1 工程概况

　　光启未来中心项目位于深圳市南山区，地处高新南四路与科技南八路交汇处，周边已建成建筑主要为东侧创维半导体设计大厦与赋安大厦。基坑大致呈长方形，东西向长度为189.5m，南北向长度为90m;支护形式为支护桩加锚索形式;场地原始地貌类型为海积平地，原始地形起伏变化不大，目前经人工堆填整平后，高差变化较小，勘察期间孔口标高为8.920～11.350m。场地周围环境较复杂:据钻探揭露及现场岩土层性质鉴定，结合室内土工试验及现场标准贯入试验成果，场地地层按成因可分为人工填土层(Q^ml)、第四系海陆交互相沉积层(Q^mc)、第四系残积土层(Q^el)和下伏燕山期花岗岩(r⁵³)，由于东侧创维半导体设计大厦与赋安大厦地下室距离本工程基坑较近，常规锚索长度无法满足要求。设计采用囊式扩体锚杆加支护桩的形式，如图1、表1所示。

　　表1 土的主要物理性质指标统计  

　　图1 深基坑支护方式及周边环境  

　　2 囊式扩体锚杆参数介绍

　　2.1 囊式扩体锚杆主要施工工艺

　　2.1.1 高压旋喷扩孔及注浆换土

　　1)安装高压旋喷钻杆(钻杆顶部喷嘴直径约为2.0mm)并放入套管中，当钻头放置扩体段顶部时，准备进行高压旋喷扩孔。

　　2)高压旋喷扩孔施工，注意旋喷压力30MPa以上，考虑到在中砂层易发生塌孔现象，砂层中采用水泥浆进行第1次旋喷扩孔，其余土层中可使用清水进行第1次旋喷扩孔。注意钻进速度控制在20cm/min，钻速15r/min，并根据不同土层适当调整钻速。

　　3)采用测量孔外钻杆长度来推算扩孔长度，当扩孔长度达到设计要求后，为确保扩体段直径满足设计要求，对扩体段采用水泥浆进行1～2次复喷。

　　4)旋喷扩孔完成后将钻杆提出孔外，立即使用大量清水清洗钻机、高压泥浆泵及管路。

　　5)旋喷扩孔时，实时监测浆液状态、喷射流量、压力、钻杆速度及提升速度等参数，确保满足设计要求。

　　高压旋喷扩孔施工时，不得中断喷射，一旦出现喷射中断，再次喷射时，搭接长度≥500mm，且间隔时间≤30min。

　　高压旋喷扩孔用水应经滤网过滤，水泥浆应采用二次搅拌，并在转移过程中进行过滤，以防发生堵管现象。高压旋喷用水泥浆水灰比为1.0。

　　2.1.2 机械扩孔

　　机械扩孔前需提前检查钻头张开尺寸及顶部设置圆盘便于钻头张开。将扩孔钻头下放至需扩孔位置顶部，并在原位旋转2min使钻头处于张开状态。随后钻头向孔内缓慢钻进，钻进过程中需注意钻进速度，若速度过快则可能钻头没打开，需联系设计确定处理方式。扩孔时需保证一次性成孔，禁止拔出后继续钻进，需钻进至设计孔底超出0.5m。

　　2.1.3 扩体锚杆制作和安放(下锚)

　　1)现场扩体锚杆制作

　　首先在平整硬化好的场地上用电动切割机切割75(f_ptk=1 860N/mm²)钢绞线，下料长度=锚杆设计长度+预留张拉长度(1～1.5m)，下料长度误差ΔL=+0～+50mm。然后将切割好的钢绞线穿过扩体锚杆囊袋的预留孔，在囊袋的钢绞线固定端由经过专门培训的工人和专用设备在钢绞线此端安装P型锚头。随后，对安装好压力型锚头的组钢绞线，采用配套多孔压板固定在扩体囊袋上，在外部套紧与之配套的钢护套，并采用点焊方式与囊袋连接。最后，以1.5m的间隔在钢绞线上安装对中支座。在自由段根据设计要求外套PVC套管。

