1 引言在传统的桩(墙)锚支护技术中，随着基础深度的增加，支护结构受力增加，锚杆的设计长度随之增加，但当锚杆长度超过一定范围后，锚杆锚固体的磨擦阻力不能有效发挥，造成锚杆长度的增加与锚固力的增加不成正比，既不合理也不经济。

此外，由于城市建造越来越密集，周边环境越来越复杂，锚杆的长度也受到了一定的限制。

工程技术人员为了解决上述难题，在传统预应力锚杆基础上研究开辟出高压喷射扩大头锚杆，这种锚杆抗拔力高、位移小、质量稳定、可靠性高且较经济。

高压喷射扩大头锚杆是以普通锚杆为基础，对锚孔底部一定长度范围内的锚孔外土体采用清水和水泥浆或者水泥浆进行高压喷射切割扩大注浆，在锚孔内采用水泥浆灌注，形成具有较大直径的圆柱形水泥土锚固体的锚杆(见图 1)。

图 1 扩大头锚杆示意图2 高压喷射扩孔形成方法及其特点2.1 高压喷射扩孔形成方法高压喷射扩孔是将特殊的喷嘴放于扩大头的设计部位，高压泵产生的高压液体通过喷嘴形成高压喷射流束切割土体形成扩孔，再用水泥浆置换泥浆充填整个土体空腔，从而形成锚杆的扩大头。

应用时可根据现场试验和设计承载力要求，采用以下概念和工艺：2.1.1 分序扩孔根据现场土质条件和锚杆扩大头设计参数，进行喷水、喷水泥浆的分序扩孔，提高了喷射流束切割土体的效率。

并且还可以采用多遍分序扩孔，逐渐加大扩大头的直径。

2.1.2“软”搅拌采用水进行喷射扩孔完成后，即将用水泥浆(水灰比1.0~1.5)进行高压旋转喷射。

水泥浆所形成的喷射流束像软的搅拌叶片一样，把砂浆搅动起来使之与水泥浆混合，使砂浆成为水泥浆的“骨料”，提高浆体的强度。

2.1.3 彻底置换扩孔完成后，再行高压注浆置换，以确保水泥浆能彻底将泥浆置换出来，保证扩大头锚固体的强度。

2.1.4 二次注浆：在砂卵石层和地下水流动较大的地方，在扩大头内进行高浓度的二次注浆，必要时可加适量速凝剂。

2.1.5 充填砂浆：在锚杆扩大头直径大、抗拔力高的情况下，锚杆杆体与扩大头锚固体之间的咬合力将成为影响抗拔力的一个薄弱环节。

此时可采用高压砂浆泵灌注水泥砂浆(1∶0.5~1) 进行置换。

将上述的概念与工艺进行有选择性地使用，以合用于不同的土层地质条件和设计要求，并结合直接钻机成孔、套管跟进钻机成孔、双壁管反循环工艺钻孔和扩孔三种不同的成孔方法，可形成 A、B、C 三类共十二种施工扩孔方法。

2.2 高压喷射扩大头锚杆的特点2.2.1 抗拔力高与普通锚杆相比，扩大头直径可达到 0.6~2.0m，所提供的抗拔力大。

在相同地质条件下，其抗拔力至少比普通锚杆提高 3 倍以上。

如深圳福民佳园基坑支护锚杆设计抗拔力 850kN，青岛奥帆广场设计抗拔力 950kN，惠州华贸中心设计抗拔力为 670~ 970kN。

2.2.2 位移小，特别是工作位移小在相同拉力条件下，锚头位移为普通锚杆的三分之一摆布。

与普通锚杆相比，扩大头锚杆的锚头位移小，特殊适合于对位移限制要求高的地方。

甚至对位移有特殊要求的，可以按位移控制进行设计和施工。

深圳福民佳园基坑深度 13.7m (淤泥及人工填土厚度 7m)，采用单排JL 扩大头锚杆锚拉排桩，实测基坑最大位移 3.2cm (基坑开挖到底时)和 4.2cm (坑底人工挖孔桩和地下室完成，基坑回填时)。

青岛奥帆广场基坑深度 16m，单排锚杆锚拉排桩，西侧(邻多层房屋)，最大位移仅 2.5cm。

2.2.3 高压喷射扩大头锚杆长度短，大大节省材料和造价扩大头可以设置在中密以上的砂层和可塑以上的土层中，只要进入稳定地层一定深度，锚杆总长度可以很短，最短的可达到7m。

