饱和粉土不降水深基坑预应力锚索施工工法

饱和粉土不降水深基坑预应力锚索施工工法

中铁隧道集团有限公司: 康永胜 李彦军

一、前言

深基坑开挖支护常用桩、墙围护。在明挖过程中，坑内分层用钢管或钢筋混凝土梁进行其缺点是施工工序多、干扰大、对工程安全和进度都有一定影响，尤其是两端有工程需要同时进行作业时，就显得非常不适应。此外，对基坑易产生收缩变形需严格控制的地层（特别是又为深大基坑时），基坑开挖中采用分层内撑就被动得多。

将预应力锚索代替坑内的临时支撑，用于饱和含水砂土层基坑围护的坑壁支撑，在整个华东地区尚属首次，也未在国内外找到实例。该地层主要面临的难点是： 地层透水性良好，在地下水位高时无法进行先降水，现有的施工技术无法解决锚索孔钻进过程中的涌砂、涌水，造成无法成孔，下锚注浆更无法实施。

在杭州解放路延伸工程U型槽深基坑为饱和粉土及粉细砂地层，基坑宽21～27.8m，深6.6～17.5m，周边建筑众多，地下水位高，无法进行先降水，坑壁支撑设计为预应力锚索。承担工程任务后，我们首先开展了科研攻关，制定了接长套管的方法和工艺，依据静力平衡理论，利用泥浆压力平衡地下水压力的施工方案，解决了上述难题。施工中，在如何成好孔、注好浆、提高锚索抗拔力和充分发挥锚索的作用方面取得了经验，由此而形成了本工法。

二、 工法特点

1、能在饱和粉土及粉细砂地层基坑不降水条件下作业；

2、接长套管，利用泥浆压力平衡地下水压力成孔，操作方便，成孔率极高； 3、采用二次注浆充分提高锚索抗拔力；

三、适用范围

适用于饱和粉土及粉细砂地层深基坑支护工程在基坑周边降水或不降水条件下的预应力锚索施工。

四、工艺原理

（一）工艺原理

采用接长套管工艺，依据静力平衡理论，利用泥浆压力平衡地下水并护壁成孔，然后下锚，进行一、二次注浆，最后张拉锁定，从而达到抑制基坑变形，发挥出预应力锚索支护基坑的优良效果。

五、工艺流程及操作要点

（一）工艺流程

本工法的锚索施工为“先锚后梁法”。即：先施做锚索再做腰梁，最后在腰梁上加钢垫板，并将锚索张拉锁定。具体施工工艺流程如图1所示。

（二）操作要点 1、基坑开挖

基坑开挖至锚索设计标高下0.5m后，按锚索施工作业需要进行场地平整。 2、测量定位

根据设计锚索位置测放孔位，将锚索编号标识在围护桩上。可采用：工作面——排号——锚索

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序号的方式进行编码。例如：A工作面第一排第10根为A—1—10（设定线路左侧为A工作面，线路右侧为B工作面）。

基坑开挖 测量定位 钻机就位

钻 孔

下 管

锚索编制

下 锚 一次注浆

二次注浆

腰梁制作

钢垫板加工

张拉锁定

图1 预应力锚索施工工艺流程

3、钻机就位

钻机基底用方木或木板支撑垫平，孔位要求水平方向误差不大于50mm，垂直方向孔距误差不大于100mm。

4、钻孔

根据工程地质条件和预应力锚索施工技术要求，采用MK—3（5）型钻机。钻孔倾角用罗盘测定，横向以基坑边线为基准进行测控。

（1）先用金刚石钻头破桩开孔，要求高转速、高压力。

（2）外接Φ146套管，要求孔口封堵严密，套管固定牢固。套管外接长度视具体地层而定，原则要求泥浆压力能克服地下水静压力。

（3）下Φ127套管，套管入桩一般6~7m。

（4）用泥浆搅拌桶按比重要求搅拌泥浆，用泥浆泵循环输送护壁。用三翼钻头钻进成孔。成孔要求完整，不塌孔。泥浆比重1.5~1.8。

5、锚索编制

根据设计，锚索采用Ф15.24mm低松弛钢铰线编制，钢铰线标准强度1860MPa，编制束数为5束、3束。先把整卷的钢铰线用钢管架固定好，再拆捆放线。切割长度为锚索长度加0.7m预张拉长度，平直排列，除油除锈。锚头焊于Φ50钢管制作的锥形锚头上。锚固段间隔1.5m放置一个定位扩张环并扎紧在钢铰线上，扩张环之间用箍筋扎紧，使锚固段呈梭形。自由段涂黄油。套装塑料管用Φ17mm螺纹管。注浆管采用Φ20mm硬塑料管，两根注浆管平行穿于编索中间并用扎丝扎紧。

