预应力锚索锚固段高压旋喷施工工法的应用

预应力锚索锚固段高压旋喷施工工法的应用

覃葳

杭州金翰控股集团有限公司　浙江杭州　310012

摘　要：预应力锚索锚固段高压旋喷施工工法，是在采用钻孔机进行锚索钻孔完成后，在不拔钻管的前提下直接换接水泥浆管利用钻孔机从孔底对锚固段进行高压旋喷施工，可有效的及时固结松散土层，起到了保证锚索成孔、止水、注浆质量、加大锚固体和保证抗拔力等五重作用，从而达到满足锚索施工的设计要求。从目前我区多项工程应用表明，本工法适合在松散土质、沙土、沙层等极差地质，地下水丰富，且施工场地限制不能满足前期提前进行施工处理以及处理成本过大的情况下，在结合锚索施工过程中进行处理，可以有效的解决锚索成孔、加大锚固体的摩擦系数、提高抗拔力，减少返工处理，保证施工工期，具有显著的施工效果，达到减少经济损失目的。

关键词：预应力；高压旋喷；施工技术；建筑工程

1.工法特点

1.1针对性强：该工法适用于松散土质、砂土、沙层等地质，能有解决流沙层、各种砂层、地下水丰富等复杂地质条件下锚索施工问题，达到满足设计要求。

1.2施工噪音小、振动小、排污易控，成孔时未涌出大量泥沙带来的环境污染。

1.3成孔后锚索放置非常顺利，不出现卡堵现象，无需进行重复施工，实施性高。

1.4 止水效果佳，注浆效果好，使浆体与嵌固土层结合紧密，杜绝稀浆、锚固体缩短、抗拔力不满足等质量问题。

1.5 在相同地质条件下比传统带套管施工方法速度快，能保证工期，锚索费用略有增加，但减少返工费用较多，整体经济效益较好。

1.6施工机具设备简单，施工操作简便。

2.适用范围

可应用于松散土质、淤泥沙土、流沙层、各种沙层等且地下水位高出基坑底的锚索施工，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地，不受地下水位限制。

3.工艺原理

预应力锚索锚固段高压旋喷施工工法，是采用干钻法进行钻孔至设计要求，在不拔钻杆的情况下，利用钻杆直接接高压旋喷浆管，采用单管法从锚索孔底开始进行旋喷施工，水泥浆液是正常高压旋喷施工的0.5倍，及时对相关土层进行固结和止水，旋喷的长度以锚固段的长度为准，待旋喷施工时间过3~8小时后进行扫孔及成孔，后进行下一工序施工。其施工工艺原理如图1所示

图1 采用钻孔机进行高压旋喷示意图

4.施工工艺流程及操作要点

4.1工艺流程

场地平整→测量放线→钻机就位→锚索钻孔→接高压水泥浆管→高压旋喷施工→待水泥浆终凝后→钻机重新就位→进行扫孔→后续施工。

4.2操作要点

4.2.1测量放样

根据已布设好的控制点坐标，计算坐标位置，将孔位附近场地整平后，使用全站仪放出孔位，确定钻孔角度。

4.2.2预应力锚索施工

1）施工工艺流程

图2 预应力锚索施工流程图

2）施工准备

（1）原材料

预应力锚索一般使用的钢绞线采用高强度（1860MPa）低松弛无粘结钢绞线，其性能指标应符合GB/T5224-1995和ASTMA416-98的规定。钢绞线在运输中应防止磨损，每批预应力钢绞线均应有材质成份的质量证明书，并对预应力钢绞线抽样进行力学性能试验，并应将试验成果报批。水泥采用标号一般不低于P.O42.5的普通硅酸盐水泥；速凝剂和其它外加剂符合施工图纸要求，并不得含有对锚索产生腐蚀作用的成分。

（2）试验

锚索施工应按《规范》SL46-94、DL/T5083-2004要求先进行现场试验，检验施工工艺和测试张拉锁定后应力衰变规律；筛选2～3种砂浆、混凝土配合比试验。

（3）设备

对张拉机具、设备和仪表进行配套率定及进场机械报批。

（4）其它

制定预应力锚索制作、安装的安全操作规程；搭设安全可靠的施工排架并验收后方可使用。

3）钻孔

（1）采用钻杆SM14钻机进行钻孔，测量测定钻进方向角，调整好孔向再牢靠固定钻机。

（2）低转速钻进，低压推进，当成孔约50cm，再次校核孔向，及时调整钻机。

（3）钻进过程中认真记录每一钻孔的尺寸、钻进速度等数据。

（4）钻进过程及时测斜、纠偏，结束后，测量孔斜、方位角及孔深，不符合设计要求的孔作废孔处理，并灌注水泥砂浆回填后重钻。

（5）质量要求：开孔偏差不得大于10cm，孔斜误差不得大于孔深的2％。

4）旋喷施工

1）采用单管法：单层喷射管，仅喷射水泥浆。单管旋喷桩机注浆施工示意参见图3

图3 单管旋喷注浆示意图

2）旋喷操作要点

（1）钻机定位。钻机钻孔至设计长度后，进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。

（2）制备水泥浆。按设计确定的配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10～20分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用，一般水泥浆液的水灰比为0.2～0.4。

