高空高压旋喷预应力锚索施工工法

高空高压旋喷预应力锚索施工工法
1前言
随着城市开发的进程，用地越发紧张，使得人们不断的开发地下区域，深基坑项目越来越普遍，地下空间技术、岩土锚固技术、复杂土层围护技术等越来越得到广泛应用，基坑深度越来越深，基坑壁同周围既有建筑物（道路）间距也越来越小，如何在施工过程中保证基坑稳定、既有建筑物（道路）以及拟建建筑物结构和操作人员的安全，成为工程关键。

预应力锚索是用于边坡稳定的一种挡土结构。

针对复杂土层、超深基坑（设计锚索高度距基坑底作业面＞5m）采用常规预应力锚索施工时难成孔、不成孔或钻进效率慢的深基坑支护项目，采用高空高压旋喷预应力锚索工艺施工，对其施工工艺进行研究，总结形成本工法。

2工法特点
2.1锚固体直径大（一般300-500mm）能有效降低锚索周围土体的应力水平，减少锚索塑性变形，再通过预张拉，能有效控制支护结构位移和内力，达到有效约束变形，减少蠕变变形的目的。

2.2锚固体直径大，锚固体端部可通过复搅、增大浆液喷射压力等措施形成“扩大头”，它既有常规断面又有扩大头，能有效克服淤泥质土侧阻力小的缺点，锚固力较常规锚索可提高3～6倍。

2.3高空高压旋喷预应力锚索施工时成孔、喷浆、搅拌和预应力筋安放等程序一次完成，较常规锚索大量缩短单体作业时间。

在高度3m～10m的锚索孔位作业时，解决了人工预应力筋安放及注浆困难、耗时的问题。

2.4油电混合履带式高压旋喷钻机布置方式灵活，可适应复杂的基坑周边环境，可设置3～10m高空作业，可设置5°～30°倾斜角度，从而代替常规锚杆（索）、土钉，适用于不同的地质和场地条件。

2.5对于淤泥质土、含水量较大的地质，采用高压旋喷预应力锚索，能有效的预防成孔难、塌孔、缩颈等问题，保证水泥浆与土体的粘结强度。

2.6该体系能主动提供抗滑力，增大与土体的摩擦力，有效的控制土体的位移，从而根本上改善围护墙体的力学性能。

3适用范围
本工法适用于各种建设工程、公路工程、水利工程等相关的深基坑支护、复杂土体基坑的支护，对锚索施工高度超5m、离既有建筑物（构筑物）较近的深基坑支护工程。

4工法原理
高压旋喷预应力锚索是一种将大直径水泥土桩体与传统锚索相结合而成的新型锚索结构，它利用旋喷钻机按一定角度在土体中成孔、喷射水泥浆，充分搅拌形成桩体，同时利用钻机钻头将钢绞线带入桩体中，施加预应力后形成高压旋喷预应力锚索。

5施工要点
5.1施工流程
施工时应采用成孔、喷浆、搅拌和预应力筋安放一次性完成的施工工艺。

具体工艺流程为：
土方开挖→放线定孔位→钻机就位→校正孔位、调整角度→钻进（附锚索）→喷浆→拔
套管→安装腰梁、锚头锚具→张拉锁定
5.2施工要点
5.2.1土方开挖：锚索施工工作面整平，宽度4～6m，便于锚索钻机就位；同时沿着基坑坡脚开挖排水沟槽，避免水泥浆四处流淌带来基坑安全隐患。

5.2.2锚孔定位：在完成护坡桩桩间钢筋挂网喷浆后定位，按设计要求标高和水平间距定出孔位，用自喷漆做好标记。

标记完成后，可将表面喷浆面层凿掉约150mm直径的圆孔，便于钻头定位及钻进土层，锚孔定位误差小于50mm，孔斜误差小于±3°。

5.2.3钻机就位：锚杆钻机作业平台整平，平台宽度不小于6m。

钻机就位应平稳，平台土层松软时应用方木垫稳钻机以保证成孔质量。

钻机安放应平正稳定，保证设备在受力之后不会出现摇晃及位置变化等现象。

图 5.2.3-1高空高压旋喷预应力锚索钻机
5.2.4锚索制作与安放
根据设计要求设置钢绞线，端头采用Φ130×10钢板锚盘，锚头用18#螺母与锚索进行焊接固定。

图 5.2.4-1锚索及托盘制作
锚固段沿杆体轴线方向每隔2m设置一个架线环。

自由段采用黄油涂抹包裹。

钢绞线应放在锚体的中心上，锚头留0.7m 以便张拉，锚索下料长度=锚索锚固段+自
由段长度+工作段长度。

组装好的锚索在钻孔时随钻杆一同进入孔内。

5.2.5钻孔及注浆施工
图 5.2.5-1高空高压旋喷锚索钻孔施工
选用硬质合金高压旋转钻头(喷头)，钻头侧翼设置多个喷嘴进行高压旋转回转钻进工艺，锚杄钻孔的深度不应小于设计长度，也不宜大于设计长度500mm。

