浅谈预应力锚索在深基坑支护工程中的应用

蔡伟

摘要：利用锚索的拉力和桩体共同平衡土体推力，改变了支护桩单一靠嵌固段地基的抗力来平衡土体推力的机理。这样作用的结果，使得支护桩内弯矩大大减少，桩径变细，钢筋配筋率变小，桩的埋置深度变浅，达到了结构受力合理、节省投资、节约材料、缩短工期的目的。

关键词：深基坑；锚索； 基坑支护； 施工工艺； 技术要求

中图分类号：U215文献标识码： A

前言：随着经济水平和城市建设的迅速发展，高层建筑日益增多，而且基坑的深度越来越深，土钉墙结合边坡放坡的方式来进行支护的模式早已不能满足市场需求，于是越来越多的深基坑工程采用了支护桩进行边坡支护。然而对单纯的支护桩结构形式的深基坑来说，桩的长短、桩径及局限性非常大，基坑深度越大，桩径越大，桩间距越小，嵌入基底的长度就越大，非常不经济，因此锚拉桩结构形式的支护方式越来越多的被采用。

1、工程概况

阿克苏市仁和春天高层底商住宅楼为一城市综合体，地下2层为地下车库，主楼2栋均为22层，裙楼为3层商业用房。框剪结构，基底标高-11.50m，基础埋深约10.0米。基坑的北面、西面及南面20米内无建筑物，边坡支护方式采用土方开挖边坡放坡（放坡系数≮1:0.5）+土钉墙的支护方式。而东面有一栋2层楼房，开挖时无放坡条件，边坡支护采用预应力锚索+钢筋混凝土支护桩，表面挂网喷混凝土支护形式；支护桩桩径800mm，桩间距2000mm，桩顶标高为自然地面以下2.50m（二层楼基底为自然地面以下2.80m），桩长10.50m，锚入基底以下3.00m，桩顶设置一道600mm×800mm的冠梁。锚索采用直径为15.2mm、强度为1860MPa的钢绞线3根作为杆体材料，共设置2道，第一道位于桩顶以下1.50m处，第二道位于桩顶以下4.50m处。锚索横间距为2000mm（支护桩中心）。支护桩立面每间隔1.50m用冲击钻钻20mm的孔深120mm，并放入200mm的膨胀螺丝拧紧，用于坡面挂网后压筋的锚固点，表面喷射120mm厚C10混凝土做面层保护。预应力锚索设计参数如表所示:

预应力锚索设计参数表

设计内容 参数 设计内容 参数

孔径 150mm 设计锚固力 350KN

倾角 10°～15° 灌浆材料 普通32.5R水泥浆

锚索长度 20m 水泥浆水灰比 0.45～0.50

自由端/锚固段 8m/12m 注浆压力 0.5～1.5MPa

2、工程地质条件

根据《岩土工程勘察报告》，该场地为Ⅱ类建筑场地，场地土的构成主要有杂填土、粉质粘土和圆砾层；各土层的特性描述如下：

第①层杂填土：杂色，层厚2.6～4.1m，以建筑垃圾和生活垃圾为主，夹少量粉土。

第②层粉质粘土：棕红色，埋深2.6～4.2m，层厚18.7～19.9m；夹粉土、细砂、中粗砂薄层或透镜体。

第③层圆砾：青灰色，埋深22.5～23.4m，本层厚度相对较大，本次勘察为揭穿该层，最大可见厚度12.4m。

地下水位埋深6.2～7.9m，施工前应进行降水施工，确保水位在基底以下0.5米后方可施工。

场地土具有中等腐蚀性，地下水具有中等腐蚀性。

3、支护桩的施工

支护桩施工采用旋挖钻钻进，泥浆护壁成孔。成孔后吊车放置钢筋笼，导管水下灌注混凝土。支护桩施工操作面为自然地面以下2.50m。待支护桩施工结束后，进行冠梁的施工。

4、预应力锚索施工

土方开挖至自然地面以下5.5米时开始锚索施工，锚索施工前先进行支护桩桩体的开孔工作，采用混凝土开孔钻在桩体上开直径200mm的孔，开孔位置应尽量准确。

4.1 钻孔

施工中采用Hm90s小型履带式钻机，由于主要土层为粉质粘土，钻杆选用螺旋钻杆钻进，孔径150mm。钻进时，根据地质条件控制钻进速度，一般以500～800mm/min为宜。待钻至规定深度后，稳钻2min后拔出钻杆。

4.2 锚索安放

1)钢绞线下料

钢绞线下料长度应等于锚索设计长度加上喷射混凝土厚度、工作锚的厚度及张拉长度,张拉长度计算公式如下:

