：每个孔成孔施工结束后拔出内钻杆，用高压水冲洗钻孔，即可进行锚索一次常压注浆。注浆压力约0.8 MPa，直到浆液从孔中溢出。

②二次高压注浆：待第一次注浆浆液达到初凝强度后，进行第二次高压注浆。注浆压力不小于2.5 MPa，浆体抗压强度>30 MPa。

(5)张拉锁定

锚索注浆完成后进行砼腰梁施工，待注浆体强度达到75%以上且强度大于20 MPa且腰梁达到允许张拉强度后方可进行张拉，锁定锚索于腰梁和锚定钢板之上，每根锚索均应按设计抗拔力标准值的0.1～0.2倍进行预张拉，锁定值取标准值的70%～90%。

5 结语

在深圳沿海地区，地层复杂且地下水丰富，对沿海深基坑工程锚索施工过程中产生不利影响，通过本文的研究，采用全套管跟进+膨润土泥浆护壁技术，成功解决沿海高富水条件下淤泥质砂层中锚索成孔过程中易塌孔、缩颈等问题，锚索成孔质量及一次成孔率显著提高，配合二次注浆技术，确保锚索抗拔承载力达到设计要求，保障基坑安全。在实际施工过程中，也发现一些不足之处，全套管跟进钻进的摩阻力大，装卸套管时间长，作业效率低，单孔施工时间较长，期望在后续研究中，提高套管跟进速度，在保证施工质量的同时，提高工作效率。