高压注浆自钻锚杆在某基坑工程中的应用研究
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摘要：指出了随着工程建筑技术的高速发展，建筑高度、深度急剧增加，深基坑支护技术也随之发展，简要探讨了螺旋自钻式锚杆二次高压注浆在某工地流沙层中的施工实践。
关键词：锚杆；杆体；注浆；张拉；锁定
中图分类号：TD353 文献标识码：A
文章编号：1674-9944（2013）01-0271-02
1 工程概况
拟建场地位于青岛市经济技术开发区金沙滩路以北。拟建物由1栋28层办公楼、5层商场和地下2层整体车库组成。基坑周长约1000m，开挖深度12m，开挖深度范围内地层主要为粗粒砂。
2 工程施工条件
2.1 环境条件
拟建场区地形较平坦，交通便利，水电量供应充足。基坑北侧为已建建筑物，车库边线距已建物最近约28.0m，西侧为市政道路，车库边线距路边线约50.0m，南侧约4.6m市政道路，东侧紧临河道，最近相距约5.5m。根据建设单位提供资料及现场踏勘，北侧距车库边线约11.0m处为10kV高压线路，南侧距车库边线约12.0m处为东侧小区用电架空线路，其它方位2倍开挖深度范围内未发现架空和埋设管线。
2.2 工程地质条件
根据岩土工程勘察报告，场地地势平坦，地貌类型属于冲洪积平原，第四系土层厚度较大，平均厚度11m。
第1层素填土，褐色，稍湿，松散，以粘性土为主，含有砂土，表层有建筑垃圾、旧基础。该层广泛分布于场区；第2层中粗砂，黄褐色，饱和，中密、密实，以长石、石英为主要矿物，含10%～20%粘性土，混少量卵石，级配较好，磨圆度一般，该层广泛分布于场区；第3层砾砂，黄褐色，饱和，中密～密实，以长石、石英为主要矿物，级配较好，磨圆一般，混少量碎石，该层广泛分布于场区；第4层泥质粉砂岩强风化带，紫红色，粉砂质结构，层状构造，以长石及粘土矿物为主要矿物成分，该岩石属极软岩，岩体极破碎，基本质量等级Ⅴ级。
2.3 水文条件
地下水类型以第四系松散岩类孔隙弱承压水为主，地下水主要赋存于第2层中粗砂及第3层砾砂中，稳定水位埋深平均约为0.8m，含水层综合渗透系数24.6m/d，影响半径约140m。
拟建场地东侧近临墨水河支流，该河流为城区的主要排水通道之一，无枯水期，水量较大，为该场地地下水的主要补给源。
3 基坑支护设计要求
基坑设计采用桩锚支护形式，对地下水采取高压旋喷桩帷幕止水，坡体自上而下共3排预应力锚杆，锚杆设计总长度15000mm，锚固段长度8000mm，自由段长度7000mm，杆体采用Φs15.2钢绞线，锚固体直径130mm，内注水泥浆，水灰比0.45，锚杆轴向受拉承载力设计值Nu=230kN，预应力锁定值为120kN，水平间距3000mm，倾角15°。
4 施工试验
锚杆正式施工前进行了工艺性试验，先后选用了常规地质合金钻进泥浆护壁和套管钻进施工工艺，位置选在坡顶下3.0m处（水头约2.2m）。
在常规地质合金钻进泥浆护壁施工中，止水帷幕穿透后，在水压作用下，大量水砂急速涌出，继续钻进，塌孔严重，难以施工，且长时涌水流砂造成坡顶沉陷开裂，影响基坑周边环境安全。
在改用套管钻进工艺施工中，仍有涌水流砂现象，较前一种工艺有所减弱，随着锚孔的加深，套管出现弧线弯曲，为避免套管断裂，垫高了钻进机械，从而增加了锚杆倾角，违背了设计要求。共施工了5个锚孔，其中2个出现套管断裂，成为废孔，另外3个实施了锚杆杆体安放、注浆，每机成锚孔时间平均每天2个，速度较慢，不能满足合同约定进度。1周后对完成的3根锚杆进行抗拔试验，最大抗拔承载力为82kN，不能满足设计要求，分析原因认为套管拔出后锚孔坍塌，造成锚杆吃浆量减少，锚固体与土体未能有效粘结。
将上述试验结果反馈设计、监理及建设单位后，改用螺旋自钻式锚杆，通过初步试验，取得了成功。
5 螺旋自钻式锚杆施工工艺
5.1 场地平整
作业面场地要平坦、坚实，防止在施工中因钻进作用反力使钻机移位后退，减小锚杆倾角，造成钻杆弧线回转、断裂。
旋喷桩帷幕被穿透后，地下水将携带泥砂喷涌而出，基坑坡脚处须设置简易排水沟、集水井，及时排水。
