地鐵明挖基坑施工中大直徑自進(jìn)式錨桿的應(yīng)用

蔣 斌

（中鐵十九局集團(tuán)第六工程有限公司，江蘇無錫 214000）

0 引言

現(xiàn)代工程建設(shè)中，大直徑錨桿施工技術(shù)為典型的支護(hù)形式，因其具有施工周期短、支護(hù)效果可靠等特點(diǎn)而獲得廣泛的應(yīng)用。為充分發(fā)揮出該項(xiàng)施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，需要立足于實(shí)際情況，按特定的思路有序施工，加強(qiáng)質(zhì)量控制，構(gòu)筑安全可靠的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。

1 工程概況

某地鐵明挖車站工程，基坑長(zhǎng)約130.35 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22.8 m，開挖深度約19.5 m。通過樁撐和樁錨相結(jié)合的方式，共同組成完整的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。地鐵車站施工現(xiàn)場(chǎng)以第4 系素填土居多，易失穩(wěn)；地表下方含粉質(zhì)黏土、砂礫、花崗巖（有強(qiáng)、中、弱風(fēng)化3 種狀態(tài)）等多重地質(zhì)。

在基坑施工中，使用到Φ800@1200 mm 灌注樁，支護(hù)結(jié)構(gòu)含兩部分，其中第1 道為鋼筋混凝土支撐，除此之外的其他部分均為錨桿（索）支護(hù)結(jié)構(gòu)。土層加固中，使用到73/59 mm 自進(jìn)式錨桿，長(zhǎng)度視現(xiàn)場(chǎng)情況而定（18～24）m，水平、豎向的間距分別為2.4 m、2.5 m，外插角15°；巖層加固中，則將預(yù)應(yīng)力錨索作為關(guān)鍵的加固材料。

2 大直徑自進(jìn)式錨桿的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

項(xiàng)目施工受現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物、斷面形式等多重因素的制約，采取的是可控性更佳的明挖法。圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式方面，以樁錨支護(hù)為宜，原因在于其具有受力條件良好、施工便捷、成本低等多重應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。此外，縱觀行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，在地鐵明挖車站深度持續(xù)加大的背景下，錨桿的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也逐步顯現(xiàn)，所用錨桿的長(zhǎng)度及直徑可以根據(jù)實(shí)際情況靈活增加，適用范圍更廣[1]。

錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖共同作用，可構(gòu)成完整的結(jié)構(gòu)體系，用于解決圍巖易失穩(wěn)的問題，從而提高基坑的整體穩(wěn)定性。根據(jù)最大水平應(yīng)力理論分析，受最大水平應(yīng)力的影響，圍巖的狀態(tài)受擾，伴有層間錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而作用于基坑，導(dǎo)致基坑呈現(xiàn)出不同程度的變形。應(yīng)用錨桿，可以約束沿軸向巖層剪切錯(cuò)動(dòng)，阻止其發(fā)展趨勢(shì)。在工程中，應(yīng)用錨樁支護(hù)的優(yōu)勢(shì)主要有以下4 點(diǎn)：

（1）充分發(fā)揮出樁及大直徑錨桿在強(qiáng)度、剛度方面的優(yōu)勢(shì)，從而優(yōu)化受力條件。

（2）錨桿支護(hù)的施工較便捷，可在短時(shí)間內(nèi)高效完成相關(guān)工作，給后續(xù)施工爭(zhēng)取更充足的時(shí)間。

（3）自進(jìn)式錨桿的工藝先進(jìn)，即便在軟弱地層中也依然具有可行性。

（4）基坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性較好，可提供充足的空間來規(guī)避因倒換支撐而導(dǎo)致安全隱患劇增的問題。

3 大直徑自進(jìn)式錨桿的構(gòu)造

大直徑自進(jìn)式錨桿含自進(jìn)式桿體、合金鉆頭、錨固端頭等多個(gè)部分。桿體外表全長(zhǎng)，可根據(jù)需求用套筒連接加長(zhǎng)，施工具有靈活性；極限拉力達(dá)到700 kN，可有效優(yōu)化受力條件。

