预应力锚索在深基坑支护工程中的应用.docx

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预应力锚索在深基坑支护工程中的应用

预应力锚索在深基坑支护工程中的应用

摘要

随着经济水平和城市建设的迅速发展，高层建筑的多层地下室等构筑物日益增多，深基坑工程越来越多，对锚拉桩支护结构形式的深基坑支护，用锚索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抗力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。

由于受地质条件的复杂性、围护结构的强度、整体稳定性和变形的影响较大，施工工艺和技术上对锚固的质量要求高，因此制订合理的施工工艺和施工技术控制手段，有助于提高锚索锚固效果和施工安全。

论文结合本人在中航城市广场深基坑工程锚索支撑体系施工实例，着重阐述了预应力锚索在深基坑支护工程应用中的施工工艺及施工技术要点。

关键词：

深基坑；预应力锚索；基坑支护；施工工艺；技术要求

ABSTRACT

Progressivelytheeconomiclevelgrowingandtherapiddevelopmentoftheurbanconstruction,theconstructionofsuchmultilayerbasementincreasing,moreandmoredeepfoundationpitengineering,pullingtoanchorpilesupportingstructureformsofdeepfoundationpit,andusingtheanchorpileandsoiltobalancethesoil massthrustwhichchangesthemechanizationofbalancingsoil massthrustbyretainingpilesembeddedsolidfoundationsforasingleforce.Asaresult,itmakestheinnersupportofmomentdecreasing,pilediameterreducing,reinforcementratiobeingcutdown,andtheburieddepthofpilebecomingshallow.Sothatweachievethegoalwhichthestructureisreasonable,savinginvestmentandmaterial,andshortentheconstructionperiod.

Duetothecomplexityofgeologicalconditions,thestrengthofenclosurestructure,structurestabilityandthelargeinfluenceofdeformation,highqualityrequirementsforconstructionprocessandtechnologyofanchoring,establishingthereasonableconstructiontechnologyandconstructiontechnologycontrolmethod,ithelpstoimprovetheeffectofanchorcableandconstructionsafety.

ThethesiscombinesmyowncaseasadirectorofZhongHangCitySquaretoconstructthedeepfoundationpitengineeringanchorsupportingsystem,thisthesiselaboratestheconstructiontechnologyandconstructiontechniquesofPrestressedanchorcablebeingappliedtotheexcavatesupportengineering.

Keywords:

deepfoundationpit；Prestressedanchorcable；foundationpitsupport；constructiontechnique；technicalrequirement

第一章绪论

预应力锚索在深基坑支护工程中的应用，对深基坑采用灌注桩与预应力锚索联合作用的锚拉桩支护结构施工，首先要了解工程的基本情况，调查和了解工程周边地质及水文条件，收集周边及项目场地内的市政管网资料，并委托地质勘察单位对该项目地块范围进行详细勘探，提供详勘报告给设计院作为设计依据；同时要熟悉设计意图和设计要求，充分熟悉基坑支护施工规范及标准，明确施工要点。

1、1了解工程的基本情况

深基坑开挖采取多种多样的支护形式,而采用预应力锚索的支护形式至今日益引起人们的关注,该技术可有效地限制基坑土壁侧位移,保证基坑开挖和紧临基坑建筑物的安全。

但由于锚索抗拔力受地层条件、材料强度、张拉机具等影响较大,容易出现锚固力不足的现象,导致基坑边坡变形。

变形过大会造成周边建筑物结构破坏,影响其正常使用;变形严重时甚至会造成塌方。

因此,施工中确保锚索锚固力达到设计值无疑对基坑的安全性影响重大。

深基坑工程项目必须要求了解工程的概况，如基坑所处的地段，周边的环境及地质情况，四周市政道路、管、沟、电力电缆和通讯光缆以及临近建筑物等情况。

基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、施工季节、支护结构使用期限及其他要求。

1、2掌握工程地质情况及水文地质条件

掌握工程地质情况及水文地质条件，对工程所处地理位置的地质结构，可根据场地勘察报告查阅，施工区域内建筑基坑的工程地质勘察报告中，土的常规物理试验指标中，土的固结块剪内摩擦角φ、内聚力c、渗透系数K等重要数据对锚索计算产生决定性影响，必须引起高度关注。

1、3充分了解并熟悉设计要求

一个成功的深基坑支护设计方案应当经济合理、安全可靠、施工技术可行。

对设计要求具有丰富边坡支护设计经验，熟悉当地的水文地质状况和特点，在结合建筑及周围环境特点的基础上，设计给出经济合理的深基坑支护方案。

其次，监理和工程人员在施工前应对方案进行认真审核，理解设计意图，及时与设计人员沟通以掌握方案，发现疑问点及时与设计沟通，必要时请专家论证；在施工组织时，使各个组成部分、各道工序紧凑有序。