锚头要求焊接牢固，不歪不斜，与锚索平直。编制完的锚索平直摆放一边，经监理验收合格后方可下锚。

6、下锚

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由于孔口外接长Ф146mm套管 ，如何使锚索通过套管下至孔底设计位置非常关键。为此，在锚索尾部做一连接杆件，杆件和钢筋在孔口时相连，通过加长钢筋把锚下至设计深度。锚索一般较长、较重，基坑较深，所以下锚必须集中人员。锚索入孔要慢，在孔内平直不扭，在扩张环支撑下居中。下锚过程中如遇塌孔，应拔出扫孔后再下入。为预防下锚过程中注浆管被土堵塞，可联接注浆泵，边下锚边送泥浆。锚索入孔深度不得小于设计长度的９５％。下完锚后拔出Ф127mm套管。

7、一次注浆

锚索入孔后，立即注浆。注浆设备采用BW－250型泥浆泵，材料采用R 42.5早强型普通硅酸盐水泥，水灰比为0.45～0.50的纯水泥浆。为缩短施工工期，在浆液中加入水泥重量的1～3％的复合型早强减水剂，水泥浆过筛后放入注浆桶中开始注浆，待纯浆液从孔口流出时，堵塞孔口再注片刻，结束第一次注浆。第一次注浆为重力式注浆，压力一般0.4 ～0.6MPa。

8、二次注浆

在第一次注浆结束后6～7小时左右拆除Ф146mm套管，进行二次注浆。一、二次注浆间隔时间9～10h，二次注浆压力为2.0～2.5Mpa。

9、腰梁制作

锚索注浆结束后，立即进行锁口腰梁制作。腰梁制作时，把锚索用PVC管套装，以免钢筋混凝土与钢铰线粘结。锚索要顺直，在梁中不折不弯，角度与施工角度一致。

10、钢垫板加工

钢垫板厚度一般采用20mm，加工尺寸一般为300mm×300mm×20mm，中间开挖6mm圆孔，用氧气切割，加工好后摆放整齐备用。

11、张拉锁定

在对张拉设备进行标定的基础上，当水泥浆强度达15MPa及梁的强度亦达到设计要求（C30）时，及时对锚索进行张拉锁定。张拉设备为OVM油泵及YCW千斤顶。 按照土锚施工规范，张拉分级加载，依次为锁定荷载的0.1、0.25、0.5、0.75、1.0、1.2倍进行，每级持续５分钟，并分级记录锚索伸长值， 然后按设计荷载锁定。

六、机具设备

根据施工特点，选取两种轻型钻机，型号为MK-5和MK-3水平坑道钻机。此钻机稳定性好，移动方便。另外，也可使用XY-1钻机。注浆采用BW-250型注浆泵和BW-150泥浆泵，张拉采用YCW-150穿心式千斤顶及ZB4—500型高压油泵。各机具设备的配置与性能参数参见表1所示。

主要施工机具设备配套及性能参数表 表1

设备名称 型号 MK-5 钻机 MK-3 XY-1 注浆泵 千斤顶 油泵 搅拌桶 BW-250 BW-150 YCW-150 ZB4—500 0.6m3 数 量 2 2 2 2 2 1 1 4 钻孔深度（m） 500 300 100 功率（kw） 30 18 7.5 15 7.5 5.5 15 排量(t/h) 250 150 七、劳动组织及管理

（一）施工组织机构

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1、应建立的施工组织管理机构如图2所示。

现场指挥组 技术组 施工组 后勤组

施钻组 编锚组 注浆组 机修组

图2 组织机构管理图

2、对各个职能组织其岗位责任要求如下：

现场指挥组：负责整个锚索施工的指挥协调工作。

施工组：负责现场施工的组织安排，以及各个施工小组的调配及协调。

技术组：负责现场施工的技术指导、技术把关、施工工艺研究及资料收集整理。 后勤组：负责锚索施工的物资供应以及生活服务。 施钻组：负责锚索成孔、下锚、张拉。 编锚组：负责锚索编制。

注浆组：负责锚索的注浆工作。

机修组：负责整个工程钻机设备的维修保养工作。

每个小组设专人负责并兼职安全员，负责各小组的生产安全。 （二）劳动力配置

根据工程情况，最基本的劳动力配置参见表2。

基本的劳动力配表 表2

工 种 人数 工 种 人数 队 长 1名 普工 10名 技术人员 2名 电工 1名 注浆人员 12名 机修工 2名 八级钻工 24名 材料 1名

合 计 53人 八、质量标准及要求

（一）钻孔

1、水平方向孔距误差不应大于50mm，垂直方向孔距误差不应大于100mm。 2、钻孔底部的偏斜尺寸不应大于锚索长度的3％。

3、锚索孔深不应小于设计长度，也不宜大于设计长度的1％。 4、钻孔记录按表3内容进行。

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