　　P型锚作为一种预应力钢绞线的固定装置，因其加工设备便宜、操作简单、质量稳定可靠、综合造价低等优点而被广泛采用。P型锚制作工艺:钢绞线端头用磨光机磨去毛刺→安装P型锚板→套入钢丝衬套→套入挤压套→开动油泵挤压(挤压压力30MPa)。

　　2)扩体锚杆安放(下锚)

　　将套管跟进至孔底，跟进过程中采用清水进行跟进，将套管内砂石排出，并通过对中支架绑扎钢绞线和注浆管，人工将锚索置入锚孔内的预设位置。下锚前注意将囊袋外侧包装白色编织袋进行拆除。待囊袋锚索放置到指定位置后将套管上拔至扩体段顶部。

　　2.1.4 囊袋内灌注水泥浆

　　1)注浆管的出浆口至孔底的距离不应大于300mm，浆液应自下而上连续灌注，确保从孔内顺利排水、排气;注浆设备的浆液生产量应能满足计划量的需要，额定压力应能满足注浆要求，采用的注浆管应能在1h内完成单根锚杆的连续注浆。

　　2)采用二级搅拌配制无泌水水泥浆，并在水泥浆转移过程中采用过滤网过滤，防止管路堵塞，连接注浆外管进行囊体的膨胀注浆，浆体水灰比控制在0.4。为了保证囊袋注浆饱满，控制泌水性，依据现场试验需要添加减水剂和保水剂，添加比例为:水泥∶水∶减水剂∶保水剂=550kg∶264kg∶4kg∶100g，并做现场试验，保证水泥浆的流动度控制在200～220mm，囊袋内灌注体积控制在0.2m³，注浆压力控制在2MPa。将囊袋内水泥浆进行取样留置，后期观测其泌水性，以验证囊袋内水泥浆配置质量。

　　3)为保证囊袋内水泥浆质量，需在正式注浆前对输浆管进行走稠浆，待输浆管口出现稠浆后方可将输浆管与注浆口进行连接。

　　4)囊袋顶部补浆

　　囊袋内注浆完毕后进行孔内注浆，采用低压泵自孔底向上连续注浆，注浆压力为0.8～1.2MPa，注入速度尽可能缓慢，水泥浆水灰比为0.4～0.5，当孔内返浆出现稠水泥浆时方可停止注浆。即完成1根扩体锚索施工，待一段时间后进行观察，若孔口出现泌水现象，导致孔口水泥浆体强度不足，应对孔口进行补浆。

　　2.2 锚杆参数及检测方法

　　据施工现场的地质勘查报告，试验所采用的锚杆均位于(2)中砂层内，其岩土工程性质为:砂成分为石英质，含约10%～30%黏粒，局部含有少量有机质及贝壳，饱和，稍密状态，局部松散状态，局部相变为砾砂、粗砂等，标准贯入锤击数N=15～16。现场使用锚杆参数如表2所示。

　　表2 现场使用锚杆参数  

　　在锚杆全长沿锚杆受力主筋415.2钢绞线布设2根全长分布式光纤，并且在锚杆的囊式扩体锚固段内沿1.2m等距离布设5个光栅测量点，并通过光纤导线沿锚杆钢绞线引至地表面测试位置。

　　3 囊式扩体锚杆检测

　　试验锚杆经过28d养护期后，试验员对表1所列的6根锚杆进行了张拉试验，试验采用150t穿心千斤顶进行加载，采用锚杆拉力计测量锚杆拉拔力，采用百分表测量锚杆端部位移。

　　试验对2种类型的锚杆采用不同方式进行张拉，其中对旋喷扩孔施工的扩体锚杆进行了破坏性循环加载试验，对机械扩孔施工的扩体锚杆进行了非破坏性的循环加载试验。1～3号旋喷扩孔施工的扩体锚杆张拉荷载-位移曲线如图2～4所示。

