预应力锚索护壁桩在深基坑支护中的应用

王 志 远

(大同煤矿集团宏远工程建设有限责任公司，山西 大同 037003)

预应力锚索护壁桩在深基坑支护中的应用

王 志 远

(大同煤矿集团宏远工程建设有限责任公司，山西 大同 037003)

针对施工场地狭小，拟建建筑物临近公路或其他建筑物的工程项目，在深基坑施工中采用预应力锚索护壁桩支护与不支护放坡开挖进行了对比分析，并对预应力锚索护壁支护法的施工工艺及质量控制作了简述，实践表明该支护方法取得了较高的社会效益和经济效益，值得推广应用。

深基坑，人工挖孔护壁桩，预应力锚索，效益

我国近几年城市发展迅速，地面建筑建设速度快，但部分城市内旧有建筑物多，新建建筑物与旧有建筑、城市道路距离短、地下室成为新建建筑的“标配”、旧有防空洞的处理等，这些因素使得“毗邻而建”成为常态，为了尽可能使得旧有建筑得到保护，城市交通不受中断，同时增加施工场地，护壁桩加预应力锚索正越来越多的应用于施工实践。

1 工程背景

同煤集团老年大学教学楼工程是该种类型工程的典型案例，该工程坐落于同煤集团老年大学院内，占地面积593.7 m2：建筑面积2 173.85 m2。地下1层，层高为4.2 m，地上3层、局部4层，建筑物总高度为18.95 m，建筑结构形式为框架结构，基础采用柱下独立基础，墙体基础为钢筋混凝土条形基础，本工程基础下为湿陷性黄土层，为消除地基湿陷，将基底下3 m的粉土全部挖除、然后用3∶7灰土分层夯实回填，遇防空洞须局部挖除，基底下设100厚C15素混凝土垫层。本工程基础为深基础，坑底设计标高为-8.8 m，遇有防空洞时，可达-10.8 m。拟新建建筑物北侧为一处民房，影响不大；南侧、东侧紧邻老年大学旧教学楼；西侧为通往同煤总医院的交通主干道。若按不支护、高宽比1∶0.75的坡度值放坡开挖，则拟新建建筑物基坑开挖后，南侧、东侧建筑物，西侧公路均须拆除。为避免破坏旧有建筑物和道路，必须采取支护措施，而单独使用预应力锚杆或护壁桩均无法满足施工要求，现决定采用人工挖孔护壁桩加预应力锚索进行支护。护壁桩分布于东、南、西三面，护壁桩桩底标高为-12.000 m，桩径为800，间距1.6 m，共64根，桩身、冠梁混凝土强度等级为C30。锚索分为两排，分别设置于-4.5 m～-6.5 m，每套锚索采用2×1086号钢绞线，长度为15 m，锚孔孔径为150 mm，倾角为10°～15°，第一排锚索锚固段长度为12.9 m，第二排锚索锚固段为13.6 m；索梁为2×18b槽钢，注浆采用二次注浆法，水泥采用普硅42.5水泥，水灰比0.4～0.5。按支护方案开挖后，南侧边坡距旧建筑物为5.3 m，东侧边坡距旧建筑物为5.45 m，西侧边坡距公路为3.5 m。没有破坏旧有建筑，也基本满足施工场地需要。

2 预应力锚索护壁桩支护法施工工艺及质量控制

2.1 人工挖孔护壁桩加预应力锚索支护法的工作原理

人工挖孔灌注桩和预应力锚索通过索梁来形成二元挡土围护结构，通过该支护体系的整体刚度来控制基坑变形。一方面可通过人工挖孔灌注桩进行挡土，另一方面，亦可通过预应力锚索将支护结构承受的力传递给稳定地层，使锚固体系保持稳定。

人工挖孔护壁桩加预应力锚索支护示意图见图1。

2.2 具体做法

先进行人工挖孔灌注桩及冠梁的施工，待桩身混凝土养护7 d后开始基槽开挖，当基槽开挖至第一道索梁设计深度时进行第一排锚索及索梁的施工，注浆养护7 d，且达设计强度70%以上后进行张拉，完成后开挖至第二道索梁设计深度，进行第二排锚索及索梁的施工。