钻孔施工符合下列要求
a、钻杆钻孔时不得扰动周围地层。

b、锚索水平方向孔距误差不大于50mm，垂直方向孔距误差不大于100mm。

钻孔底部的偏斜尺寸不大于锚固体直径的3%。

C、锚孔孔深不小于锚索设计长度，也不大于设计长度的1%，锚孔的孔径不小于设计的孔径。

纯水泥浆在搅拌池（桶）经过过滤后，由高压泵通过用高压导管引入空心螺旋钻管内部，从底部钻头和侧翼喷嘴向外喷射，喷射过程中同步对周侧的土体进行切割；高压旋转钻头和侧翼喷嘴在动力推动下逐渐向前推进，直至达到设计深度和直径，获得形成的锚体。

图 5.2.5-2水泥浆搅拌池
扩孔施工符合下列要求
a、扩孔的高压啧射压力应大于20Mpa可取20~40Mrpa；喷嘴移动速度10~20mm/min
b、高压喷射注浆水泥采用强度等级为PO42.5纯水泥浆，《混凝土搅拌用水》(JGJ63-89)要求，水灰比为1：1。

图 5.2.5-3高压注浆泵
c、连接高压注浆泵和钻机的输送高压喷射液体的高压管长度不宜大于50米。

d、采用水泥浆液扩孔工艺，应至少上下往返扩孔两遍。

e、高压旋转钻头(喷头)应均匀旋转，均匀提升或下沉，由上而下或由下而上进行高压喷射扩孔，喷射管分段提升或下沉的搭接长度不得小于100m。

f、在高压喷射扩孔过程中出现压力骤然上升或下降时，应查明原因并及时采取措施。

g、施工中严格按照施工参数进行施工如实做好各项记录。

5.2.6预应力锚索张拉与锁定
锚索的张拉与施加预应力(锁定)符合以下规定:
1)预应力锚索张拉前，对张拉设备进行标定。

2)预应力锚索张拉应在锚索施工龄期10天后进行，锚固段浆体强度达到设计强度等级的80%时可进行张拉，具体时间根据试验确定(不加早强剂为二次注浆完7天后。

3)锚索张拉顺序因为考虑对邻近锚杆的影响；采用隔一拉一。

4)锚索正式张拉前，取20%的设计张拉荷载，对其预张拉1~2次，使其与锚具接触紧密，钢绞线完全平直。

张拉力应平缓加载，加载速率不应大于0.1N/min，张拉设备必须配套标定，每只千斤顶应配用的压力表数量不小于两块，表的精度不低于1.5级，其常用读数不宜超过表盘刻度的75%。

在桩混凝土强度及砂浆强度达75%～80%后，开始用轻型千斤顶对钢绞线逐一张拉，张拉力控制在10～20KPa，使钢绞线逐根顺直，然后进行整束整体张拉。

5)锚索分级张拉至设计施加预应力锁定值的1.1倍～1.15倍。

各次最后一次张拉完成后，
立即用夹片将锚索锁定于锚具上。

末次张拉完成并锁定后，可利用手提砂轮机切除锚索外露段，外留长度30cm。

6设备材料配置
机械设备一览表
材料一览表
7质量保证措施
7.1质量验收与检验标准
主控项目
成孔深度由专人检查，不足则继续取土成孔，插入锚筋时要将注浆管端绑在距孔底50～100mm处。