作业面宽度应能满足钻杆的推进、接杆及人员的操作，一般不小于6.0m。
基坑内设有安全绳和逃生梯，防止意外事故发生。
5.2 测量定位
为了施工方便、准确，锚杆施工前须在坑壁标识锚杆位置，保证锚杆水平、垂直一条线，否则钢性腰梁无法安放、锚杆漏位。土方的开挖应保证锚杆距坑底200～300mm，防止锚孔流出的泥砂淤积孔口，增加钻杆接杆、锚杆杆体安放的难度。
5.3 钻机就位
钻机下采用木方垫衬，高度一般200～300mm，保证平稳，与坑壁的距离应根据锚杆在坑壁的位置进行调整，保证满足锚杆设计倾角。
5.4 锚杆钻进
本工程的经验证明，螺旋杆须连续推进，停滞时间过长，扰动砂土在水力作用下对杆体有效握裹，难以旋进。同时钻机的震动下沉降低了锚杆倾角，杆体形成弧线上翘，增加了钻进难度，施工中须及时调整钻机位置。
锚杆锚固段螺旋杆体预设出浆孔，钻进的同时注射水泥浆，可有效加固土体，增强土体的粘结强度，提高锚杆的承载能力，并起到护壁、补充水体的作用。
5.5 锚杆注浆
注浆工序的成功与否是决定锚杆承载力大小的关键。本工程中先采用常压注浆，待锚固体终凝达一定强度后再进行二次高压补浆。因支护土体为砂土，吃浆量较大，本工程中注浆量平均达0.4m3/m。
5.6 锚杆养护
锚杆注浆结束后及时安装垫板及螺母，进行临时固定杆体，防止移位。若孔口出现漏浆现象，须及时补浆。养护期间严禁扰动锚杆。
5.7 张拉所定
锚固体达75%设计强度后方可进行张拉。张拉前对张拉设备进行率定，为防止相邻锚杆的交互影响，采取间隔张拉施工法。
正式张拉前，取设计张拉荷载的20%即46kN预张拉1～2次，使锚杆各部位接触紧密。正式张拉时张拉至设计荷载的1.1倍即253kN，并停滞2～3min，再退至锁定值120kN旋紧螺母进行锁定。
6 施工时出现的问题及处理方法
6.1 旋喷桩体强度高，螺旋杆难以钻进
因基坑设有高压旋喷桩止水帷幕，通过后期取芯检测，帷幕桩体强度平均达14MPa，直接采用螺旋杆钻进较困难，施工中先采用常规地质合金钻进工艺穿透止水帷幕后再改用螺旋杆推进。
6.2 二次压力补浆难以实施
锚杆杆体与孔壁间的环形空隙难以封堵，使得二次高压补浆无法形成有效压力，经过多次试验，最终采用了止浆袋，如图1所示，锚杆钻进设计长度后，移除钻机，锚杆杆体外端部连接注浆软管，杆体与孔壁的环形空隙间安置止浆袋，进行常压注浆，浆液通过杆体外端部的出浆孔先行充满止浆袋，满溢后再沿杆体空腔前行，浆液终凝达一定强度后止浆袋则对环形空隙进行有效封堵，为二次补浆形成压力结构。
二次压力注浆增加了锚杆的注浆量及水泥浆的扩散范围，加固了土体强度，提高了土体对锚固体的粘结强度，增强了锚杆抗拔承载力。
6.3 锚杆预应力衰减及增加
在锚杆锁定后2d内进行的检查中发现，其中2根锚杆有预应力消减现象，分析原因是由于张拉、锁定配合不当造成的，进行了补充张拉，后期监测未再出现衰减现象。
通过后期抽样监测，锚杆应力整体增加，最大增加约50%，随之提高了监测频率，基坑完工后，趋于稳定。分析原因，随基坑开挖深度增加，主动土压力增加所致。
7 质量检验
除做好施工过程质量控制外，工程完工后，检测单位随机抽取了锚杆总数的5%进行验收抗拔试验，根据规范JGJ120-99中附录E.3规定，检测工作分6级逐级加载，加荷等级为0.1Nu、0.2Nu、0.4Nu、0.6Nu、0.8Nu、1.0Nu，分级观测时间为5min、5min、5min、10min、10min、15min，采用百分表测量锚杆变形。
检测结果表明，在设计抗拔力的作用下，所有试验锚杆综合变形值均满足设计要求。
8 结语
通过螺旋自钻式锚杆在本工程的成功实践，解决了流砂层锚固支护难题。锚杆施工中，将水泥浆作为冲洗液的钻进方法及止浆袋的应用，大大增加了锚杆吃浆量，有效加固了扰动土体，增强了土体的粘结强度，大大提高了锚杆抗拔力，最终检测结果表明，锚杆的实际抗拔力较设计值提高10%～50%，值得在同类工程中借鉴应用。
参考文献：
[1] 冶金部建筑研究总院.CECS 22∶90土层锚杆设计与施工规范[S].北京：中国工程建设标准化协会，1990.