第二章锚索作用原理及结构形式

锚索是通过外端固定于坡面，另一端锚固在滑动面以内的稳定岩体中穿过边坡滑动面的预应力钢绞线，直接在滑面上产生抗滑阻力，增大抗滑摩擦阻力，使结构面处于压紧状态，以提高边坡岩体的整体性，从而从根本上改善岩体的力学性能，有效地控制岩体的位移，促使其稳定，达到整治顺层、滑坡及危岩、危石的目的。

2、1作用原理

预应力锚索支护和加固基坑时,一端锚固于稳定的土层内,另一端通过锚头部分固定于基坑坑壁。

锚索用于支撑体系一方面由于预应力作用，使混凝土桩与锚固段间的土体结构呈密实压缩状态，保持挡护土体的整体性，另一方面由于锚索施加的预应力作用改变了破裂面土体的应力状态，对基坑坑壁产生一个主动压力,从而保证开挖基坑边坡土体的自稳能力,提高基坑的整体稳定性。

排桩支护示意图如下：

排桩支护示意图

锚固段内锚索荷载依靠锚固段预应力钢绞线与浆体相接触界面上的粘结应力，由锚固段渐进式的往下传递，荷载作用时在锚固段上部浆体中拉应力集中，并沿深度方向衰减。

在预应力锚索中设置一定长度的自由段，土体（岩体）对锚固段的锚固力通过自由段传递到腰梁及支护桩上并实现受力平衡。

深基坑预应力锚索锚定一般有两种类型，一种是通过桩内锚定，这种施工方法

（1）可以充分发挥锚杆与桩直接连接，锚固力较好，可有效降低基坑的水平位移值；

（2）不用钢梁连贯，可节省工程造价；（3）但要提前作好预埋，锚杆钻孔施工过程中有难度，不方便施工。

另一种是采用桩间锚定，再通过钢腰梁连成整体，相比费用较多，基坑位移变形量较大，但施工方便。

两种方案经对不同的设计方案比选，中航城市广场工程是采用桩间锚定类型。

2、2锚索的结构形式

锚索结构由内锚固段、自由段和紧固头组成。

外锚固段由腰梁、钢垫板和锚具组成。

在理论计算和经验类比的基础上，确定锚固段长度及自由段长度。

第三章预应力锚索施工工艺及技术要点

3、1预应力锚索施工前的准备工作

对深基坑采用灌注桩与预应力锚索联合作用的锚拉桩支护结构施工，首先要了解工程的基本情况，如基坑所处的地段，周边的环境，四周市政道路、管、沟、电力电缆和通讯光缆及临近周边建筑物等情况。

基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、施工季节、支护结构使用期限及其他要求。

调查和了解工程周边地质及水文条件；同时要熟悉设计意图和设计要求，充分熟悉基坑支护施工规范及标准明确施工要点。

3、2预应力锚索的施工

锚索施工是采用钻孔设备造孔穿越需要加固的位置，安置钢绞线，并对锚固端注浆，通过张拉钢绞线锚固不利结构面，有效的增加了边坡体的整体性和稳定性。

3、3支护桩

为增加护壁抗剪切强度，减少坑壁变形，为抵抗因坑外运输道路荷载及堆载区荷载等对基坑稳定的影响，在边坡土体设置支护桩，并在支护桩顶部设置冠梁，以确保基坑的支护桩的整体性和安全性。

3、4预应力锚索施工工艺流程

预应力锚索施工工艺流程为:

孔位放线→土方开挖至一定标高→钻机就位→调整角度→钻孔→清孔→安装锚索组→一次注浆→二次补浆→制作联系梁（或腰梁）→锚索张拉锁定→封锚（割除锚头多余钢铰线，对锚头进行保护）

3、5主要设备和材料及要求

（1）主要设备:

锚杆钻机、空压机、高压泵、低压泵、泥浆搅拌机、切割机、电焊机、高压油泵、张拉机等。

钻孔设备对钻孔机具的选择，根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度、以及施工场地条件等来选择钻孔设备。

通常采用锚杆钻机长螺旋钻或环状钻头的钻具钻机，在岩层破碎或松软饱水等易于塌缩孔和卡钻埋钻的地层中采用跟管钻进技术，在岩层中采用潜孔冲击成孔。

（2）主要材料:

钻头、钻具、电气焊、钢绞线、锚板与夹片、OVM锚具、架线环等特殊配套工具。

（3）材料要求:

