预应力旋喷桩锚索施工技术

谢 靖 王鸿飞

（中国建筑第八工程局有限公司 上海 200000）

1 预应力旋喷桩锚索施工技术概述

1.1 基本构造

锚固段、自由段和腰梁以及锚头三部分共同构成了预应力旋喷桩锚索结构。锚固段主要供给锚索需要的承载力，位于稳定的土体内，通过基坑设计锚索承载力来计算得出其具体的长度。锚固段、腰梁和锚头间的部分为自由段，其长度通常大于5m，且进入稳定土层的长度需超过1.5m，其主要作用在于传递锚固力。锚索腰梁则可以选用型钢组合梁或者是混凝土梁均可，选用混凝土梁式，其混凝土强度等于应超过C25。

1.2 作用机理

预应力旋喷桩锚索施工技术的作用原理为：利用高压旋喷的方式来将混合料喷射到土体之中，进而形成水泥土桩体，经过物理化学反应，使得水泥和土体相互作用，最终形成锚固体。同时腰梁和锚头依据设计参数进行预应力的施加，并经由自由段传输到锚固段，来承载基坑支护结构所受到的土体和水压力，确保基坑边坡的水平位移量符合设计规范，确保基坑边坡的安全稳固性。

1.3 主要特点

①适用范围广泛。软土地基、粘性土和砂土层均可以运用，能够避免出现施工塌孔现象。另外针对地下水的高低无任何约束，防止了施工时出现的泌水、流砂等质量问题。②施工中对于地层的扰动较小，对于周边环境的影响也十分微弱，特别适用于周边含有重要建筑以及管线的基坑工程。③通过控制泵送水泥浆的压力可以对锚固段锚固体的直径予以相应的调整，一般为150～500mm的范围之内，且可以分段调整单根锚索的锚固段锚固体直径，形成扩大头。可见其具备更强的承载力，所需要的锚固体长度也比常规锚索要短，能够有效节约钢绞线以及水泥等材料，能够切实降低工程造价。④施工质量易于保保证。和常规锚索施工注浆相比，能够进一步降低塌孔、进回浆管路堵塞等问题，切实降低质量病害的出现几率，提升整体施工质量水平。⑤施工工艺简单，施工效率得到大幅度提升。和常规锚索施工方法相比较，预应力旋喷锚索施工技术无需引孔就可以直接将锚索顶进，然后边退出钻杆边进行旋喷水泥浆操作，能够极大提升施工效率，节省工期，降低施工成本。

2 工程概况

本工程位于南京市高新区星火路与文景路交界处，占地面积约63398m2，基坑周长约902m，地下2层，局部3层。基坑开挖深度10.1～16.8m。2层地下室区域地板垫层底标高为+19.4m，3层地下室区域地板垫层底标高为+15.7m。

基坑采用的支护形式为：4栋塔楼区域为两层地下室，采用混凝土灌注桩直径900@1300、直径1000@1300+单道/两道预应力锚索；其余商业地库区域采用混凝土灌注桩直径1100@1500、直径1000@1400、直径1000@1600+两道抛撑（局部一道抛撑）。

3 预应力旋喷桩锚索施工工艺

3.1 工艺流程（见图1）

3.2 技术要求

图1

该基坑局部支护段采用灌注桩+1～2道预应力旋喷锚索，第一道位于圈梁层，水平间距2.0m、3.0m，第二道为两桩一锚。锚桩采用预应力锚索+旋喷法注浆工艺，直径φ500mm（扩大头直径700mm），采用P·O42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺入量40%，水灰比0.7（现场土层情况及试桩情况显示，适当降低水灰比）；水泥浆应经过两至三个浆桶进行搅拌，保证拌和均匀且水灰比合适，同时随拌随用；在施工前根据图纸要求，预估算出水泥浆体用量，保证水泥浆在规定时效内使用完。机械施工的压力控制在15～20MPa之间。以不影响基坑外地面，不冒水泥浆为准，具体根据现场实际情况确定，同时确保锚固体直径不小于设计要求。预应力旋喷锚索在正式施工前会同监理、建设、设计、地勘单位进行基本实验，以确定水灰比、压力值、钻进速率等施工参数。自由段长度按照图纸要求，分区段长度不一致，同时根据设计长度预留增加0.7m以便张拉。自由段采用1.5mm聚丙烯套管隔离，套管外低压注浆填充。旋喷锚桩内插2根φS17.8钢绞线，钢绞线端头采用φ150×10钢板锚盘。待冠梁强度一周后强度达到80%后施加预张力锁定，确保筋体与圈梁、围檩、锚具连接牢固。张拉采用高压油泵和100t穿心千斤顶。正式张拉前先用20%锁定荷载预张拉二次，再以50%、100%的锁定荷载分级张拉，然后超张拉至110%设计荷载，在超张拉荷载下保持5min，观测锚头无位移现象后再按锁定荷载锁定，锁定拉力设计值分别50及100kN。水泥土锚桩钻孔前按施工图放线确定位置，做上标记。并严格按照设计桩长施工。所有钢板材均为Q235-B级钢。圈梁和围檩采用钢筋混凝土结构，施工圈梁、围檩之前必须完成旋喷锚索施工。