2.2.4 可靠性高、离散性小、质量稳定高压喷射扩大头锚杆具有承压型锚杆的特性，加之高压喷射对孔壁有明显的“加糙”作用，其可靠性比普通锚杆高。

扩大头锚杆工法标准化，在相同地层中锚杆的抗拔力和位移都很稳定，不会象普通锚杆(一次灌浆或者二次高压灌浆)那样离散性大。

如青岛奥帆广场三根试验锚杆间距 2m(可认为处于同一地层之中)，最大试验载分别为 1500kN，1406kN，1406kN，总位移分别为 125mm、107mm、109mm。

惠州华贸中心三根试验锚杆间距2.4m 内 (处于同一地层)，最大试验荷载分别为 1302kN、1042kN、1042kN，对应的总位移分到为 122mm、99.5mm、100.5mm。

2.2.5 锚固段短，自由段长很短的锚固段可以提供很大的抗拔力，很长的自由段可以把支护结构的拉力传递到深远的稳定地层中去，安全性好，基坑位移小。

就象桥梁设计中的斜拉桥，在地层中设置锚固结构，通过很长的钢索来传递桥梁巨大的荷载，因为钢索是弹性的，不仅安全性好，而且变形可以控制。

“位移控制锚杆”就是按照这一理念设计出来的。

青岛奥帆广场锚杆设计抗拔力 950kN，最大试验拉力 1500kN，锚杆总长 26m，自由段长度 16m，锚固段长度 10m (其中扩大头长度 5m)。

2.2.6 高压喷射扩大头锚杆抗拔力由杆体强度决定普通锚杆抗拔力都是由锚固体决定的，锚固体的摩阻是薄弱环节。

对高压喷射扩大头锚杆，由于扩大头改变了锚固体的受力状态使锚固力增大，杆体强度成为了薄弱环节。

只要扩大头所处地层条件较好、结构设计合理，抗拔试验时普通都是杆体断裂或者屈服，发生锚固体承载力破坏的情况很少。

2.2.7 防腐耐久性好扩大头注浆体直径大，对杆体有很好的保护作用。

处于非腐蚀地层中的永久性抗浮锚杆，可采用Ⅱ级防腐保护的非预应力钢筋锚杆和预应力钢绞线锚杆。

如果地层介质具有腐蚀性，为了达到永久性锚杆的一级防腐要求，可以采用无粘结钢绞线或者采用防腐套管将杆体与地层介质彻底隔离，使杆体彻底不受地层介质的影响。

2.2.8 适合于可回收锚杆在基坑工程中当需要回收锚杆时，可采用回转型锚杆结构和无粘结钢绞线，在锚杆使用完成后可以非常方便地回收。

2.2.9 环境污染小，符合低碳环保要求与内支撑方案比较，扩大头锚杆物资设备投入较少，施工简单，且无需拆撑过程，减少噪音、污染等对周边环境的影响。

用可回收锚杆亦可以减小对周围环境的影响，减少基坑外土体中的遗留物，特别可以彻底解决钢绞线的遗留问题，钢绞线可以全部回收。

2.2.10 与其它的机械扩孔相比，操作简便，成孔质量有保证，造价低。

3 高压喷射扩大头锚杆的合用领域和条件3.1 合用领域基坑支护：合用于锚拉排桩、锚拉地下连续墙。

抗浮锚杆：合用于工业与民用建造、交通、市政、人防和水利工程建(构)筑物抗浮，包括予应力锚杆和非予应力锚杆，包括钢绞线锚杆和钢筋锚杆。

边坡管理：合用于锚拉类边坡支护管理，特别是大桩大锚类边坡工程，不适合高边坡上部无水土层或者对水敏感的土质。

3.2 合用条件高压喷射扩大头锚杆适应性强，凡能施工普通锚杆就能施工高压喷射扩大头锚杆；有些情况下施工普通锚杆有艰难，也能施工高压喷射扩大头锚杆。

高压喷射扩大头锚杆属于一种土层锚杆，不适应于入岩(中风化或者微风化)，但可以进入全风化和强风化(弧石较多的情况不适合)。

永久性锚杆的扩大头段不应设在下列未经处理的地质中： (1)有机质土； (2)液限 W ＞50% 的土层；(3)相对密实度 Dr＜0.3 的土层；(4)位移控制锚杆同时应满足“扩大头的前端面到软土的距离不应小于 7倍的扩大头直径”的规定。

