预应力锚索在基坑支护工程中的应用

马传尚，赵利杰

（中国有色金属工业第六冶金建设有限公司，河南 郑州 450006）

本文以驻马店西班牙小镇项目5#楼深基坑项目为例，5#楼所在区域地下水水位埋深7.0m左右，筏板埋深9.0m，且相邻高层地下车库已经施工，5#楼花园洋房基础距车库基坑较近（最近处约3.5m），基础高差3.9m～9.0m，地基土直立边坡允许高度为2.9m，现场又不满足放坡开挖条件。在施工期间，为保证地下车库地基稳定和方便现场施工，基坑侧壁（西侧、南侧、北侧）采用桩锚结构支护设计形式。考虑到雨季冲涮和浸水引起的土体强度下降，建议基坑侧壁（东侧）在放坡的同时，进行其它支护（土钉墙）形式。

1 工程地质水文条件

工程勘察报告，本场地地下水为第四系松散岩类空隙潜水，勘察期间地下水稳定水位埋深在5.48m～7.23m(绝对高程78.19m～79.68m)之间，在施工中需要做降水设计，局部开挖时如遇地下水仅可用轻型井点降水和明排。

2 基坑桩锚支护作用原理及结构形式

2.1 作用原理

桩锚支护是由侧壁抗滑桩和预应力锚索系统组合而成的支护体系，它是在岩石锚杆理论研究比较成熟的基础上发展起来的一种挡土结构，其支护原理是充分利用了边坡抗滑桩伸入基底部分的被动土压力来阻挡基坑侧壁的主动土压力，再利用锚固于基坑侧壁的预应力锚索的抗拉拔力对抗滑桩施加拉力作为抗滑桩的支撑体系，通过对抗滑桩施加拉力减少侧壁土压力对桩身产生的水平位移，即阻挡基坑边坡下滑的抗滑力主要来源于抗滑桩提供的阻滑力和锚索所提供的拉力。

2.2 基坑桩锚支护的设计结构形式

本项目依据地勘报告中的地质、水文、周边环境和工期等方面综合评定后，对基坑支护结构进行设计，确定基坑降水采用管井井点和集水明排降水，基坑支护结构形式采用桩锚支护，桩锚支护结构主要为钢筋混凝土钻孔灌注桩和预应力锚索组成，支护设计信息如下。

（1）支护桩型为钻孔灌注桩，桩间距1.2m，桩径600mm，桩长16m，嵌固段深度7.0m。桩顶设冠梁，冠梁截面600×800mm。钻孔灌注桩及冠梁均采用C30混凝土。排桩支护结构面层喷射80mm厚砼，强度等级C20，内设φ6@250×250钢筋网、14@1500十字形压筋，钢筋网以20@2000锚筋固定，锚筋与压筋十字形焊接。

（2）预应力锚索由锚固段、自由段、锚索腰梁、锚索垫板和锚具组成。锚索采用5根S15.2的钢绞线，锚索水平间距及竖向间距均为2.4m。自由段长度5m，锚固段长度13-15m，预加力300KN。本工程预应力锚索腰梁采用22#槽钢制作，预应力锚索垫板采用290×250×20的Q235钢制作，腰梁缀板采用200×200×10的Q235钢制作。

3 预应力锚索施工

钢筋混凝土灌注桩和钢筋混凝土冠梁检测合格后，对基础坑进行开挖，在开挖过程中按照设计要求进行预应力锚索的施工。

3.1 测量定位

基坑开挖到锚索面下500mm～1000mm时，按基坑支护设计图纸要求，将锚索的设计位置和标高测放侧壁上，并作好明显标志。

3.2 钻孔

钻孔作业采用型号为XMZ130锚杆钻机，钻孔前把钻机安先就位，按照侧壁桩位标志，调整钻杆的位置、倾角，符合要求后进行钻孔。并在施工时，及时检查钻杆的角度和深度，若出现偏差，要及时釆取纠正措施。

3.3 锚索的制作与安放

锚索的制作在应加工棚完成，钢铰线下料前，钢绞线的工作范围内应硬化，应保证钢绞线作业面洁净，确保钢绞线不受泥土等污染。

锚索的下料长度应等于锚头以内的锚索设计长度和锚头外露长度，其中外露长度包括腰梁高度、张拉千斤顶高度、工具锚板及工作锚板厚度和预留长度（一般取300mm）。

预应力锚索下料长度计算：L=1+a+b+0.3

式中：L—锚索下料长度；1—锚索设计长度；a—外锚头厚度；b—锚具总长(包括钢垫板、螺母、千斤顶)。

安放锚索时，为保证锚索中心与钻孔同心和防止锚索和注浆管扭曲、压弯，应在锚索束上安装定位支架，定位支架间距不大于2m，注浆管宜随锚索一同放入孔内，注浆管端部距孔底为50mm～100mm。在自由段内钢绞线采用多重防腐、隔离措施，自由段一般采用除锈、刷沥青底漆和沥青玻纤布缠裹处理。

