某科技实验楼深基坑支护预应力锚索同步施工技术

张盼盼

置身于城市化进程背景下，工程建筑规模逐步扩大，工程建设中常涉及到深基坑支护作业，合理的支护方式有利于提高深基坑的稳定性。现阶段，“支护桩+预应力锚索”的方式因具有操作便捷、质量可靠等多重特点而取得广泛的应用。对于常规的锚索施工，诸如成孔、锚索下放、注浆均是重要的工序，施工时间相对较长，同时锚固力有限，难以全面满足深基坑支护的要求。为此，针对常规锚索施工工艺做出改进，采用深基坑支护预应力锚索同步施工技术，提高其机械化作业水平，规避以往常规锚索施工工艺存在的效率低、锚固能力有限等多重局限性。在本文中，则以工程实例为依托，着重对预应力锚索同步施工技术展开分析。

一、工程概况

某实验楼主楼为框架-抗震墙结构，主楼左侧为A区地上23层，地下两层；主楼右侧为B区地上15层，地下两层。主楼左侧A区、右侧B区的室内外高差均为0.45m。建设内容丰富，工程体量较大，包括工程训练中心、计算机学院、教室、地源热泵机房、水泵房、风机房等。

二、深基坑支护预应力锚索同步施工技术的应用

1.预应力

锚索钻进是基础环节，由液压履带式锚固钻机驱动，带动预应力锚索钻沿着特定的姿态钻进。钻进时，钻头、钻杆两类装置按特定的扭矩推进，期间根据施工进度同步启用高压注浆泵，利用此装置注入高压水，在“水流束”的作用下，切割土体。钻具组成包含钻杆、垫板顶推环、平面轴承、圆盘钢垫板、钻头，具体分布情况如图1所示。

图1 钻具整体结构示意图

钻头依次套入平面轴承、圆盘钢垫板，在该结构关系下，构成完整的、稳定的结构体系。

2.钻进同步跟锚

借助钻头和钻杆的联动作用，达到钻进同步跟锚的施工效果。钻进前，先按照图纸将组合钻具安装到位，检验各零部件以及整机装置的质量，确认无问题后投入使用。安装次序和钻进方向示意图，如图2所示。

图2 沿箭头方向依次顶推示意图

钻进时，喷嘴喷射高压水，起到切割土体的作用，土体经过破碎处理后，钻头可以高效向前钻进。将带有锚索的圆盘钢垫板套在钻头上，在该结构组合关系下，圆盘钢垫板定向顶推，以达到锚索同步跟进施工的效果。

旋喷钻进施工期间，需要保证垫板顶推环、钻头、钻杆共同结合于一体，协同运行、同步旋转。但需注意的是，垫板顶推环与圆盘钢垫板接触面有惯性的存在，会产生一定程度的摩擦阻力，而此部分外力会影响锚索的稳定性，导致其跟随转动，而随着转动量的增加，锚索将缠绕在钻杆上。为规避该问题，对锚垫板顶推环与圆盘钢垫板的连接方式做出优化，即在两者间设置一套平面轴承，由于轴承具有自由旋转的特点，可以规避顶推环与圆盘钢垫板接触而引起的旋转问题，全程带有锚索的圆盘钢垫板稳定性较好，不再出现跟随转动的情况。

3.锚索注浆扩大头的形成

非锚固段和锚固段两部分施工时，统一采取的是高压旋喷注清水钻进的方法，依托于高压旋喷的手段，有效切割钻进深度范围内的土体，使其呈破碎的状态，压力值以15MPa为宜。钻进期间加强对钻进量的观察，待其达到设计孔深后，即可反钻退钻杆，此时将孔内的锚索与平面轴承予以保留。退钻时，组织高压旋喷射水泥浆作业，压力值稳定在25～30MPa，具体根据实际情况在该区间内做灵活的调整。