（3）提升喷浆管、搅拌：钻机钻至孔低后旋转不停，接通浆管，泥浆泵和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量，分别达到预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达到预期的长度后停止。旋喷压力控制在0.5~3.0MPa，开始旋喷时稳压0.5MPa旋喷10秒，再缓慢提高压力值至3.0MPa，起步时旋喷转速为6r/min，再缓慢提升到转数为20~40r/min，提升速度控制在8~10分钟退出1根钻杆（3米）。

（4）结束标准处理：当旋喷管提升接近预计长度时，应从预计长度以下1.0m开始，减慢提升旋喷为6~20r/min，旋喷10秒，再向上慢速提升0.5m，旋喷10秒，减慢提升旋喷为6r/min，直至孔口溢出浆体为此。

（5）特殊情况处理：可重复喷浆、搅拌，按上述3～4步骤重复喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵，停止水泥浆的输送，将旋喷浆管旋转提出孔口，关闭钻机。

（6）清洗：向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。

5）扫孔、清孔

按第3点钻孔方法进行，时间要求间隔3~8小时后进行，采用干钻法，钻孔进尺速度控制要求在正常情况内。

6）锚索制作、运输及安装

（1）锚索按实际孔深和设计要求的最小长度下料，要求选用没有损伤的钢绞线。

（2）钢绞线PE套管用环氧砂浆封口，以免灌浆时浆液浸入。

（3）钢绞线两端与锚头嵌固端应牢固联结，两嵌固端之间的每根钢绞线长度应一致。

（4）编制好的整束钢绞线停放时间宜尽量短，以防污染；运输过程中应防止锚索发生弯曲、扭转和损伤。

7）注浆

（1）注浆配合比：锚索砂浆配比根据试验或者设计要求确定，水灰比一般取0.4～0.5，也可掺入一定量的膨胀剂及早强剂。

（2）方式采用连续缓慢灌注浆液，当灌浆量大于理论吸浆量，回浆量比重不小于进浆量，且稳压30min，孔内不再吸浆，即可结束。

（3）灌浆采用灌浆自动记录仪，注浆施工在浆液初凝前，要进行不少于2次补灌。

（4）锚固段灌浆压力0.3MPa～0.5MPa，排气管回浓浆后即以0.5MPa的压力闭浆，闭浆时间30min。自由段灌浆压力不小于0.8MPa。

8）张拉锁定

（1）张拉荷载按设计张拉力的10%～105%逐级依次进行。

（2）张拉时，升荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的0.1；卸荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的0.2。松弛损失一般为锁定张拉力的3%～4%，在补偿张拉前，应注意检查。

（3）张拉加载稳压前后，均量测钢绞线的伸长值与回缩值，若实测伸长值与理论伸长值相差超过10%或小于5%，应停止张拉，查明原因后才能重新张拉。锁定后的48h内，如锚束应力下降到设计值以下10％时应进行补偿张拉。

（4）张拉所用的设备额定值必须大于最大使用张拉值，并有富余度。

（5）对于有补偿张拉要求的锚索，应在张拉锁定后7d左右进行，补偿张拉的张拉力值为超张拉力。

9）锚头保护

张拉结束，将锚具外大于15cm的钢绞线用切割片割除，最好加水或加油冷却。外锚具或钢绞束端头，用混凝土封闭保护，混凝土保护的厚度不小于10cm。

10）拉拔试验

操作方法、记录均按相关规范实施。

5.材料与设备

5.1材料

5.1.1锚索施工材料要求

1）锚索的钢绞线采用高强度（1860MPa）低松弛无粘结钢绞线，品种、规格、性能符合现行国家产品标准和设计要求，并有出厂合格证明文件及检测报告。

2）水泥强度等级不应低于42．5，质量符合GBl75《普通硅酸盐水泥》的规定，并具有出厂合格证明文件和检测报告。

3）外加剂宜选用液体速凝剂，质量符合相关标准要求，掺量和种类根据施工季节通过配比试验确定或者设计要求确定。

4）搅拌用水应符合JOJ63《混凝土搅拌用水标准》的规定。

5.1.2高压旋喷施工材料要求

一般水泥浆液的水灰比为0.4～0.5；浆液材料宜采用强度等级为42.5R普通硅酸盐水泥（或粉煤灰硅酸盐水泥），可根据需要加入适量的外加剂及掺和料，外加剂及掺和料的用量应通过试验确定。