本工程锚索预应力较大,属常拉状态,其关系到人的生命安全及基坑、周边等的安全,锚索材料的质量必须符合技术要求。

钢绞线质量必须符合国标要求,进货渠道须可靠,需要供货单位资质证明书、生产许可证、单位信誉证明、出厂合格证书及质量检验报告,锚索材料到货后，首先由施工单位通知监理及甲方共同对材料进行进场验收，目测验收合格后方同意进场，另施工单位专职抽样人员进行抽样，监理见证抽样并见证送检，送检结果合格后方可使用。

此外验收时还应验证钢绞线外观、包装、出厂日期、直径、重量、长度等。

锚具供货与钢绞线一样,另锚具必须与所选钢绞线匹配。

钢绞线应妥善保管,防止乱盘、生锈,防粘油污、泥土杂物等，以防对钢绞线产生不良的质量影响。

3、6主要工序施工方法及技术要点

（1）锚孔测放

基坑支护和边坡施工边挖边加固，即开挖一级，防护一级，不得一次开挖到底，实行分层开挖，先撑后挖的原则。

根据各工点工程立面图，按设计要求，将锚孔位置准确测放在坡面上，孔位误差不得超过±50mm。

如遇有特殊困难场地时，需经甲方和监理单位认可，并需要征得设计单位的书面同意，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，适当放宽定位精度或调整锚孔定位。

（2）钻机就位

根据锚孔的位置，锚孔钻进施工。

对应急加固中应搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保锚孔开钻就位纵横误差不得超过±50mm，高程误差不得超过±100mm，钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角允许误差位±1.0°，方位允许误差±2.0°

（3）钻进过程

钻进前钻机安装应做到“正、平、稳、固”,按设计要求调整好角度，钻进过程中应循环清孔，当土层易坍塌时,应加快成孔速度,根据地质条件必要时下入套管护壁。

钻进过程中对每个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速）、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。

如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，及时进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。

为保证钻孔的倾斜角度符合设计要求,钻机就位后,要校正孔位的垂直、水平角度偏差。

孔壁要平直,以便安放杆体和注浆。

要随时注意调整好锚孔位置（上下左右及角度）,防止高低参差不齐和相互交错。

     钻进后要反复提插孔内钻杆,并用水冲洗直至出清水,再接下一节钻杆。

为了使锚固端发挥最大的锚固作用,孔壁不得坍陷和松动,否则会影响拉杆的安放和锚索的承载力。

钻孔过程中既要注意地下隐蔽物安全,又要防止钻进过程中钻到如地下电缆等物的不安全因素;当发现锚孔地层情况与设计有较大出入或钻孔中遇到硬物、异常物等,应立即停止施工向上汇报,经分析查明后，采取切实可行的方案方可继续。

（4）锚孔清理

钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2分钟，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。

钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，使用高压空气（风压0.2～0.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。

如果孔底的泥砂不能用水清洗干净,水泥浆注进后,与泥砂混合,降低了自身的强度,减小了端部的锚固力。

所以,孔底用清水清洗干净后,同时为防止塌孔,清孔结束后应及时进行注浆施工。

除相对坚硬完整之岩体锚固外，不得采用高压水冲洗。

若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安锚筋与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。

如果设计要求处理锚孔内部积聚水体，一般采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。

（5）锚孔检验

锚孔钻造结束后，须经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。

孔径、孔深检查一般采用设计孔径、钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存明显飞溅尘碴及水体现象。

同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。

验收时要求符合设计及规范要求。

（6）锚索制作及安装

首先进行锚索的下料,锚索小料长度L按下式计算:

L=l+a+b+0.3

式中:

L———锚索下料长度,m;

l———锚索设计长度,m;

a———外锚头厚度,m;

b———锚具总长（包括钢垫板、螺母、千斤顶）,m。

下料时,钢绞线的切割宜用砂轮切割机,勿用电焊或气割,以免钢丝受热损伤而降低其抗拉强度。

单根锚索钢绞线不宜用接头,如确实需要接头则必须用挤压式或套管式接头并且应错开2.0m以上;多根钢铰线间用隔离架按@1.5～@2.0m分开,并用铅丝绑牢;钢绞线表面不应有污物、铁锈或其它有害物质;钢绞线端部宜套入正锥形导向套内。