　　图2 1号旋喷扩体锚杆张拉荷载-位移曲线  

　　图3 2号旋喷扩体锚杆张拉荷载-位移曲线  

　　图4 3号旋喷扩体锚杆张拉荷载-位移曲线  

　　3 根旋喷扩孔的扩体锚杆均拉拔达到材料的极限强度值(见表3)，锚杆的破坏形式为锚头外锚具中的夹片处钢绞线断裂。

　　表3列出了旋喷锚杆拉拔破坏的力和位移信息。从表中数据可以发现，旋喷锚杆在承载力达到1 034kN时，其位移分别为79.18,71.49mm和72.84mm。由于3根锚杆达到了不同的极限承载力值，并且锚杆拉拔破坏后的弹塑性位移已不具有研究价值。因此，本文采取了锚杆拉拔破坏前一级循环的最大荷载值，分析该级荷载值时锚杆张拉达到的位移中弹性位移和塑性位移的量值，3组数据同样列于表3中。通过表中数据可以发现，旋喷锚杆张拉过程中，锚杆弹性位移分别占总位移的72.29%,67.08%,68.25%。因此，可以说旋喷扩体锚杆在大的拉拔荷载下，锚杆整体发生的不可恢复的塑性变形量很小，为30%左右。

　　除旋喷扩孔的扩体锚杆外，试验还安排了1组3 根采用机械扩孔钻头施工的扩体锚杆，这3 根锚杆的张拉荷载-位移曲线如图5～7所示。

　　表3 1～3号旋喷施工的扩体锚杆拉拔试验结果 

　　表4 4～6号机械扩孔施工的扩体锚杆拉拔试验结果 

　　图5 4号机械扩体锚杆张拉荷载-位移曲线  

　　图6 5号机械扩体锚杆张拉荷载-位移曲线  

　　图7 6号机械扩体锚杆张拉荷载-位移曲线  

　　为了进行对比研究，本课题的3根机械锚杆均按照与1～3号相同的目标极限荷载值进行了分级张拉，而根据要求，文中的3根机械锚杆拉拔荷载最终达到材料极限承载力的80%，即827.2kN，试验的具体荷载、位移量值如表4所示。

　　根据表4所列数据可知，4～6号机械扩孔锚杆在承载力达到827.2kN时，其锚头位移总量分别为48.42,76.00mm和68.34mm，平均值为64.25mm。对比旋喷扩孔锚杆在该荷载值下的位移量，分别为58.81,55.72mm和53.28mm，平均值为55.94mm。此外，对于锚杆最终加载量时发生的弹性位移量，机械扩孔锚杆分别为22.30,38.40mm和38.94mm，分别占各自总位移量的46%,50.5%和57%。可以发现，机械扩孔锚杆拉拔过程中发生的总位移量和塑性位移量均显著大于旋喷扩孔锚杆。另一方面，上述数据说明了在相同拉拔位移时，旋喷扩孔锚杆的承载力显著大于机械扩孔锚杆。由于两种锚杆均采用了承压型囊式扩体锚固技术，因此可以说，旋喷扩孔施工的囊式扩体锚杆施工质量明显好于机械扩孔的扩体锚杆施工方法。

　　如前文所述，在1～3号旋喷扩体锚杆中设置了光纤光栅传感器和分布式光纤传感器，随着锚杆循环张拉力的不断增加，囊式扩体锚杆分布式光纤测试结果曲线显示锚杆应力变化峰值逐渐加大。采用旋喷扩孔施工的囊式扩体锚杆峰值相对较低，施工质量较好。

　　4 结语

　　囊式扩体锚杆的出现有效解决了拟建建筑周边存在较深地下室无法使用锚杆施工的问题。而决定囊式扩体锚杆施工质量的主要因素为扩体段是否完全扩开，同一工程地点，地质土层由上到下岩土性质不同。不同地质条件下扩孔方式的选择成为了囊式扩体锚杆施工成功的关键因素。本文以深圳南山区高新园周边土质为例，介绍了利用光纤光栅应变传感测量技术和分布式光纤测量技术对囊式扩体锚杆扩孔方式进行选择，为类似工程提供了宝贵经验。