5.2设备

5.2.1锚索施工设备要求

1）成孔设备：钻杆SM14钻机。动力性能满足工程地质水文地质情况、成孔直径、成孔深度要求。

2）制浆设备：灰浆搅拌机（WJG-80），满足制度速度要求。

3）锚索加工设备：切断机等。

4）其它满足工程需要的辅助工具。

5.2.2高压旋喷施工设备要求

表1 高压旋喷主要机具设备表

6.质量控制

6.1质量要求

质量控制主要依据为《建筑地基处理技术规范》（JGJ79）、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120）、《建筑边坡工程技术规范》（GB50330）及《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22-2005）。

6.1.1锚索施工质量要求

1）锚位点放线，各方向允许误差均为±1cm。

2）测角误差不超过：倾角±0.5°，方位角±1°。

3）锚索孔径允许误差±2mm。

4）特殊停钻后进行处理，8小时后重新扫孔钻进。

5）锚索的编制要求每一根钢绞线始终均匀排列、平直、不扭不叉，锈、油污要除净。

6）锚索的长度允许误差±2cm，并对锚索按孔号相应编号。

7）保证锚索孔壁有不少于1cm的注浆厚度。

8）注浆充盈系数控制在1.1--1.3之间。

9）水灰比允许误差为±0.03。

10）钢纹线拉力不均匀系数在0.95--1.05之间，各根钢纹线的拉力差为±5%。

11）补张拉在张拉完成后6--10天进行，张拉力取设计预拉力的20%。

12）注浆必须待浆液溢出孔口稳定1--2分钟，方可停止注浆，24小时后还需进行补浆，以确保注浆饱满。

6.1.2检验标准

1）锚具、夹具和连接器， 检验方法：观察检查和检查出厂证明、实验报告。

2）锚索的位置、数量、长度必须符合施工单位批准的设计要求和施工规范的规定，检验方法：观察检查和检查施工记录。

3）水泥浆体应按设计配制水泥浆的水灰比，灌浆充盈系数不小于1.2。 检验方法：观察检查和检查施工记录。

4）锚索张拉至1.05倍设计值，并按设计锁定值的1.10倍进行锁定。检验方法：观察检查和检查施工记录。

5）锚索的允许偏差和检验方法应符合下表2的规定。

6）锚索验收试验

（1）检测数量不应少于锚杆总数的5%，且同一土层中的锚索检测数量不应少于3根。

（2）检测锚索采用随机抽样的方法选取，抗拔承载力检测值应≧1.4倍轴向拉力标准值。

（3）锚索抗拔试验应分级循环加荷，每级荷载应稳定5～10min，并记录位移增量，最后一级荷载应维持10min.

6.1.3高压旋喷施工质量要求

表3 高压旋喷质量标准表

6.2施工质量控制要点

1）机械设备：注浆泵和搅拌机等设备须保证能满足工作需要，工作性能良好。

2）人员：有良好的职业道德与施工技能，熟悉工艺流程。

3）严禁使用不合格材料，锚索的等级、规格应符合设计要求，外观质量检查也须重视；不得使用受潮或过期水泥，外加剂的品种和配比要严格控制。

4）钢绞线、张拉设备及锚具等均应有出厂合格证，钢筋进场后应进行力学性能试验。

5）孔位、孔深、孔径和孔斜等均应符合设计及规范要求。

6）锚孔注浆应从通至孔底的PVC注浆管开始，确保注浆密实，灌浆记录应准确、完整 、清晰。

7）分级均匀施加张拉荷载，并控制加载速率，张拉设备必须配套标定并绘制相关曲线。

8）按预应力锚索总数的5%随机进行抽样验收试验，合格标准按应力控制为：实测值不大于设计值的5%，或不小于设计值的3%。

7.安全措施

7.1钻机操作人员应具有熟练操作技能。

7.2机械设备操作人员在保养或操作钻机前，应熟知钻机使用说明书、安全操作规程等，杜绝违章作业。

7.3进场施工人员必须配戴安全帽。按规定配齐其他安全防护装置。严格按照操作规程和安全规程进行施工，确保施工安全。

7.4每日收工时必须清理好现场，施工工具要摆放整齐，施工机械要及时清洗和检修，尽力搞好文明施工。

7.5搞好消防安全，努力协调好场地周围相关单位的关系。

7.6做好工人的安全教育工作，安全员要经常检查执行措施，做好事故预防性工作，保障施工工作顺利进行。

7.7对注浆泵及钻机等设备应专人负责使用及保养，防止危害他人。

7.8经常检查所有电源线路，杜绝漏电触电事故发生，搞好夜间施工照明。

7.9高压泥浆泵必须指定专人操作，压力表应定期检修检定，以保证正常工作。

7.10施工前应检查高压设备和管路系统，其压力和流量需满足设计要求，应检查管道的耐久性以及管道连接是否可靠，泵体、注浆管及喷嘴内不得有任何杂物，各类密封圈必须良好，无渗漏现象，否则接头断开、软管破裂，将会导致浆液、高压水流飞散、软管甩出等安全事故。安全阀中的安全销要进行试压检验（试压检验到当地压力容器检验所检验），必须确保在达到规定压力时能断销卸压，杜绝安装未经试压检验的自制安全销。