注浆管、自由端等一并在地上绑扎好,自由端用塑料管包裹,与锚固段接触处的塑料管应密封好以防注浆时浆液渗入自由段,注浆管亦应外露长度0.5～0.8m。

锚杆在运输过程中应防止明显的弯曲、扭、转,并不得破坏隔离架、套管、注浆管等物。

锚索的安装在清孔后立即进行,防止留置时间过长出现孔壁塌陷，安装锚索体前再次认真核对锚孔编号，确认无误后，人工缓缓将锚索体放入孔内，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度（误差控制在50mm范围内），确保锚固长度符合设计及规范要求，注浆管与锚索同时放入孔内,注浆管头部距孔底100mm,锚杆体放入孔内深度不应小于设计长度的95%,如有排气管则锚索放入孔中后应检查该管是否通畅。

锚索应达到孔底预定位置,确保锚固长度符合设计及规范要求，否则重新清孔和安装。

锚索安装后不得作为它物地锚,不得随意敲击和悬挂重物等，以免影响其锚固强度。

（7）锚固注浆

杆体注浆水泥采用42.5普通硅酸盐水泥,经试验比选后确定施工配合比，水灰比0.45～0.50,可适当加入早强剂。

水泥应有出厂材质证明书,不可受潮、结块、过期，必须符合水泥相关的技术规范及标准要求，水泥浆应严格按规定计量拌和均匀,随用随搅,防止石块、杂物混入浆液中,水泥浆搅拌时间应≥3min,确保搅拌均匀,浆液搅拌后须过8mm×8mm筛网方可入孔内。

自由段用套管隔离后,锚固段和自由段内同步灌浆。

一次注浆采用0.5～0.6MPa端部常压注浆,边注浆边缓慢匀速向外抽出注浆管,抽管不可过快,应确保注浆管端口始终埋在浆液面内1.0m以上，保证灌浆均匀密实。

实际注浆量一般要大于理论的注浆量，或以锚具排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准，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。

如一次注不满或注浆后产生沉降，要补充注浆，直至注满为止。

注浆结束后，将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净，同时对注浆过程中应作好注浆施工原始记录。

（8）预应力锚索的张拉锁定

预应力锚索张拉应在分段分区砼桩顶联系梁（或腰梁）砼浇捣7d后进行,且锚体强度应达到15MPa以上，待锚固端内浆体达到龄期后实施张拉，张拉分为6级进行：

设计张拉力的10%、25%、50%、75%、100%及110%，其观测时间分别为：

5min、5min、5min、5min、5min和15min。

锚索张拉前,应对张拉设备、压力表、千斤顶进行标定，经计量检测单位进行校验标定，并在标定合格后的有效期内使用，同时应满足设计要求的精度。

锚索承压垫应平整,并与锚索轴线垂直,千斤顶就位时需注意工具锚、锚环与锚垫板在同一中心线上。

张拉方式采用整体张拉法，张拉过程由预张拉和正式张拉两部分组成。

张拉前,应取0.1～0.2倍设计轴向拉力值对锚索预拉1～2次,使钢绞线拉紧,各接触部位接触紧密、杆体平直。

张拉锚索应按一定的程序进行,张拉顺序应考虑邻近锚索的相互影响,锚索间距<1.5m时,须考虑群锚效应,采取“隔二拉一”或“隔一拉一”的张拉方式锁定。

锚索张拉到1.1倍锚索设计轴向拉力值时,保持5～15min,然后卸载至锁定荷载按设计要求进行锁定。

张拉荷载采用双重控制,以压力表读数为主,伸长值为辅进行复核。

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，确保预张拉力符合设计及规范的相关要求。

（9）封锚

张拉完成后,从锚具量起预留50～100mm钢绞线,多余的用切割机截去。

钢绞线不宜留得太短,以防其滑入孔中而失效。

之后用防锈油漆仔细粉刷外露钢构件，防止锈蚀影响强度。

（10）预应力锚索检测

按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120－99）规范要求，锚索在注浆强度达到100%后，按设计计算书上具体位置区域锚索设计内力的大小，对锚索设计内力值进行张拉检测，其目的时检验锚索张拉力是否符合设计及规范要求。

