無翼鉆頭防脫索裝置研究與應用

引言
　　旋錨索是采用高壓旋噴技術，通過高壓水泥漿液切割土體，水泥漿將錨索范圍內土體置換出來，通過控制高壓噴射參數，可以實現沿軸向變化的不同直徑的錨固段，從而達到提高錨固力的一種新型錨索。高壓旋噴錨索施工主要包括旋噴鉆機、高壓注漿泵、高壓輸漿管、無翼鉆頭、錨索及錨盤，是一次成型，無需單獨成孔、注漿、放置錨索。
　　2 工程概況
　　包頭市立體綜合交通樞紐工程位于東河區二里半機場與擬建高鐵包西線機場高鐵站之間。本項目建設內容主要包括交通中心工程、機場高速路下立交工程、預留配套地鐵工程、室外工程等。其中，①交通中心總建筑面積13.5萬m2，其中地上面積3.8萬m2，地下面積9.7萬m2（不含地鐵配套工程面積）。②機場高速路下立交工程為雙向四車道，總長度754m，寬度22m，總面積17820m2。③預留配套地鐵工程一期范圍與本工程整體共建，面積為2.82萬m2。
　　基坑總開挖面積約7.5萬m2，基坑支護周長約為1970m，交通中心被劃分為1區和2區，開挖深度均為13.75m；地鐵基坑開挖深度16.81-17.31m，下立交基坑開挖深度16.8m。本工程基坑支護設計為止水帷幕+灌注樁+錨索。錨索設置為一樁一錨，設置4道（-3m、-6m、-9m、-11.5m），錨索為6Ф15.2@1600，傾角10度，自由段長度5m，錨固段長22m/20m、直徑400mm（端頭5m為擴大頭直徑500mm）。
　　根據勘察鉆孔深度內所揭露的地層情況，場地上部地層主要為第四系全新統河流相沖積（Q4al）形成的細砂及粉質粘土；下部地層主要為第四系上更新統山前沖洪積扇前緣堆積（Q3al）形成的細砂、粉質粘土與靜水湖相沉積（Q3l）形成的粉質粘土交替出現。
　　3 高壓旋噴錨索工作原理
　　由鉆孔穿過軟弱巖層或滑動面，把一端（錨桿）錨固在堅硬的巖層中（稱內錨頭），然后在另一個自由端（稱外錨頭）進行張拉，從而對巖層施加壓力對不穩定巖體進行錨固，這種方法稱預應力錨索，簡稱錨索。錨索結構一般由幅度錨頭、錨索體和外錨頭三部分共同組成。內錨頭又稱預應力錨固段或錨根，是錨索錨固在巖體內提供預應力的根基，按其結構形式分為機械式和膠結式兩大類，膠結式又分為砂漿膠結和樹脂膠結兩類，砂漿式又分二次灌漿和一次灌漿式。外錨頭又稱外錨固段，是錨索借以提供張拉噸位和鎖定的部位，其種類有錨塞式、螺紋式、鋼筋混凝土圓柱體錨墩式、墩頭錨式和鋼構架式等；錨索體，是連結內外錨頭的構件，也是張拉力的承受者，通過對錨索體的張拉來提供預應力，錨索體由高強度鋼筋、鋼絞線或螺紋鋼筋構成。
　　高壓旋噴錨索支護是將攜帶鋼鉸線的錨底盤上的中心孔安裝在無翼鉆頭上，下沉高壓水泥漿液鉆進至設計樁錨固段頂部深度，旋噴作業（噴射注漿）至設計樁錨固段底部，必要時底部復噴，拔出每根噴射管補注漿一次，孔口0.5m范圍內進行旋噴注漿封孔，防止地下水從此滲漏。
