岩溶强烈地区钻孔灌注桩结构研究

李伟亮

（广州地铁集团有限公司 广州 510030）

0 前言

在建筑施工中，基坑边坡需通过支护防止塌方、滑坡。边坡的支护多采用预应力锚索，在岩溶发育强烈的地区，一旦钻孔机开挖的壁孔经过溶洞，壁孔被溶洞分为两段或多段，各组柔性钢绞线进入溶洞时，在重力的作用下会发生弯曲，使钢绞线难以进一步插入下一段壁孔内部，进而使整根预应力锚索难以完全插接入壁孔的底部，对预应力锚索的强度造成影响，无法保障工程施工质量，存在改进空间。本研究主要提供一种岩溶强烈地区钻孔灌注桩结构，解决了钻孔遇到溶洞时预应力锚索的安装问题，使预应力锚索中的各组钢绞线在经过溶洞位置后能顺利插入下一段的壁孔中，保证整根预应力锚索能够插入壁孔的底部，提升预应力锚索的整体强度。

1 总体技术方案

基坑的内壁上采用钻机开挖若干组壁孔，各组壁孔水平排布，各组壁孔向下倾斜延伸，完成钻孔后借助高压旋喷机对壁孔的底部进行扩孔，使壁孔的底部形成孔径更大的空腔，之后施工人员将包括钢绞线、锚固体及钢管组合的预应力锚索向壁孔内部插接，在预应力锚索插入壁孔的过程中，钢管对预应力锚索进行包裹，由于钢管的刚性较好、不易弯曲，当不断进入的预应力锚索达到溶洞的位置时，钢管逐渐深入溶洞内部，钢管自身的刚性较好可直线插至孔底，预应力锚索在钢管内部，预应力锚索随着钢管不断向壁孔底部插入，当预应力锚索插入溶洞位置时，预应力锚索受钢管的支撑，使预应力锚索能够继续沿着壁孔的延伸方向运动，当钢管穿过溶洞时，钢管内部的预应力锚索也顺利穿过溶洞并继续向壁孔的下一段插接，进而使预应力锚索能够与下一段的壁孔正对，实现了预应力锚索在壁孔内部的顺利安装［1］。

当完成预应力锚索的铺设后，采用注浆管向壁孔内部注浆，注浆管喷出的水泥砂浆经钢管上的各组通孔流出，使砂浆对壁孔进行填充，砂浆对空腔进行填充，形成扩大锚固体，预应力锚索的锚固体包埋在扩大锚固体内部，扩大头的设置提升了预应力锚索的拉拔强度，灌注桩不断对壁孔进行进一步的填充，当水泥砂浆在壁孔的入口出现反流时，壁孔完成注浆作业，待砂浆失水凝固，完成对预应力锚索的施工［2］。整体、半剖结构如图1所示。

图1 整体结构及半剖结构示意图Fig.1 Overall Structure and Semi Sectional Structure Diagram

2 细节设计

预应力锚索上等间距安装有若干圆盘状组卡盘，卡盘圆面上贯通开设有若干组圆孔，各组所述钢绞线插接入所述圆孔内部，各组钢绞线插接入卡盘上的圆孔内部，使各组钢绞线之间的整体性提升，在进行预应力锚索的移动时，各组钢绞线不易发生散乱。同时，卡盘的圆心位置贯通开设有安装注浆管的插孔，使注浆管固定在卡盘上，卡盘对注浆管进行限位，注浆管在进行注浆作业时，注浆管能够沿着各组卡盘上的插孔滑动，当注浆完成将注浆管拔出时，注浆管与各组卡盘的接触面积较小，注浆管与各组卡盘的摩擦力较小，便于将注浆管拔出［3］。预应力锚索及钢管如图2所示。

图2 预应力锚索及钢管爆炸Fig.2 Explosion of Prestressed Anchor Cable and Steel Pipe

锚固体呈圆锥台状结构，各组钢绞线与锚固体径向尺寸较大的一端固定连接，钢管靠近锚固体的一端与所锚固体固定连接，当预应力锚索向壁孔内部进行铺设时，锚固体的圆锥台结构起到导向作用，钢管与锚固体固定连接，故钢管内部的各组钢绞线在向下倾斜设置的壁孔内部不会发生滑动，使钢管与各组钢绞线的一体性提升［4］。锚固体如图3所示。