检测数量为大于5%、不小于3根。

（11）提高锚固力的几点措施

a钻孔方面

     保证钻孔的倾斜角度符合设计要求,钻机就位后,要校正孔位的垂直、水平角度偏差。

孔壁要平直,以便安放杆体和注浆。

要随时注意调整好锚孔位置（上下左右及角度）,防止高低参差不齐和相互交错。

     钻进后要反复提插孔内钻杆,并用水冲洗直至出清水,再接下一节钻杆。

为了使锚固端发挥最大的锚固作用,孔壁不得坍陷和松动,否则会影响拉杆的安放和锚索的承载力。

b杆体安放方面

     普通的定位架3个脚长度相等,相邻2个脚均成60夹角,不能保证钢绞线下方的水泥浆有足够的厚度,甚至造成杆体与孔壁直接接触。

定位架改进后,将其中的2个脚长度加长,且这2个长脚的夹角减小为45,安装时长脚的一端向下。

可保证钢绞线在孔中处于居中位置,钢绞线四周均匀包裹足够厚度的水泥浆,从而提高锚固力。

c清孔方面

     如果孔底的泥砂不能用水清洗干净,水泥浆注进后,与泥砂混合,降低了自身的强度,减小了端部的锚固力。

所以,孔底用清水清洗干净后,必须用高压风将孔底积水和泥砂吹出,可以增强水泥浆的强度,提高锚固力。

同时为防止塌孔,清孔结束后应及时进行注浆施工。

（11）提高锚固力的几点措施

a.锚位点放线，各方向允许误差均为±1cm。

b．脚手架的搭设必须稳定，对紧固件的紧固必须有人复核。

c．按设计孔口座标在脚手架上安装钻机专用钢管，将钻机放在专用钢管上，用经纬仪按边坡方向放出基线，然后用方向架放出锚索方位角，测角仪调整倾角，到满足设计要求为止。

将紧固件紧牢后，再核查一遍钻机孔位座标、方位及倾角，确认无误后，将所有紧固件再紧一遍使其误差不超过：

倾角±0.5°，方位角±1°。

d．锚索孔径允许误差±2mm。

e．若遇坍孔，应立即停钻，进行固壁注浆处理，注浆24小时后重新扫孔钻进。

f．洗孔要干净彻底，孔中不得留有岩粉和水。

g．锚索的编制要确保每一根钢绞线始终均匀排列、平直、不扭不叉，锈、油污要除净，对有死弯、机械损伤及锈坑者应剔出。

h．锚索的长度要根据钻孔的实际深度确定，允许误差±2cm，并对锚索按孔号相应编号。

i．锚固段的定位导向花架、船形托架（两者统一），应严格按设计要求安装在锚索上，绑扎铁口既要能承受一定的拉力，又要保证锚索的自由拉伸。

j．安放锚索要保证锚索孔壁有不少于1cm的注浆厚度，锚索安放要平直，张拉段要放在锚孔中央。

k．内锚固段注浆，水泥选用525号普通硅酸盐水泥，搅拌水泥砂浆应均匀，使用时不得有沉淀，为保证浆液性能可加入不同用途的外加剂，注浆充盈系数为1.1--1.3。

l．严格控制加水量和水灰比，灰砂比允许误差为±0.03。

m．锚墩制作允许偏差各方向均为±3cm，安装时应先安放好孔口定位钢管，以保证锚墩与锚孔垂直。

n．锚索的张拉要在锚固段砂浆及锚墩混凝土达到设计强度后，方可进行。

o．张拉前张拉设备要标定，重复三次取平均值。

各根钢纹线拉力不均匀系数在0.95--1.05之间，各根钢纹线的拉力差为±5%。

p．补张拉在张拉完成后6--10天进行，张拉力取设计预拉力的20%。

q．张拉段注浆必须待浆液溢出孔口稳定1--2分钟，方可停止注浆，24小时后还需进行补浆，以确保注浆饱满。

（12）外部保护

封孔注浆后，从锚具量起留50mm钢绞线，其余的部分截去，在其外部包覆厚度不小于50mm的水泥砂浆保护层。

为保质保量地按期完成施工任务，工地必须成立QC小时，自始至终每个阶段坚持采用科学的工作方法，制定一系列对策和实施办法，及时改善锚索体结构，积极改进施工工艺，采用先进的网络技术组织施工，尽量做到均衡生产，使钻孔、注浆、张拉、封锚等工序互不延误，交叉进行，并按统一表格做好施工记录。

3、7质量控制

1.锚位点放线，各方向允许误差均为±1cm。

2．脚手架的搭设必须稳定，对紧固件的紧固必须有人复核。

3．按设计孔口座标在脚手架上安装钻机专用钢管，将钻机放在专用钢管上，用经纬仪按边坡方向放出基线，然后用方向架放出锚索方位角，测角仪调整倾角，到满足设计要求为止。

将紧固件紧牢后，再核查一遍钻机孔位座标、方位及倾角，确认无误后，将所有紧固件再紧一遍使其误差不超过：

倾角±0.5°，方位角±1°。

4．锚索孔径允许误差±2mm。

5．若遇坍孔，应立即停钻，进行固壁注浆处理，注浆24小时后重新扫孔钻进。

6．洗孔要干净彻底，孔中不得留有岩粉和水。

7．锚索的编制要确保每一根钢绞线始终均匀排列、平直、不扭不叉，锈