凭借超高压旋喷力，在锚固段进一步切割土体。在退出锚杆时，依然需要使用钻头喷嘴，利用此装置喷出水泥浆，此部分材料最初到达孔底，而后逐步填充，直至整个锚固段均有浆液为止。且在喷浆过程中，部分被切割的土体将在浆液的推动作用下向外挤出，剩余部分则与喷射的水泥浆充分结合，经过固结后得到稳定的水泥土锚固体。除此之外，还可在锚固段形成扩大头。退钻持续发生，若到达非锚固段界面，则及时调整为常压喷射水泥浆的方法，在此施工状态下将钻杆有效退出。

三、环保控制要点

1.噪声控制

根据施工现场周边条件，合理安排施工时间，禁止中午和夜间（中午12时至下午2时，晚上11时至第二天早上7时）进行产生噪音的施工作业。选用低噪声或备有消声降噪装置的机具设备。对于无法避免的施工噪声，采取隔音、吸声等有效降噪措施，将噪声控制在《建筑施工场界噪声限值》（GB12523-2011）所规定的限值范围内。

2.水土污染防治

钻孔作业区设置截排水沟、沉淀池，对成孔过程中产生的废水浆体等集中汇聚，经沉淀过滤后排入地下污水井内，严禁废水浆体随雨水流失或擅自向城市雨水、污水管道排放。对现场柴油集中保管，油库做好防渗、污、冒、漏处理。对现场所使用的各种易对大地产生污染的液体采取隔离措施，在使用、储藏时防止污染水源、渗入大地对环境产生污染。

3.空气污染防治

严格按照扬尘防治6个“100%”要求做好相关工作，钻孔作业区及水泥浆制作后台等易起尘区域设置雾炮设备，采用湿法作业；对现场裸露土体进行防尘覆盖。注浆用水泥在室外存放时进行严密遮盖，防止扬尘。现场设置车辆冲洗台，所有车辆必须冲洗干净后方可离场上路行驶，装运材料、机械设备的运输车辆，采取遮盖措施，保证行驶途中不污染道路和环境。

4.固体废弃物处理

场内设置垃圾桶用于废弃物弃置并及时清理，做到场容整洁。固体废弃物不得在现场焚烧或填埋。

5.节能减排

建立机械设备管理制度，开展用电、用油计量，完善设备档案，及时做好维修保养工作，使机械设备保持低耗、高效的状态。选择功率与负载相匹配的施工机械设备，避免大功率施工机械设备低负载长时间运行。

四、施工期间的质量控制措施

1.现场处理及钻机就位

提前规划钻机的布设位置，以平整、压实的方法处理该部分场地，确保钻机就位后可以维持平稳；开挖集水沟，成孔施工期间的泥浆水将汇聚在该处，不存在四处溢流的情况。待各项基础准备工作均完成后，安排钻机就位，经过调整后使其到达指定位置；根据锚索孔位对钻机的姿态做适当的调整，保证机身高度以及倾角的合理性。

2.锚索的制作

以设计图纸为准制作锚索，下料时禁止采用点焊烧断的方法（会损伤锚索），宜用切割机根据尺寸要求精细化切割。锚索截断时，预留800mm及以上长度的钢绞线，确保后期张拉作业的顺利进行。锚索穿过圆盘钢垫板焊接固定螺帽，此处采用电弧焊的方法，由具有资质的焊工操作，加强防护，以免因焊接而损伤锚索或螺帽。焊接时，选用502型焊条，焊接电流稳定在160～200A。经过焊接处理后，局部可能残留焊渣，需及时予以清理。锚索制作成型后，整齐排列，加强防护。

3.高压旋喷清水同步跟锚开孔

开孔前，将施工所需的同步跟锚组合钻具安装好。顶推环端部与钻头尾部两部分需稳定连接，为此采用螺纹丝扣连接的方法；将钻杆固定在钻机上；类似的，钻杆与顶推环尾部也采取螺纹丝扣连接的方法。在合理配置后，顶推环、钻杆、钻头三部分各成体系，独立性与稳定性均较好，此时可以将平面轴承套入钻头。平面轴承与圆盘钢垫板也成为独立体系，并且此部分入孔后予以保留（留在孔内）。