L=l1+2(l1+100)+l2+l3

式中l为构件孔道自由段长度，l1为工作锚厚度，l2为千斤顶预留长度，l3为夹片式工具锚厚度。

经计算钢绞线张拉长度L=800mm；钢绞线下料长度为20.8m。

断好的钢绞线长度要求基本一致，偏差不大于50mm。端部用铁丝绑扎牢，不得参差不齐或散架，钢绞线的切割采用砂轮片切割机切割，严禁采用电焊或气割，以免钢丝受热损伤而降低其抗拉强度。

2)钢绞线安放

钢绞线要求顺直，使用前清除表面的油污及锈膜。自由段涂抹黄油后用塑料管包裹，与锚固体连接处用铁丝绑牢。为保证钢绞线在孔中处于居中位置，防止自由段产生过大的挠度和插入钻孔时不搅动土壁，并保证拉杆有足够的水泥浆保护层，沿杆体轴线方向锚固段每隔2.0m设置一个置中器，自由段每隔2.5～3.0m设置一个定位架，两定位架之间的钢绞线用铁丝捆绑牢固。

注浆管随锚索绑在一起同时放入孔内，注浆管口距孔底50cm。放置时，要求操作人员均匀用力，若发现孔壁坍塌，应重新透孔、清孔,直至能顺利送入锚杆为止。

4.3 注浆

锚索注浆采用水灰比为0.45～0.50的纯水泥浆，注浆压力为0.5～1.0MPa，用KBY-50/70型砂浆泵供浆。常压注浆采用砂浆泵将浆液经压浆管输送至孔底，再由孔底返出孔口，待孔口溢出浆液，才可以停止注浆，并封堵孔口。

注浆前用水引路，润湿输浆管道。注浆时，应注意管口始终处于浆面以下,随时活动注浆管。注浆完成后，将外露的钢绞线清洗干净，并保护好。

初凝硬化后若浆体不饱满时，再以0.4～0.6MPa的压力进行补浆，稳定数分钟即完成。注浆后自然养护不少于7d,在灌浆体硬化之前，不能承受外力或由外力引起的锚杆移动。浆液硬化后不能充满锚固体时，应进行补浆，注浆量不得小于计算量，其充盈系数为1.1～1.3。

4.4锚索张拉与锁定

该工程锚具采用VLM锚具，用液压千斤顶进行张拉锁定。根据锚索承受荷载的大小，采用YCW150型千斤顶和2YBZ2-80型油泵。锚索张拉前须对千斤顶和压力表进行配套标定。锚索注浆后,锚索锚固段浆液达到设计强度的80%以上后进行张拉锁定。

锚索张拉前先施加一级荷载(即10%的锚拉力)，使各部紧固伏贴和杆体完全平直，保证张拉数据准确。然后按控制拉力分级加载，加载速度以100MPa/min为宜，每级加载完成后稳定5～10min。张拉采用超张拉，最后一次控制力为设计张拉力的1.1倍，加载完成后稳定时间不小于15min，然后退至锁定荷载锁定，荷载锁定取设计张拉力的1.0倍。应力的施加要缓慢、匀速。

每达到一级控制荷载时，记录千斤顶伸长值和油泵压力表读数。锚索张拉力用压力表读数控制为主，同时用测力计及钢绞线伸长值校核辅助控制。确保钢铰线的实测伸长值在理论计算值的-5%～10%之间。当钢绞线伸长量与实际测量值误差超过规范要求时，应停止张拉并分析原因。

5、施工效果及评价

该工程锚索施工共102组，每条锚索张拉施工时都有详细的记录，经过对张拉结果分析，实测张拉值均在设计允许范围内，数据离散性小，张拉质量高，预应力钢绞线实际张拉荷载满足设计要求，张拉合格率达到100%。

锚索施工结束后，按设计要求进行了拉拔试验，试验数量按锚索总数的5%选取，共6组。经过试验，张拉荷载全部达到设计要求的350KN。

另外，在基坑开挖及基础结构施工过程中，为保证基坑及周边建筑物的安全，随时掌握基坑边坡及周围建筑各种变形情况，建立了沉降、位移观测系统。在基坑周边设置水平位移观测点8个，周围建筑物沉降观测点6个。经过近6个月的跟踪观测，并且该工程基坑还经历了冬天冻融现象的考验，基坑周边没有明显的位移和裂缝，周围建筑物的最大沉降量也未超过警戒值。实践证明预应力锚索应用在此工程中是非常成功的。

6、结语

当前，我国建筑市场对深基坑支护的安全性特别重视，所有的支护工程的设计、施工方案都要经过专家论证和严格审批，目的是确保基坑稳定，保障人员安全。本工程在阿克苏地区率先采用预应力锚索的工艺，降低了支护费用，保证了基坑的安全稳定，消除了施工中最大的安全隐患，为工程顺利进行提供了有利的保障。