制浆时严格按配比搅浆，随成孔随注浆，注浆渗漏较多时，要进行2～3次补浆直到注满。

一般项目
进场钢材、钢筋、钢绞线、水泥要有检验合格证，并做复检、现场标识。

成孔过程中取出的土体特征按钻进深度逐一记录，对比，发现有较大偏差时应及时与设计院联系。

检验数量应取总数的5%，且不少于3 根。

7.2锚索施工重点控制措施
锚位点放线，各方向允许误差均为±5cm。

按设计孔口坐标安装钻机就位，用全站仪按边坡方向放出基线及锚索方位角，调整倾角，到满足设计要求为止。

将钻机定位后，再核查一遍钻机孔位座标、方位及倾角，确认无误后，开始钻进。

锚索孔径允许误差±5cm。

若遇坍孔，应立即停钻，进行固壁注浆处理，注浆24 小时后重新扫孔钻进。

锚索的制作要确保每一根钢绞线始终均匀排列、平直、不扭不交叉，锈、油污要除净，对有机械损伤及锈坑者应剔出。

锚索的长度要根据钻孔的实际深度确定，允许误差±2cm，并对锚索按孔号相应编号。

锚固段的定位导向架，应严格按设计要求安装在锚索上，绑扎丝既要能承受一定的拉力，又要保证锚索自由拉伸。

安放锚索要保证锚索孔壁有不少于1cm的注浆厚度，锚索安放要平直，张拉段要放在
锚孔中央。

锚索注浆水泥应选用PO42.5 号以上普通硅酸盐水泥，搅拌水泥砂浆应均匀，使用时不得有沉淀。

钻杆在退出时应继续保持注浆过程不间断，并旋转缓慢退出，确保孔内注浆密实。

严格控制加水量和水灰比。

锚索的张拉要在水泥浆达到设计强度后，方可进行。

张拉前张拉设备要标定，夹具连接件应符合有关规定。

8安全文明施工保证措施
8.1操作人员必须带好安全帽，钻机操作人员须佩带防护手套，防滑水鞋等劳动保护用品，泥浆拌制工人还需佩带防尘口罩。

8.2现场施工临时用电必须按照施工方案布置完成并根据《施工现场临时用电安装技术规范》检查合格后才可以投入使用。

8.3加强宣传教育，提高施工人员环保意识，加强环保管理力度，落实环保措施。

8.4施工现场应及时清扫、撒水，防止扬尘。

8.5钻孔产生的泥浆应沉淀后进行统一清理。

8.6施工垃圾应装袋统一处理，不得随意抛撒。

8.7在操作之前必须检查操作环境是否符合安全要求，操作空间是否畅通，机具是否完好、牢固，安全设施和防护用品是否齐全，经检查符合要求后方可施工。

8.8如遇雨天及每天下班时，要做好防雨措施，以防雨水冲淡水泥浆，致使泥浆水灰比改变。

8.9大风、大雨等异常气候之后，检查水泥罐抗风拉绳是否完好，离开场地前清理出泥浆搅拌池内的水泥浆，以防硬化后重新清理造成时间浪费。

9环保措施
9.1进场钢绞线摆放整齐，杆体制作区域保持地面干净。

9.2现场的水泥应进行覆盖，造成环境污染。

9.3施工中的噪音排放，昼间＜70dB，夜间＜55dB。

施工现场烟尘排放浓度＜400mg/m3。

夜间照明不影响周围社区。

9.4施工垃圾分类处理，尽量回收利用。

10、效益分析
10.1
经济效益
序号对比项
三种施工工艺
常规锚索普通高压旋喷锚索高空高压旋喷锚索
1适用高度范围0~3m0.8~1.5m 1.0~10m
2土层地质情况干燥土体饱和土等含水量高的
复杂土体
饱和土等含水量高的复
杂土体
3抗拔力较常规锚索提高↑50%较常规锚索提高↑50% 4
施工
功效
0.8~1.5m较常规锚索提高↑30%较常规锚索降低↓15%
1.5~3m较常规锚索降低↓45%较常规锚索降低↓15%
3m~10m较常规锚索提高↑25%较常规锚索提高↑175% 5锚体水泥用量较常规锚索增大2~3倍较常规锚索增大2~3倍
图10.1-1普通锚杆钻机图10.1-2普通高压旋喷钻机图10.1-3高空高压旋喷钻机钻机作业面到锚索孔位正常高度范围内（0.8~1.5m），普通高压旋喷机成孔及锚索安装每日可完成19根左右，高空高压旋喷机成孔及锚索安装每日可完成11根左右，常规锚杆机每日可完成13根左右。

以本项目为例，在高度0.8~1.5m范围内共计施工108 根预应力锚索，高压旋喷锚索较常规锚索工艺工期累计提前3天完成。

钻机作业面到锚索孔位1.5~3m高度范围内，普通高压旋喷机需考虑搭设脚手架施工，搭拆脚手架耗时2天，即功效下降到6根/天；高空高压旋喷机11根/天，常规锚索13根/天。

钻机作业面到锚索孔位3~10m高度范围内，普通高压旋喷机需考虑搭设脚手架施工，搭拆脚手架耗时3~4天，即功效下降到5根/天；高空高压旋喷机11根/天；常规锚索需考虑搭设脚手架施工，搭拆脚手架耗时3~4天，锚索安装及注浆较为困难，需吊车和云梯配合
施工，即功效下降到4根/天。

在本项目中，第二排锚索高度在距离基坑底6m高位置，采用普通高压旋喷钻机时，按照其功效（19根/天），搭设约40m长4.6m高5.4m宽的盘扣式脚手架，脚手架措施费为6万元，锚索成本增加了1.8倍。

图10.1-4盘扣式脚手架抬高钻机施工
通过第三方张拉检测单位试验，旋喷锚索在受力能提方面能够提升大约50%，大大提升锚索抗拔力，确保基坑安全稳定。

由于本工艺成孔由外而内直径逐渐增大，成孔时用水泥浆与土体混合搅拌，直到桩体整体为水泥浆液，造成水泥用量增大，与普通锚杆机成孔相比较水泥用量增大2～3倍。

10.2社会效益
在本项目中，原设计图中设计为常规锚索。

常规锚索采用潜孔钻、履带钻先成孔，后进行下锚索、注浆、二次注浆等施工。

本项目土层含水量高，潜孔钻+脚手架尝试6m高锚索孔位钻孔无法成孔；因场地空间有限，履带钻+脚手架可以完成6m以下的锚索成孔施工，无法完成6m以上锚索施工。

开发商对工期要求紧、质量安全要求高，项目部采用高空高压旋喷锚索工艺替代常规锚索工艺，质量安全工期方面均得到有效保证。

在高度超9m高压喷锚索实施过程中，项目管理人员的专业知识和技能得到提升，并积累一定经验，利于公司后续类似项目管理及遇到特殊情况的应变能力的提升。