4.高压旋喷清水钻进

为顺畅钻进，采用清水辅助旋喷钻进的作业方法。在应用高压变频注浆泵后，对清水做加压处理，产生压力水，而后利用高压输送胶管转至履带旋喷钻机上。水压15MPa，转速20r/min，尽可能维持该参数组合的稳定性，避免水压或转速的大幅度波动。钻进期间加强对钻进角度、钻进速度等关键指标的检测，将实测结果与设计值做对比分析，及时发现偏差并纠正，到达设计孔深后，随即暂停钻进施工。锚索跟进必须顺畅，若钻进期间存在锚索缠绕锚杆的情况，则查明原因并予以处理，经验表明，该情况通常与平面轴承故障有关，此时需暂停钻进，将锚索以及锚杆退出，对存在故障的平面轴承做换新处理，再下放入孔，继续钻进施工。

5.锚固段退钻高压旋喷同步注水泥浆

钻孔清水钻达到设计深度要求后，反转钻杆，逐节有序退出并拆卸钻杆。在反转退钻过程中，不再采用清水，取而代之的是水泥浆，在高压注浆泵的配合下增压，经由胶管将浆液输送至履带旋喷钻机。水泥浆在后台配制，水灰比0.45～0.5，拌制时间不短于30s，确保各类原材料充分混合，得到均匀性较好的水泥浆。水泥浆拌制完成后，转至储浆桶内过筛，剔除其中的杂物，以免其连同浆液混入浆管内（此时可能会发生堵塞）。为避免水泥浆离析问题，在储浆桶内配套慢速搅动装置，持续搅拌；遵循随拌随用的原则，通常水泥浆存置时间不超过4h，否则易固结。相隔3～5h后采用高压注浆泵进行二次注浆，二次注浆为劈裂注浆，压力在1～2MPa。

考虑到施工便捷性要求，合理规划水泥浆制作后台的位置，与锚索施工区域的距离控制在50m以内，且此时也能够保证注浆压力的稳定性。旋喷施工时，喷浆压力控制在25～30MPa，在该超高压的作业方式下，可以有效切割土体、提升注浆的饱满性。为了使锚固段孔径尺寸和锚固强度均具有合理性，相比于钻进阶段而言，转速和后退速度均适当减小，水泥浆流量稳定在50～70L/min，在高压喷射作业条件下，水泥浆的流动性增强，能够有效切割土体，此时对于锚固段孔径而言也有扩大的变化趋势，即在注浆期间形成“扩大头”，而其优势在于显著增加锚固力，受力条件得到有效的优化。扩大头锚固段示意图，如图3所示。

图3 扩大头锚固段示意

6.自由段常压注水泥浆

退钻位置到达锚固段与自由段的交界区域时，调整为常压注浆施工状态，即1.0～1.2MPa，退钻速度0.5m/min，按照此方式退出钻杆。禁止以喷水的方式稀释浆液，否则会影响浆液的性能。注浆时加强观察，若泛出浆液，则及时根据实际情况予以处理，否则将由于前期处理不到位而凝固，进而明显加大后期处理工作量。钻杆完全退出后，随即结束注浆，至此则结束单根锚索的施工作业。

五、结语

综上所述，深基坑支护预应力锚索同步施工技术是基于常规支护方式的升级形式，集成孔、锚索安放、注浆等工序于一体，提高了资源的利用效率，缩短了施工时间，并有利于形成扩大头锚固。从实际应用效果来看，无论是施工安全、质量、效率还是效益等方面，深基坑支护预应力锚索同步施工技术均具有更突出的优势，是一种值得参考与应用的优质施工技术。