图3 锚固体示意图（图2中A处放大）Fig.3 Schematic Diagram of Anchor Body（Enlarged View at A in Fig.2）

卡盘的圆周面上设有若干组凹型缺口，缺口围绕卡盘轴线等角度圆周分布，降低了钢管内周壁与各组卡盘的接触面积，进而降低钢管与各组卡盘之间的摩擦力，同时在进行注浆作业时，水泥砂浆易从各组缺口的位置流动，促进了水泥砂浆在钢管内部的流动效率［5］。卡盘与钢管如图4所示。

图4 卡盘与钢管示意图（图2中B处放大）Fig.4 Schematic Diagram of Chuck and Steel Pipe（Enlarged View at B in Fig.2）

预应力锚索远离所述锚固体的一端伸出壁孔的入口，并安装有外锚头，外锚头上贯通开设有与各组所述钢绞线正对的限位孔，各组钢绞线与限位孔插接配合，外锚头与钢管连接［6］。各组钢绞线插接入限位孔内部，使外锚头与各组钢绞线的一体性提升；外锚头与钢管抵紧，使外锚头对钢管起到限位作用［7］。外锚头与钢管如图5所示。

图5 外锚头与钢管示意图（图2中C处放大）Fig.5 Schematic Diagram of External Anchor Head and Steel Pipe（Enlarged View at C in Fig.2）

待壁孔内部的水泥砂浆硬化后，借助拉拔灌注桩设备对预应力锚索进行拉拔实验，当拉拔实验达到设计值时，各组预应力锚索的施工合格；当各组预应力锚索在拉拔实验中未达到设计要求，则通过在未达到张拉设计值的预应力锚下方重新补施工一组预应力锚索，两组预应力锚索的竖直距离不小于1.5 m［7］。

外锚头位置安装有钢筋笼，钢筋笼对外锚头进行包围，各组钢绞线伸出钢管的一端均位于所述钢筋笼内部，所述钢筋笼上浇筑有水泥墩，使水泥墩对各组钢绞线的端部进行覆盖，提升了各组钢绞线的稳定性［8］。钢筋笼如图6所示。

图6 钢筋笼示意图（图1⒝中D处放大）Fig.6 Schematic Diagram of Reinforcement Cage（Enlarged View at D in Fig.1⒝）

基坑的坑底竖直开挖有地沟，地沟位于水泥墩的竖直下方，地沟内部插接钢筋并浇筑混凝土砂浆形成基桩，基桩的上端部与水泥墩一体连接，使基桩对水泥墩进行支撑，当基坑的内壁发生纵向的移位时，基桩对包埋有预应力锚索的灌注桩进行支撑，提升了预应力锚索的结构强度［9］。

3 实施效果

预应力锚索插接在钢管内部，钢管与锚固体固定连接，当预应力锚索插入壁孔内部时，钢管对溶洞的位置对预应力锚索进行支撑，使预应力锚索能顺利穿过溶洞的位置并插接入下一段的壁孔内部，借助注浆管进行注浆作业，水泥砂浆在壁孔底部的空腔内部形成扩大锚固体，扩大对锚固体进行包埋，扩大锚固体增强了预应力锚索的拉拔强度，实现了当钻孔遇到溶洞时对预应力锚索的顺利安装，预应力锚索在钢管的导向下能够顺利插入壁孔的底部，使同时预应力锚索的锚固体包埋在扩大锚固体中，提升预应力锚索的拉拔强度，外锚头与钢管抵接，各组钢绞线插入外锚头上的各组限位孔内部，钢筋笼对外锚头进行包覆，并浇筑水泥砂浆形成水泥墩，水泥墩与地沟内部的基桩一体连接，基桩对包埋有预应力锚索的灌注桩进行支撑，提升了预应力锚索的结构强度［10］。