7.11喷射浆自喷嘴喷出时，具有很高的能量，因此人体与喷嘴之间的距离不应小于60cm。

7.12喷射注浆的浆液目前一般以水泥浆为主，但有时也加入其他化学填加剂，一般说浆液硬化后对人畜均无害，但硬化前的液体进到眼睛里时，必须立即进行充分清洗，并及时到医院治疗。

7.13吊、放喷射管路时，严禁管下站人。不得将电缆浸泡在水和水泥浆中，防止漏电伤人。

8.环保措施

8.1 施工机械的噪声和振动应符合城市环境保护控制标准。

8.2施工现场应在规定的时间内施工，因特殊工序需连续施工的，应当向当地有关行政管理部门提出申请，并告示周边的居民。

8.3 控制现场粉尘，合理排放水泥浆。

8.4设置排污沉淀池，不使用有害化学注浆剂，防止对地下水的污染。

9.效益分析

9.1社会效益

结合高压旋喷的锚索施工工法，机械化程度高，劳动强度低，施工质量和安全均有成熟的保障措施，场地利用率高，施工噪音小，文明施工、绿色施工均可在施工过程中体现出来，社会效益明显。

9.2经济效益

施工材料普遍，使用设备简单，占地面积小，设备转运成本低，施工速度快，而传统套管施工方法进度非常慢，仅为正常情况下的1/8，工期延长约8倍，且返工率（不合格）达65%，完成单根锚索费用增加达到0.11万元，以金成·江南壹品项目为例，北侧支护采用传统工法施工总共68根锚索，需增加返工费用7.48万元，而采用新工法后，保证了施工工期、施工效果满足设计要求，锚索增加高压旋喷费用约2.38万元，但减少返工费用约7.48万元，因此总体增加的费用比返工费用节约=7.48（返工费）-2.38（增加旋喷费）=5.1万元，增加的费用2.38万元基本保持在项目施工成本合理控制范围内。

10.应用实例

10.1天誉城基坑支护工程（2015年12月～2016年8月）

天誉城项目位于广西南宁市五象新区阳峰路，基坑支护工程为地下二层，局部三层，采用混凝土支护桩加锚索加固方式。因项目临近邕江，直线距离最短处仅140米，土质为粉质黏土，地质属于松散式，地下水丰富且具备承压性，其中锚索设计总长约9254米，Φ150@1500~2500，平均孔长20m，锚索有462根。因此采用预应力锚索锚固段高压旋喷施工工法，成功解决松散土层锚索施工的成孔、止水、锚固体质量、抗拔力不合格等问题，确保了施工工期、质量和安全，得到了参建单位的好评。

10.2金成·江南壹品项目基坑支护工程（2020年9月～2021年6月）

金成·江南壹品项目基坑支护工程位于广西南宁市江南区，北侧与南宁技师学院毗邻，地下室顶板与学校大门前道路高差约10米，项目设置二层地下室，基坑开挖深度约10.0m，开挖后北侧整体高差达20米。岩土层分布主要为素填土，粉质粘土，圆砾等，基本属于松散结构，地下水形式为孔隙水潜水，赋存于淤泥式粘土和圆砾层中，对锚索成孔、注浆质量、抗拔力合格率影响较大，因此采用预应力锚索锚固段高压旋喷施工工法，成功解决锚索施工的成孔、注浆质量、抗拔力不合格等问题，确保了施工工期、质量和安全；采用此施工工法，噪音小，振动小，减少了对学校及周边环境的影响；同时节约了成本，得到了社区及参建单位的好评。

结束语

预应力锚索锚固段高压旋喷施工工法在松散土质、沙土、沙层等极差地质的基坑支护工程的实际应用中，能有效的解决锚索成孔、提高抗拔力、减少返工处理，保证施工工期及施工质量方面，具有显著的施工效果和较好的经济效益。本文中或有不详、不足之处，万望海涵。

参考文献：

[1]李春鹏.高压旋喷预应力锚索技术在南沙国际邮轮母港深基坑中的运用[J].工程技术研究，2021,6(02):46-47.