某复杂地质深基坑预应力锚索施工效率的应用研究

杨得富

广州工程总承包集团有限公司 广东 广州 510300

1 工程概况

1.1 基坑设计概况

该项目含3层地下室，基坑开挖深度约14m，基坑开挖边线长度359.06m，基坑开挖面积7952.35m2。基坑支护结构主要采用桩撑体系+桩锚体系。其中，基坑FG段采用灌注桩+四道锚索支护，CD段采用灌注桩+内支撑+三道锚索支护，其他部位均采用灌注桩+内支撑的支护形式。

本项目锚索设计为预应力扩大头锚索，锚索总数为163根。

其中FG段为竖向分布的四道锚索，单根锚索的长度为28m，其中自由段10m，锚固段18m，锚固段中扩大头为8~10m，共计104根。

其中CD段为竖向分布的三道锚索，单根锚索的长度为33m，其中自由段10m，锚固段23m，锚固段中扩大头为13~15m，共计59根。

1.2 周边环境

项目东侧为光明变电站，距地下室边线最近处4.31m；项目西侧为已建道路及某居民小区，地下室边线距道路4.8m、距小区支护结构26m。项目基坑深度达14m，基坑东侧CD段采用桩撑+锚索支护，其中锚索主要用于支撑拆除时的换撑作用；基坑西侧FG段采用桩锚支护。根据地勘报告，本项目地下水埋深较浅仅为0.22m~1.40m；地下水位较高。在周边环境如此复杂的情况下进行锚索施工，如若锚索日均成孔数量难以保证，一旦基坑在锚索施工期间长期出现漏水、漏沙现象，将会严重影响施工进度、无法按期完工，甚至导致重大的安全事故及经济损失。项目航拍图，如图1所示[1]。

图1 项目航拍图

图2 锚索钻机普通扩孔钻头

1.3 地质情况

根据勘察单位提供的《勘察报告》，本工程所在地质条件是：地基土主要由杂填土（Q4ml）、第四系冲积层、残积层土（Q4al+el）及下伏基岩（γ）花岗岩组成。其中淤泥质土层厚6.5m~11.8m，粉细砂层厚2.2m~10.1m。

场地地下水有两类，一类是赋存于第四系冲积层土中的孔隙水，主要含水层为(②-2)粉细砂层，地下水水位的升降主要随降雨量的大小而变化。另一类是赋存于下伏基岩花岗岩中的裂隙水,与大气降雨关系不大，主要通过周边河流、沟溪的补给。场地实测钻孔稳定水位埋深为0.22～1.40m之间。经分层量测，各含水层的地下水位基本一致。场地地下水位埋藏较浅，地下水含量丰富。可见，地下水位高对锚索施工有较大的影响，进而影响锚索的施工。

1.4 施工要求

本工程因锚索均为竖向多道分布（CD段竖向三道，FG段竖向四道），锚索施工前需先进行土方开挖，锚索施工后需进行腰梁施工，待腰梁完成，且锚索内的注浆固结体强度达到设计要求后，方可张拉锁定，而后土方开挖至下一层锚索位置，由此导致的施工技术间歇耗时较长。锚索施工流程示意如下。

施工准备→测量放点→钻机就位钻孔→插入带旋喷头和锚索的钻杆至孔底→自下而上对锚固段扩头旋喷扩孔注浆→拔除旋喷钻杆、旋喷头→施工冠梁 或腰梁→锚索施加预应力→封锚与锚头防护处理→ 验收。

1.5 施工操作技术要点

锚索每2000mm设Φ100硬塑隔离架定位环，自由段外表涂一层黄油外套Φ110mm塑料波纹管；锚索注浆材料采用普通硅酸盐水泥 P·O 42.5R，水灰比为 0.4～0.6。采用二次注浆工艺，第一次采用常压 0.4～0.6 MPa，4～5 小时后进行第二次注浆，压力要求在2.0～5.0 MPa之间。采用钻机成孔，水泥浆清孔或风机清孔，由于存在容易塌孔地层，采用全程套管跟进保护成孔。

2 现状调查

基于基坑开挖深、地下水埋深浅且含水量丰富、含水砂层的渗透性很大，锚索日均成孔数量、质量大大受影响，工期越长其锚索施工过程中存在漏水、漏沙的风险也急剧加大。本项目部依据施工进度计划要求，统计了8天时间锚索施工情况，共施工了19根，日均预应力锚索成孔数量为2.38根，对施工进度严重不满足。根据对现场施工情况的调查分析，通过现场观察锚索施工的工序及耗时情况，编制了“锚索成孔效率调查表”。如下表1。

由上表可知，影响锚索施工工效的主要工序为“钻孔成孔”。

3 原因分析

3.1 原因关联

针对“钻孔成孔”、“锚索安装”两个主要影响因素，运用“头脑风暴法”，从人、机、料、法、环、测六个方面进行原因分析，并绘制出了关联图。如下表2末端因素统计表。

表2 末端因素统计表

3.2 要因分析

1）施工人员对图纸要求不了解

现场锚索施工班组人员共10人，对全体锚索班组人员进行锚索技术参数考核，经统计成绩合格5人，不合格5人。通过分别让合格与不合格两组人员分别进行锚索施工，并将两组人员施工范围内的锚索日均成孔数量情况进行统计，结果为合格组日均成孔3.3个，不合格组日均成孔2.0个，差异为1.3。因此，对图纸要求不了解对锚索日均成孔数量的影响程度较大，为主要原因。