　　高壓旋噴錨索施工時，將無翼鉆頭穿過錨索端頭的錨盤中心，錨索置于錨固體中心。旋噴時，高壓射流隨鉆桿邊旋轉邊緩慢鉆進，對周圍的土體進行切削破壞，切削下來的部分土顆粒或砂粒被噴射水泥漿液置換，被液流攜帶到孔口（稱為冒漿），其余的土顆粒或沙粒在噴射動力、離心力和重力的共同作用下，在橫斷面按質量大小重新排列，形成一種新型的水泥―土（砂）結構，一般小顆粒在中部位置居多，大顆粒多分布在外側或邊緣部分，四周未被切削下來的土體被擠密壓縮，形成錨固體。通過高壓噴射注漿技術，改變了巖土體的原有應力狀態，提高了土體的粘聚力C和內摩擦角ψ，增大了巖土體原本的軟弱結構面、潛在滑移面的抗剪強度，使巖土體自身抗拉能力有了很大的提升，增大錨固段的直徑可有效提高其抗拔承載力。
　　4 無翼鉆頭脫鉆問題研究
　　高壓旋噴錨索施工需將攜帶鋼鉸線的錨盤上的中心孔安裝在無翼鉆頭上鉆進，鉆進過程中遇到障礙物需要退鉆更換方向或角度，無翼鉆頭端有25cm自由行程，退鉆大于25cm，鉆頭將會脫離錨盤，繼續鉆進時僅靠操作工人經驗尋找錨盤鉆孔，如長時間無法找到錨盤孔，只能拔出全部鉆桿和鋼絞線重新鉆進。因此會造成工作量大、費工費時、成本高。
　　5 防脫鉆裝置制作安裝
　　高壓旋噴錨索施工中，鋼絞線底端穿過固定盤、錨盤錨孔，用擠壓錨設備將擠壓錨與鋼鉸線擠壓固定，高壓旋噴鉆機鉆桿端頭無翼鉆頭穿過帶鋼鉸線的固定盤、錨盤上的中心孔，在設計位置鉆進、噴漿，鉆進過程中遇到障礙物無法鉆進時，需要退鉆更換方向或角度，無翼鉆頭端有25cm自由行程，鉆頭將會脫離錨盤，防脫鉆裝置有50cm退鉆空間，共有75cm的距離提供重新調整方向和角度的空間，無翼鉆頭保持在防脫鉆裝置內，不會脫離固定盤，繼續鉆進時很容易重新通過錨盤鉆孔。
　　高壓旋噴錨索防脫索裝置如圖1所示，該裝置包括錨盤1、錨孔2、鉆頭孔3、500mmФ6.5連接鋼筋4、固定盤5、錨索卡槽6。利用固定盤限制鉆桿偏位，在錨盤與固定盤之間為鋼筋鏤空結構，鉆頭可以旋噴切割土體；利用固定盤卡槽使錨索分布均勻，使得張拉應力均勻；利用鋼筋作為錨盤與固定盤剛性連接，防止固定盤變形移位；利用500mm長鋼筋連接，退鉆長度增加到75cm，降低施工難度；調整角度或方向完成后，無翼鉆頭始終處于防脫鉆裝置內，重新鉆進容易通過錨盤鉆頭孔。其中：連接鋼筋與錨盤、固定盤采用焊接連接。
　　6 應用效果
　　在包頭市立體綜合交通樞紐項目基坑支護高壓旋噴錨索施工中，地處原河道沖積區，經常遇到孤石、巖石夾層等地下障礙物，防脫索裝置有針對性的解決了施工過程中出現的問題，鉆桿調整距離長，角度大，效果好、成本低，減少返工，杜絕脫索、提高施工效率、節省施工成本。
　　結語
　　隨著我國社會經濟的快速發展，基礎建設規模的不斷擴大，新型技術應用更加的廣泛。因此，在未來的大型建筑深基坑土方開挖施工過程中，高壓旋噴錨索支護應用更加普遍，施工過程中的技術難點和缺陷也逐漸顯現，通過不斷工程實踐積累經驗就會逐步解決這些難題與缺陷，為工程建設提供更加合理、科學、有效的技術支持。