4 施工工藝

（1）貫徹“時(shí)空效應(yīng)”理論，按照“縱向分段、豎向分層”的方法有序施工，采取先撐后挖的理念，從而保證施工的安全性以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（2）縱向5 段、豎向9 層，按順序依次開挖土石方。

（3）各層土方開挖施工期間，每到達(dá)錨桿以下50 cm 處時(shí)，隨即組織錨桿鉆進(jìn)、注漿等相關(guān)工作。

4.1 工藝流程

工藝流程為：測(cè)量放樣→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)→連接桿體→檢查（具體考慮的是錨桿的尺寸、形態(tài)等指標(biāo)）→安裝止?jié){塞和墊板→制漿→注漿→封口→清理→端頭錨固。

4.2 施工方法

4.2.1 錨桿參數(shù)

選用的是無縫鋼管，于桿體上按照（100～150）mm 的間距依次布孔，作為注漿孔而使用。施工期間，高壓細(xì)流噴射漿液的作用力較強(qiáng)，易導(dǎo)致深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)受損，因此需加強(qiáng)對(duì)錨固端頭3 m 以內(nèi)桿體的防護(hù)，即該處不設(shè)置注漿孔。

從受力的角度來看，錨桿需承受大量的拉力，為充分發(fā)揮出錨桿在力學(xué)方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，需密切關(guān)注錨桿形成的固體樁的強(qiáng)度，待該值提升至設(shè)計(jì)值的80%后，及時(shí)組織對(duì)錨桿端頭的封口固定作業(yè)。

4.2.2 測(cè)量放線

全面的準(zhǔn)備能夠給正式施工創(chuàng)設(shè)良好的條件。以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)，由專員測(cè)量放線，并于關(guān)鍵點(diǎn)位處設(shè)置標(biāo)識(shí)，作為后續(xù)施工的參照基準(zhǔn)。錨桿定位時(shí)，水平向、垂直向的誤差分別不超過±10 cm、±5 cm。鉆孔至指定深度后，需持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)（1～2）min，且相較于設(shè)計(jì)深度而言，實(shí)際鉆孔深度宜增加（50～100）cm。

4.2.3 正式鉆進(jìn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及施工要求合理選擇鉆機(jī)型號(hào)以及鉆進(jìn)方法。在施工條件均一致的前提下，相比于常規(guī)錨桿而言，錨桿鉆機(jī)輸出的動(dòng)力約大2 倍。常規(guī)的錨桿鉆機(jī)運(yùn)行性能有限，即便在最大扭矩狀態(tài)下，其能夠達(dá)到的鉆進(jìn)深度也僅為10 m 左右，且鉆進(jìn)效率偏低，難以滿足質(zhì)量和效率的雙重要求。對(duì)此，項(xiàng)目配備的是綜合性能更佳的多功能全液壓履帶鉆機(jī)，并為之適配高壓柴油靜音空壓機(jī)，形成聯(lián)合作業(yè)的模式，此時(shí)的鉆進(jìn)深度普遍可達(dá)到30 m 左右。

按流程需有序完成鉆進(jìn)作業(yè)：①取用Ф50 mm 螺旋鉆桿，利用該裝置初鉆引孔；②在此基礎(chǔ)上，通過反鉆的方式退出螺旋鉆桿；③再轉(zhuǎn)為大直徑自進(jìn)式錨桿，以便進(jìn)入正式鉆進(jìn)環(huán)節(jié)；④隨鉆進(jìn)作業(yè)的持續(xù)開展，鉆進(jìn)到位后壓漿，通過漿液的凝固作用有效加固地層以及土體，形成共同受力的綜合結(jié)構(gòu)體系。