3.4 浆塞制作

孔口注浆塞一般用无纺布制作。外形为一段缠裹在锚索自由段上的环形袋，一般缠裹长度为2m，注浆前一般先用用0.2MPa～0.4MPa的压力将注浆塞注满水泥浆，待其强度达到20MPa后再进行锚索高压注浆。

3.5 搅浆与注浆

锚索注浆一般采用二次注浆法。第一次注浆采用强度不小于30MPa早强水泥砂浆，注浆压力为0.4MPa～0.6MPa。第二次注浆前，第一次注浆体同条件试块强度应达到5MPa时，才能进行二次注浆，并在注浆管的出浆口应采取逆止措施，二次注浆的压力不应小于1.5MPa。

3.6 腰梁安装

腰梁工字钢连接处采用两块水平盖板（规格：200mm×75mm×10mm）满焊焊接于工字钢的翼缘板上，两侧翼缘板各焊接一块；采用两块垂直盖板（规格：200mm×158mm×10mm）满焊焊接于工字钢的腹板上，两侧腹板各焊接一块。工字钢与灌注桩之间的间隙用薄钢板加塞，施工腰梁时，锚垫板通过楔形块调整斜度，使锚垫板的中心孔洞与锚索相对应，使锚索平直顺滑穿过锚垫板。

3.7 预应力锚索张拉与锁定

预应力锚索张拉前，应对液压千斤顶、压力表、液压油泵进行检验和标定；工具锚和锚垫板应与锚索轴中心线垂直，液压千斤顶就位时，需注意工具锚、锚垫板、锚环与锚索在同一中心线上。锚索的张拉应设计张拉顺序进行，本项目采取“隔一拉一”的方式张拉锁定。

锚索张拉分四级张拉，四级拉力分别为设计拉力的0.25P、0.5P、0.75P、1.10P，每次张拉达到设计拉力后，要求稳压后，及时量测锚索伸长量，及时与计算表的理论伸长量进行核对无异常后，方可进行下一级张拉。

预应力锚索张拉计算实例：预应力锚索采用5Φs15.2高强度低松弛钢绞线，强度级别为1860Mpa，公称直径15.24mm，公称面积140mm2，弹性模量为195000N/mm2。

预应力钢绞线的设计施加应力为300KN。

预应力钢绞线锚固段长度不小于5m（以5m计算），工作长度为100cm，计算长度以6m计算。

（1）理论总伸长量计算公式：△L=PL/AE

式中：P-预应力钢绞线的平均张拉力（N）；

L-预应力钢绞线的长度（mm）；

A-预应力钢绞线的公称面积，取140mm2；

E-预应力钢绞线的弹性模量，取195000N/mm2。

（2）张拉设备标定校准方程：

P=0.022980F+0.409927

式中：P-压力指示器示值(MPa)；F-标准力值(KN)。

（3）分级张拉理论伸长值及油表读数值计算：

当施加压力=25%σcon=0.25＊300KN=75KN时；

当施加压力=50%σcon=0.5＊300KN=150KN时；

当施加压力=75%σcon=0.75＊300KN=225KN时；

当施加压力=110%σcon=1.1＊300KN=330KN时；伸长值及油表读数如下表：

表1 A-1分级张拉伸长值及油表读数

正式张拉前，为使整束钢铰线均匀受力，在成束钢绞线张拉之前，先用小千斤顶对单根的钢铰线，分别进行单根预拉紧，一般预加应力为10%的设计张拉力。张拉墙，应检查锚具间的各部位间接触紧密。为预应力满足设计要求，应在张拉完毕后6d～10d，应对预应力进行检测，若有明显应力损失，须进行补偿张拉。以便补偿锚索的松弛和地层的蠕变等因素造成的预应力损失。

4 监测

土方开挖、基坑使用期间委托具备资质的第三方监测单位对基坑及周边环境进行变形监测。监测单位根据监测要求和技术规范制定详细监测方案。

表2 监测内容及预警值

在基坑开挖，边坡防护施工期间，每天检测不少于一次，直至开挖停止后连续三天的监测数据稳定后。可适当减少检测频率，当出基坑周边地面出现裂缝和沉降、支护结构水平位移增大、周边建筑物出现倾斜、裂缝、沉降或基坑出现异常的渗水或漏水，基坑外地面荷载増加等各种环境条件变化和异常情况时，应立即进行连续监测，直至连续三天的监测数值趋于稳定，稳定期间的监测频率每周不少于2次。

5 结语

本工程基坑支护通过采用灌注桩和预应力锚索的组合应用，有效解决了5#楼基础距车库距离近、高差大的难题，且没有内部支撑，方便机械施工作业，缩短了项目工期。充分说明桩锚支护体系，适用于建筑环境复杂、场地狭小，周边荷载较大等基础工程，具有良好的经济性、场地适应性和施工便捷性。