3.3 施工要点

（1）测量布点。

旋喷桩桩位的确定，由施工单位专业测量员根据图纸及现场支护桩施工的实际情况（如果现场桩位无法施工，会同建设单位、设计单位一同确认调整细节）将桩位逐一定出，并用钢筋插入土中做好标识，以方便施工及质量记录。；钻孔定位误差小于50mm，孔斜误差小于3°。当旋喷桩桩位与支护桩冲突时，处理措施一般选择：缩小相邻旋喷搅拌桩的桩间距，靠近支护桩确定旋喷桩的桩位来解决。

（2）旋喷桩预钻孔。

钻机选型：MDL-135D型深基坑锚固钻机，功率大，钻进速度快。每根桩前2m三轴深搅桩部分硬度较大，可能需要预钻孔。预钻孔采用麻花钻杆将土体或三轴深搅桩桩体钻穿，再更换成旋喷用钻头，进行旋喷钻进。钻进时不喷射水泥浆，保持现场清洁。

（3）钢绞线的组装。

钢绞线应除油污、除绣，尺寸下料长度按照基坑支护设计图纸要求（外加外部锚固长度不小于0.7m），每股长度误差不大于50mm。钢绞线按图纸区段要求分长度摆放，锚盘为φ150×10钢板，锚头用冷挤压法与锚盘进行固定。每根钢绞线由7根钢丝绞合而成，桩外留0.7m以便张拉。在做主体结构防水处理时，可将外露部分切去。放入钻体之前，应检查钢绞线的质量，确保钢绞线组装满足设计要求。

（4）制作水泥浆。

采用水泥搅拌桶造浆，根据设计要求控制配合比W/C=0.7。水泥采用P·O42.5级普通硅酸盐水泥。

（5）带钢绞线旋喷钻进。

旋喷桩直径φ500，水泥掺入量40%。正式施工前施工试桩（不少于3根）必须在建设单位、设计单位、监理单位等多方监管下施工，从而根据实际地址情况确认实际水泥投放量、浆液泵送时间等正常施工的控制标准，确保有效成桩。旋喷搅拌的压力应为15～20MPa，扩大头位置旋喷的进退次数比桩身增加二次，以保证扩大头的直径（700mm）。在钻杆钻进过程中，通过操作手的操作，钻杆左右旋转半圈，将φ17.8钢绞线一并顶进孔内，同时也根据钢绞线长度明确成孔深度。

（6）养护与张拉锁定。

旋喷桩及压顶梁、围檩强度达到80%后方可进行张拉锁定。在钢绞线上施加预张力后锁定，使筋体与围檩、锚具连接牢固。

4 旋喷锚索桩质量控制重点、难点

4.1 旋喷柱体强度不均匀

4.1.1 产生原因

（1）带钢绞线旋喷钻进时，操作人员操作不当，导致旋喷柱体只有左侧右侧有浆体，柱体上下方浆体不足。

（2）喷浆设备出现故障中断施工。

（3）拔管速度、旋转速度及注浆量适配不当，造成桩身直径大小不均匀，浆液有多有少。

（4）喷射的浆液与切削的土粒强制搅拌不均匀，不充分。

（5）穿过较硬的粘性土，产生颈缩。

4.1.2 预防措施及处理方法

（1）产生不均匀的主要原因在于该工法要求必须一边旋喷钻进，一边将钢绞线带入。为了将钢绞线带入的同时保证钢绞线不纠缠在一起，必须在钻进的过程中，由机长操作钻杆顺时针半圈、逆时针半圈往复旋转钻进。故可能在操作过程中：①由熟练的操作人员进行操作，保证钻杆旋转的圈数、时机恰到好处。②在回提钻杆旋喷注浆的过程中，调整喷浆压力、钻杆旋转速率及提钻速度，保证旋喷柱体成型完好均匀。

（2）喷浆前，先进行压浆压气试验，一切正常后方可配浆，准备喷射，保证连续进行，配浆时必须用筛过滤。

（3）根据固结体的形状及桩身匀质性，调整喷嘴的旋转速度、提升速度、喷射压力和喷浆量。

（4）对易出现缩颈部位及底部不易检查处进行定位旋转喷射（不提升）或复喷的扩大桩径办法。

（5）控制浆液的水灰比及稠度。

（6）严格要求喷嘴的加工精度、位置、形状、直径等，保证喷浆效果。

4.2 固结体顶部下凹

（1）产生原因在水泥浆液与土搅拌混合后，由于浆液的析水特性，会产生一定的收缩作用，因而造成在固结体顶部出现凹陷。其深度随土质浆液的析水性、固结体的直径和长度等因素的不同而异。

（2）预防措施及处理方法。

根据该项目基坑支护图纸要求及实际地勘情况，在保证锚固段长度的基础上，根据水灰比、注浆流速、提钻速度，合理加长旋喷长度1m，以保证锚固段长度满足设计要求。

或在凹穴部位用混凝土填满或直接在旋喷孔中再次注入浆液，或在旋喷注浆完成后，在固结体的顶部0.5～1.0m范围内再钻进0.5～1.0m，在原位提杆再注浆复喷一次加强。

总之，预应力旋喷锚索施工技术在基坑工程中的应用十分广泛。文章总结了预应力旋喷锚索施工技术的基本结构、作用机理、特点，并结合结合南京NO.2017G08地块商服配套项目实践，就该技术的施工工艺和质量控制重难点进行了详细的描述，期望能够对同类型工程起到一定的借鉴意义。