4.2.4 錨桿連接

錨桿分段，單個(gè)節(jié)段長(zhǎng)度取3 m，鉆進(jìn)期間適時(shí)停鉆，根據(jù)要求接長(zhǎng)錨桿。桿體連接選用的是正反絲套筒，內(nèi)徑73 mm、長(zhǎng)100 mm，期間加強(qiáng)檢測(cè)與控制，保證桿體接長(zhǎng)后軸線可重合。鉆進(jìn)工作落實(shí)到位后，桿體外露量以（50～60）cm 為宜，以便后續(xù)可順利安裝注漿帽，并更為便捷地采取錨固措施。

4.2.5 注漿施工

注漿覆蓋范圍為桿體以及該結(jié)構(gòu)周邊的錨固體，為保證注漿施工質(zhì)量，采用的是二次壓力補(bǔ)償注漿的方法。首次注漿施工中，按照水灰比為0.38～0.45 的標(biāo)準(zhǔn)拌制水泥砂漿，強(qiáng)度30 MPa。加固現(xiàn)場(chǎng)的地層類型以粗砂和砂礫層居多，根據(jù)其地質(zhì)特點(diǎn)，采取的是滲入式注漿法，注漿壓力（0.5～1）MPa，在壓力作用下使?jié){液有效填充至待加固的區(qū)域。

二次注漿施工可采用劈裂注漿法，材料為超細(xì)純水泥漿，水灰比0.45～0.55。二次注漿施工全流程中，共有2 次壓力峰值，在經(jīng)過劈裂操作后，壓力有大幅度下降的變化趨勢(shì)，而隨著漿液的持續(xù)注入，錨桿周邊范圍達(dá)到相對(duì)飽和的狀態(tài)，壓力反彈，有大幅度的增加。注漿存在一定的擾動(dòng)性影響，因此需加強(qiáng)對(duì)周邊現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物的監(jiān)測(cè)，利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，以免在注漿期間出現(xiàn)地面隆起或建筑受損等問題。

4.2.6 錨固

經(jīng)過錨固體注漿作業(yè)后，及時(shí)監(jiān)測(cè)漿液的狀態(tài)，在其尚未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前需加強(qiáng)安全管理，不可出現(xiàn)隨意敲擊、振動(dòng)等現(xiàn)象，待強(qiáng)度達(dá)到24 MPa 后，將鋼腰梁安裝到位。對(duì)于自進(jìn)式錨桿力而言，其存在“圍護(hù)結(jié)構(gòu)→鋼腰梁→錨固端頭→錨桿及加固體”的傳力路徑，因此需充分考慮各傳力點(diǎn)和傳力面的實(shí)際情況，如接觸面需具有完整性與密實(shí)性、受力方向具有合理性等。

4.2.7 桿體內(nèi)力監(jiān)測(cè)

在錨桿施工范圍內(nèi)選取3 處具有代表性的典型斷面，分別對(duì)其展開錨桿內(nèi)力監(jiān)測(cè)工作。結(jié)果表明，在基坑開挖進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)之下，錨桿內(nèi)應(yīng)力有波動(dòng)增加的變化趨勢(shì)，各階段的內(nèi)應(yīng)力值不盡相同，其中以基坑開挖見底后3 d 左右最為顯著，內(nèi)應(yīng)力達(dá)到峰值，而在逐步施工結(jié)構(gòu)底板時(shí)，該內(nèi)應(yīng)力趨于穩(wěn)定。關(guān)于某斷面第1 道錨桿的內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果，如圖1 所示。

圖1 第1 道錨桿內(nèi)力波動(dòng)性增加監(jiān)測(cè)值

5 結(jié)語

在地鐵明挖基坑施工中，通過大直徑錨桿的應(yīng)用，可在短時(shí)間內(nèi)形成完整的支護(hù)體系，其具有較好的支護(hù)效果，能夠創(chuàng)造安全的施工環(huán)境。重點(diǎn)對(duì)大直徑自進(jìn)式錨桿的應(yīng)用要點(diǎn)展開分析，希望所提的內(nèi)容可作為類似工程的參考。