4 高压喷射扩大头锚杆的工作原理当锚杆杆体强度和杆体与扩大头之间的握裹力足够大时，承载能力由非扩大头锚固段与土体之间的侧摩阻力、扩大头锚固段与土体之间的侧摩阻力、扩大头的端面支承力组成，其中扩大头端面的承载能力分析是关键。

为此，须分析其受力作用的机理。

对于阶段 f，在外围压力作用下，塑性区内土体随着拉力的增加得到压缩，并进行应力状态的调整和塑性区的调整。

当扩大头埋深较大，土体较密实时，随锚杆拉力的增加，土体不断压密，塑性区土体对扩大头的抗力随锚杆拉力的增加而增加，当拉力一定时，锚杆位移趋于稳定，扩大头实现“自锁”。

在砂土的三轴压缩试验中，当围压较大时，随轴向压力的增加和轴向变形的增大，土体被不断压密，当围压σ 3 大于土样初始密度所对应的临界压力 Pc 时，土体达到全塑状态后将发生剪缩，随着轴向压力的不断增加和轴向变形的增大，土体不断被压密，直至其密度增大到与σ 3 相对应的临界密度，这就是扩大头锚杆阶段性自锁的理论根据。

当拉力不断增加，塑性区形状和应力分布状态不断调整，使塑性区内所获得的围压 Pc 达到与周边土体密实度和埋深相对应的最大值，同时塑性区土体被压密至与这个围压相对应的临界密度，保持体积不变。

这时，如果锚杆拉力再进一步增加，塑性区土体将发生剪胀，密度反而降低，扩大头位移发生一个突变，导致锚杆破坏。

5 施工工艺该施工工艺为：开工前准备→孔口放样→钻机就位→采用岩芯钻引孔→套管钻进 (粉砂地质)→放入喷管→高压水扩孔→高压旋喷桩施工→安放锚索体→高压注浆 (补浆) 并拔出套管→ 二次劈裂注浆→移机至下一根→腰梁施工→张拉、锁定。

5.1 开工前准备5.1.1 开工前必须进行设备测试高压泵吸清水，压力从 1Mpa 慢慢升至 32Mpa，观察射流流束是否合格，合格条件如下：①从低压起，射流流束呈圆柱状，表面光滑平整。

②射流流束垂直于钻杆，不偏不斜。

③压力从小到大(1~32Mpa)射程越来越远，比较明显。

④以上三个条件只要一个不满足，就要进行设备检修，检修后再测试，合格后方可开始施工。

5.1.2 配齐套管与钻杆①按设计长度配齐套管/钻杆根数，并整齐摆放在架子上，清点根数，检查每根的长度，报质检员验收方可开钻。

②套管根数= 【(锚杆设计长度－扩大头长度) /套管有效长度】＋1注意：套管有效长度―――不计公丝部份的长度。

钻杆根数= (锚杆设计长度/钻杆有效长度)＋1~2注意：钻杆有效长度―――不计公丝部份的长度。

③套管配齐后必须一次性整齐摆放在钻机旁边的架子上，不允许开钻后再一点一点地从别处搬来，否则不得开钻。

④若套管长度不一致，应特殊注明，并由质检员记录。

5.2 钻机就位对准孔位、调整好角度，机脚座落应稳定。

钻机位置直接影响锚索的安装质量和力学效果，因此，钻孔前应有技术人员按设计要求定出孔位，标注醒目的标志，不可由钻机机长目测定位。

5.3 岩芯钻引孔钻机定位好后，采用岩芯钻头引孔穿过混凝土和三轴搅拌桩，引孔长度 1.5 m，孔径 150mm。

5.4 套管钻进钻机采用岩芯钻头引孔穿过止水帷幕后，采用套管护壁钻孔至设计深度(比设计深度再深 500mm)并预留旋喷锚桩位置。

5.5 放入喷管套管下至设计深度后拔出跟管钻机，放入高压旋喷桩机，将喷管从套管中贯入直至喷嘴到设计深度+0.5m。

5.6 高压水扩孔开孔完成后，用 35MPa 的高压清水由外向里对锚固段进行喷射扩孔，扩孔后有效直径达 500mm 以上，喷射扩孔喷杆钻进速度控制在 10cm/min。