2.3 工艺流程

人工挖孔灌注桩及冠梁施工→锚孔定位→钻孔→插锚杆→第一次注浆→第二次注浆→索梁施工→张拉封锚→施工监测。

2.4 人工挖孔灌注桩的工艺流程

土层可采用短镐、锄头、铁锹类工具来挖掘，当遇岩层或坚硬状障碍物时改为风镐来掘进。弃土通过吊桶装载，然后用人力绞架垂直提升到井口，井口四周1.5 m范围内不得有弃土。护壁钢筋、模板安装：护壁定型组合钢模板组装好，然后根据桩孔中心点校正模板的平面位置，以保证护壁厚度、桩孔尺寸和垂直度，按设计绑扎护壁钢筋。然后浇筑护壁混凝土，护壁混凝土标号C20，每节护壁高1 m，逐层取土逐层护壁。成孔垂直度偏差不大于0.5%，深度和持力层要达到设计要求。要保证人工挖孔灌注的桩径几何尺寸不小于设计值；桩位平面偏差小于5 cm；孔底沉渣厚度为零。钢筋笼制作完成经检验合格后，采用25 t汽吊直接放入桩孔内。钢筋笼安装完毕验收合格后，进行桩身混凝土灌注。本工程桩身混凝土标号为C30，桩身混凝土采用商品混凝土一次性浇筑完成不得二次浇筑。桩身混凝土浇筑完毕后，制作、安装冠梁钢筋及浇筑冠梁混凝土。

2.5 锚孔定位

锚杆钻机就位时应准确，底座应垫平。钻机就位后用量角器量立轴倾角，倾角为10°～15°，角度偏差不大于2°，高差不超过30 mm。当锚索有可能碰到地下管线或隐蔽物时，锚孔倾角须作适当调整。

2.6 钻孔

锚索钻孔不得扰动周围土层。钻孔前，应根据设计要求和地层条件，定出孔位并做好标记。施钻时，钻头要对准锚杆孔孔位标识下钻，水平、垂直方向的孔距误差不得大于100 mm。钻头直径不应小于钻孔直径3 mm。钻孔轴线的偏斜率不应大于锚杆长度的2%。初始时应用小功率缓慢钻进，钻进约500 mm后，校正钻孔方向，全功率钻进。钻孔深度通过在钻杆上所作标记控制，要求钻孔深度不小于杆体设计长度，并不大于设计长度500 mm。向孔内安放锚索前，应将孔内的岩粉和土屑等清理干净。清孔：用一根聚乙烯管复核孔深，并以高压风吹孔，待孔内岩粉和土屑等被吹干净后，且孔深不少于锚索设计长度时，拔出聚乙烯管，塞好孔口。

2.7 锚杆加工制作

锚杆自由段涂黄油并套PVC套管，锚孔外留1.5 m张拉段，保证钢绞束与注入的水泥净浆体隔离，在拉力的作用下，锚杆自由段进行充分的弹性拉伸，将预应力有效传递到锚固段。在锚杆制作中，锚杆锚固段设置定位架，定位架间距为1 m，外径小于钻孔直径10 mm。锚索杆体的制作、存储在施工现场的专门作业棚内进行。在锚固段长度范围内，杆体上不得有可能影响与注浆体有效粘结和影响锚杆使用寿命的有害物质，并应确保满足设计要求的注浆体厚度。加工完成的杆体在存储、搬运、安放时，应避免机械损伤、介质侵蚀和污染。钢绞线应采用机械切断，杆体制作时应按要求进行防腐处理。钢绞线锚索杆体的制作要求：应清除油污、锈斑，严格按设计尺寸下料，每根钢绞线的下料长度误差不应大于50 mm。应平直排列，注浆管应与杆体绑扎牢固，绑扎材料不宜采用镀锌材料。

2.8 安装锚杆

安装锚杆前，应检查杆体的加工质量，确保满足要求。安装杆体时，应防止扭压和弯曲。插锚杆工人必须熟悉各个孔的孔向。杆体放入孔内应与钻孔角度保持一致。插杆时，要缓慢、匀速，切忌扰动土体，造成塌孔。注浆管随杆体同时放入孔内。安放杆体时，不得损坏防腐层，不得影响正常的注浆作业。

