富水地质条件下岩土锚杆的施工技术研究

尤士杰（上海市基础工程集团有限公司，上海 200002 ）

对于富含地下水的多种地质条件，包括黏性土、砂性土、粒径较小的砾石层、风化程度不同的岩层等进行预应力锚杆施工，解决了由于地下水的问题带来的各种困难。最终使预应力锚索施工深度可达 31 m，横向成孔角度 5º～25º。成孔时利用全套管跟进技术及注浆止水技术解决了孔壁坍方和锚杆下放问题。

1 工程概况

山东省济南市济南绿地普利中心项目塔楼部分 Ⅲ 基坑面积 8 900 m2。开挖深度 14～23 m，围护形式采用环形地下连续墙，墙厚 800 mm，最大墙深为 36.1 m，开挖深度内设置 4 道预应力锚杆。

基坑采用墙锚体系受力，坑内无支撑。第 1 道锚索采用 3 根 15.2 钢绞线，锚固端设在圈梁上（基余均设在地墙上）。第 2 道、第 3 道锚索采用 4 根 15.2 钢绞线。第 4 及第 5 道锚索（局部区域设五道锚索）采用 3 根 15.2 钢绞线。预应力锚杆参数统计如表 1 所示，预应力锚杆平面图如图 1 所示。

图1 预应力锚杆平面图

表1 预应力锚杆参数统计表

2 地质条件

拟建场地位于济南市中心区域，北临普利街，南临共青团路，西临顺河高架路，高架路下为贯穿济南市南北的顺河，河内有水流。地质分布情况自上而下为 ① 杂填土层底埋深 1.6 m、①-1 素填土层底埋深 5.01 m、② 粉质黏土层底埋深 6.2 m、⑤ 碎石层底埋深 7.5 m、③ 黏土层底埋深 11 m、⑤ 碎石层底埋深 16.1 m、⑥ 残积土层底埋深 17.8 m、⑦ 全风化闪长岩层底埋深 19.3 m、⑧ 强风化闪长岩层底埋深 21.2 m、⑨ 中风化闪长岩层底埋深 48.3 m。

地区内对预应力锚索的不良施工土层主要有碎石层以及下部不同风化程度的岩石层，黏土层内在成孔过程中也有包裹钻杆的风险，均为不良地质。此外济南市著有全国文明的泉城之称，地下水资源丰富，给施工增添了难度。

3 机械设备选择

机械设备的选择上除考虑工期、经济性以及满足场地条件以外，还需考虑几方面因素。

（1）有足够的扭矩，配备适合的钻头，可在岩层内进行成孔钻进。

（2）钻杆方便拆卸，因孔内需进行注浆封堵以及跟管钻进，需反复拆卸钻杆。

（3）能够满足跟管钻进的功能需求。

（4）带泥浆循环功能，防止孔壁坍塌。

主要机械设备如表 2 所示。

表2 主要机械设备一览表

4 岩土锚杆施工技术研究

针对不良土层影响，需从富含地下水、岩土锚杆的成孔、孔壁坍方等方面来研究出可行的施工技术。

4.1 地下水的控制

针对富含裂隙水岩层地质条件下锚杆无法施工的问题，采用孔内注浆后进行二次成孔的施工技术。当成孔完成后裂隙水从孔内流出时，在孔内下放注浆管进行高压注浆，使水泥浆液渗透至岩层裂隙中进行填充固结，待固结体达到一定强度后采取二次成孔，有效解决了岩层中裂隙水涌入孔内及锚杆在涌水状态下张拉失效的问题。

4.2 岩土锚杆的成孔技术研究

由于强度大，岩石土层对钻机成孔形成阻碍。在钻机无法正常钻进时需考虑配置空压机，更换钻头。采用冲击回转钻进，可以利用钻机自带的泥浆泵进行泥浆循环，从而将索孔内的岩石碎屑清出孔外。

钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2 min，防止孔底尖塌孔、达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体黏滞，必须清理干净，在钻孔完成后，使用高压空气（风压 0.2～0.4 MPa）将孔内杂渣及水体全部清除出孔外，以免降低水泥浆与孔壁土体的黏结强度。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安锚索与注浆，必要时在周围坡面适当部位设置排水孔处理。

4.3 成孔过程中的防坍孔措施

主要采用全套管跟进成孔技术来防止成孔过程中发生的孔壁坍方。对于成孔直径为 150 mm 的孔采用φ160 mm钢套管，壁厚为 3 mm，钢套管 6 m 分节采用丝扣连接。成孔施工的同时采用气压泵同时打设钢套管，起到对孔壁的保护以及对地下水有一定的隔离作用，施工完成后可采用液压拔管器将钢套管分节拔出。针对黏性土层、砂性土层、粒径较小的砾石层中采用该项技术解决了因富含地下水时造成的孔壁坍方，锚杆无法下放的困难。

4.4 岩土锚杆的张拉技术

岩土锚杆的张拉需考虑岩层内预应力的损失，为确保基坑安全，应及时予以应力补偿。

在注浆体强度达 80% 以后，将锚索用 32 a 工字钢水平连接成为整体，先用轻型千斤顶对钢绞线逐一张拉，张拉力控制在 10% 设计拉力值，使钢绞线逐根顺直，然后进行整束整体初次张拉。整体张拉按多次多级进行，一般采用两次多级，初次最终张拉吨位为锚索设计锚固荷载的 50%～75%。末级最终张拉吨位为设计荷载的 100%，各次张拉吨位则按级等分，张拉时间间隔 ≥3 d，以 7 d 最好，使后一次张拉能有效补偿前一次张拉因地层压缩徐变而产生的预应力损失，末次张拉的预应力损失则由超张拉补偿。一般岩层预应力损失比例在 13%～20% 以内，土层 ≤25%，各级张拉均需持荷载稳定 5 min 以上（最后一级张拉为 30 min），使预应力在土体压缩变形稳定后能较好地均匀传递并得到调整。

5 施工成果

在采取了一系列措施后，使预应力锚杆的施工在富水地质条件及岩土地层中的施工质量得以保证。主要解决了成孔质量、孔壁坍方、岩层内钻进、锚杆下放、孔内渗水以及张拉后应力损失的一系列问题，确保工程进展顺利。同时确保了基坑安全，使墙锚体系在该类地质条件下的应用得以顺利实现。对施工完成后的索孔在整个基坑开挖过程中还需跟踪观察，对发生少量渗漏水的索孔还需及时进行注浆封堵，避免对下道工序产生影响。结构回筑时逐层、分区进行拆除，并应注意及时对索孔进行永久性封堵，以免发生孔内渗水。

6 结 语

本文以工程实例为依托，介绍了富水地质条件下岩土锚杆的施工技术。主要问题是解决了锚杆在成孔过程中解决丰富的地下水、岩石地层条件下的成孔及可能产生的孔壁坍塌问题，包括在后期张拉时应考虑在岩石地层内已施工完成的锚杆会产生预应力损失。通过关键技术的研究使得上述问题得以解决，从而确保施工质量，满足设计要求。