2）钻头不合适

锚索现场钻孔施工发现，由于项目现场地质情况复杂，且砂层和黏土层间可能夹杂部分岩层，普通钻头在钻进至复杂地层进行扩孔时，速度明显变慢，钻渣明显含有破碎岩石，扩孔不均匀导致锚索入孔困难，钻头也易出现损坏的情况。

为了调查钻头扩孔情况对锚索日均成孔数量的影响程度，通过对不同地质钻进时成孔数量情况进行调查，对其日均成孔数量情况进行统计，统计结果如下所示，复杂地质下扩孔日均成孔数量1.33个，均匀地质下扩孔日均成孔数量3.5个，钻进时扩孔顺利与否的锚索日均成孔数量差异为2.17，差异较大。因此，钻头不满足施工需求对锚索日均成孔数量的影响程度较大，为主要原因[2]。

3）未引孔

由于项目支护结构采用了桩锚结构，支护桩采用φ1200@1400的旋挖灌注桩，后设置有φ850@600三轴搅拌桩止水帷幕，根据设计图纸可以发现，相邻灌注桩之间的间隔仅为200mm，加上三轴搅拌桩止水帷幕固结土体增加强度以及灌注桩施工过程中可能发生轻微扩孔，导致实际的桩间间隙更小、强度更大。因此，部分桩间间隙较小的锚索在未引孔时可能出现钻进速度慢、钻进困难的问题。

现场采购了定制引孔钻头后，为了确认是否引孔对锚索日均成孔数的影响程度，分别对钻前有引孔和未引孔的日均成孔数量情况进行调查统计，统计结果如下。钻进前引孔日均成孔数量3.75个，钻进前未引孔日均成孔数量2.38个。钻进前引孔与否的锚索日均成孔数量差异值为1.37，差异较大。因此，锚索钻进前未引孔对锚索日均成孔数量影响较大，为主要原因。

4 对策实施

4.1 加强技术交底

项目部请设计负责人、项目技术负责人针对性的对本项目锚索的工艺、技术参数及重难点对施工作业人员进行详细交底，同时依现场实际情况调整优化了锚索施工方案。要求现场施工管理人员管控时，严格按照图纸及方案要求，分节点验收后才可进入下一道工序施工。

对策目标验证：

对策实施后，施工作业人员对锚索施工工艺的质量控制点都已比较清晰，严格按照设计及方案的要求施工，上道工序经施工人员及各方验收合格后才能进入下道工序的施工。

同时施工作业人员进行交底内容考核，考核内容包括施工工艺流程及施工要点等，考核结果如下：90-100分3人，占比30%；80-90分7人，占比70%。

通过分析，能够满足现场施工要求。通过对施工作业人员的重新技术交底能够让施工人员熟练掌握相关施工要点，交底考核合格率100%，对策目标实现。

4.2 更换机械扩孔钻头

根据现场需要配备机械扩孔钻头代替原有的高压旋喷扩孔钻头，数量满足现场施工需要。在遇到地质情况变化，或扩孔施工效率较慢时，及时更换机械扩孔钻头。如下图3 所示。

图3 新配备的机械扩孔钻头

对策目标验证：

对策实施后，现场锚索施工时遇岩层100%采用机械扩孔钻头，锚索施工速度在遇岩层时未见有明显变慢。机械扩孔钻头在复杂地质条件下较为顺利，锚索入孔时未遇阻碍，锚索完工后进行拉拔试验的试验值也满足设计要求的锚索拉力值。对策目标实现。

4.3 在支护桩间隙小位置施工锚索时采用引孔

施工前，对于灌注桩间隙较小的锚索在钻进前先采用引孔钻头进行引孔。如下图4 所示。

图4 引孔

通过采用更换引孔钻头对灌注桩的桩间间隙较小的锚索位置进行引孔的方式，确保钻进前100%引孔，使得在支护桩间隙较小位置施工锚索时也能够保持正常的钻进速度，对策目标实现[3]。

4.4 施工成效检查

通过此次对基坑CD段、FG段锚索施工数量的统计，可以发现在采取措施后，预应力锚索日均成孔数量明显有所提高，为5.17根和5.33根。大大提升了项目施工进度。

5 结语

综上所述，本工程深基坑预应力锚索日均成孔数量由2.38根，通过采用加强技术交底、不同地质采用合适机械扩孔钻头、开孔前先引孔，最终预应力锚索日均成孔数量提高到5根以上，在实际应用中取得超过预期的效果，提高了施工效率的同时，是对传统工艺的重要补充，是一次技术质量创新优化，拓宽了常规锚索施工技术范围，具有指导意义和推广价值。