2.9 注浆

注浆材料采用普硅42.5水泥配制的净浆，水灰比0.4～0.5，并掺入适量的早强剂和微膨胀剂。注浆时，水泥净浆自孔底向外灌注，随着浆液的灌入，应逐步把注浆管向外拔出直至孔口。拔管过程中应保证管口始终埋在水泥净浆内。待孔口溢浆，即可停止注浆。注浆管的出浆口应插入距离孔底300 mm～500 mm处，注浆自下而上连续灌注，且保证从孔内顺利排水、排气。注浆设备应有足够的浆液生产能力和所需的额定压力，采用的注浆管应能在1 h内完成单根锚杆的连续注浆。水泥净浆强度不得低于30 MPa。注浆后不得随意敲击杆体，也不可在杆体上悬挂重物。注浆过程中应严防石块、杂物等混入浆液中。

2.10 索梁制作安装

索梁采用2×18b槽钢，槽钢的焊接必须满焊且必须满足规范要求。索头下垫板厚度为8.5 mm，槽钢下角度板为楔形，分为两层，第一层为木质，靠近护壁桩一侧做成弧形，第二层为钢垫板，垫于槽钢与木楔之间。

2.11 张拉锁定

一般情况下，锚固体养护7 d后，当锚固体强度大于设计强度的75%时，方可进行预张拉。锚索先张拉至1.05倍设计值，稳定后再恢复到锁定值进行锁定。按规范要求用拉拔机分级张拉，同时观测其位移，其逐级加载次序如表1所示。

表1 加载次序表

张拉锁定系统事先经过标定，并将油压表的读数换算成张拉压力进行控制。按设计要求安装好支座平台及锚垫板，并保证各段平直。锚头台座的承压面应平整，并与锚杆轴线方向垂直；锚杆张拉应有序进行，张拉顺序应考虑邻近锚杆的相互影响。锚索正式张拉前，应取0.1～0.2轴向拉力设计值对锚杆预张拉1次～2次，使杆体完全平直，各部位接触紧密。锚索应采用符合标准和设计要求的锚具，采用钢绞线束整体张拉锁定的方法进行施工。锚索张拉应平缓加载，加载速率不宜大于100 kN/min(当张拉至1.0倍～1.05倍张拉设计值时，速率不宜大于50 kN/min)；在张拉值下的锚索位移和压力表压力应能保持稳定，当锚头位移不稳定时，应判定此根锚杆不合格。锚索锁定后，若发现有明显的预应力损失时，应进行补偿张拉。

3 应用情况及经济效益

经老年大学教学楼工程施工实践检验，与不支护放坡开挖相比，可避免拆除旧楼1 078.6 m2，避免社会公路的拆除和封闭，少倒运土方2 334 m3，同时腾出大量的施工场地，工程按计划完工。计算分析结果如下：按照不支护，高宽比1∶0.75放坡开挖，则需要多挖土方约2 334 m3，并运至5 km外后山弃土场，并在回填时运回，机械压实，按目前市场价格计算，每立方米土需89元才能完成上述过程，费用为2 334 m3×89元/m3=20.8万元。拆除拟建建筑物东、南两侧旧教学楼1 078.6 m2，每平方米损失约600元，费用为1 078.6 m2×600元/m2=64.7万元。拆除拟建建筑物西侧沥青混凝土公路约223.2 m2并重建，每平方米造价约为186元，费用为223.2 m2×168元/m2=3.7万元。而本工程人工挖孔护壁桩加预应力锚杆的支护费用大约为42万元。综合计算，可节省费用20.8万元+64.7万元+3.7万元-42万元=47.2万元。同时又腾出了宝贵的施工场地，为工程按期完工打下坚实基础。

4 结语

预应力锚索护壁桩支护方法具有工艺成熟、可靠性高，费用合理，适用于施工场地狭小，拟建建筑物临近公路或其他建筑物的工程项目，能够有效增加施工场地，保证临近建筑物或公路的安全，经济效益和社会效益显著。

The application of pre-stressed anchor retaining pile in deep foundation pit support

WANG Zhi-yuan

(HongyuanEngineeringConstructionLimitedLiabilityCompany,DatongCoalMineGroup,Datong037003,China)

According to the engineering projects with narrow construction site, proposed buildings near highway or other buildings, this paper compared and analyzed the used pre-stressed anchor cable retaining pile support and un-support slope excavation in deep foundation pit construction, and briefly introduced the construction technology and quality control of pre-stressed anchor cable retaining wall support method, the practice showed that the support method achieved higher social benefit and economic benefit, worthy of popularization and application.

deep foundation pit, artificial hole digging retaining pile, pre-stressed anchor cable, benefit

2014-07-12

王志远(1973- )，男，工程师

1009-6825(2014)27-0067-02

TU463

A