曾靜影

廈門特房建設(shè)工程集團(tuán)有限公司（361003）

預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用實(shí)踐

曾靜影

廈門特房建設(shè)工程集團(tuán)有限公司（361003）

這里結(jié)合工程實(shí)例，講述了預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)的作用原理、特點(diǎn)、施工程序、應(yīng)注意的問(wèn)題和監(jiān)測(cè)內(nèi)容。

預(yù)應(yīng)力錨桿；施工工藝；基坑監(jiān)測(cè)

隨著城市建設(shè)的發(fā)展,高層建筑的大量涌現(xiàn)，大開(kāi)挖深基坑越來(lái)越普遍，基坑支護(hù)施工成為建筑施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)合圍護(hù)樁的支護(hù)體系由于其經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠，在深基坑和邊坡支護(hù)中越來(lái)越廣泛地被采用。

1 工程概況及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件

廈門特房筼筜溫莎公館項(xiàng)目位于湖里區(qū)雙浦路與金昌路交界處東側(cè)，由四棟高層建筑及部分商業(yè)建筑構(gòu)成，基坑面積20 840m2，設(shè)一層地下室，主樓采用預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基，基坑開(kāi)挖深度4.70～9.00m，基坑周邊長(zhǎng)約710m?；颖眰?cè)為市政綠化用地,西側(cè)和南側(cè)為城市的主干道及建筑物，東側(cè)緊臨社區(qū)住宅，場(chǎng)地放坡空間有限。

基坑邊坡巖土性質(zhì)自上而下為雜填土、粉質(zhì)黏土-黏土、粉質(zhì)黏土、殘積（砂質(zhì)）黏性土。除雜填土層外均為弱透水層，其富、透水性差。本工程按二級(jí)基坑進(jìn)行設(shè)計(jì)，基坑側(cè)壁重要性系數(shù)為1.00。

2 基坑支護(hù)方案的選擇與設(shè)計(jì)

2.1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案選擇

如何在施工中采用經(jīng)濟(jì)合理，又能保證施工工期的深基坑支護(hù)方案是整個(gè)工程施工順利的前提與基礎(chǔ)。深基坑支護(hù)根據(jù)基坑開(kāi)挖深度、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境的不同有不同的施工方案。支護(hù)樁加設(shè)內(nèi)支撐方案工期長(zhǎng)、工程造價(jià)高；逆作法造價(jià)高、工藝復(fù)雜、工期長(zhǎng)；復(fù)合型錨噴墻支護(hù)方案位移變形較大，易對(duì)周邊環(huán)境造成極不利影響。樁錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)工期較短，工程造價(jià)較低，不影響地下室結(jié)構(gòu)施工，適合本工程施工要求。綜合以上所述，該工程確定采用鉆孔樁+預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)方案。

2.2 預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力錨桿桿體材料可選用鋼鉸線、高強(qiáng)鋼絲或高強(qiáng)螺紋鋼筋。當(dāng)預(yù)應(yīng)力值較小或錨桿長(zhǎng)度小于20m時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋也可采用HRB400級(jí)或HRB335級(jí)鋼筋。

①錨桿預(yù)應(yīng)力筋的截面面積應(yīng)按下式確定：

式中：K—錨桿桿體的抗拉安全系數(shù)，按《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》（CECS22：2005）選取；Nt—錨桿的軸向拉力設(shè)計(jì)值;fptk—鋼筋、鋼鉸線的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

②錨桿錨固段長(zhǎng)度的確定：

式中：K—錨桿錨固體的抗拔安全系數(shù)；按《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》（CECS22：2005）選取；Nt—錨桿的軸向拉力設(shè)計(jì)值；d—錨桿錨固段的鉆孔直徑；f—錨固段注漿體與地層間的黏結(jié)強(qiáng)度。

2.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)與錨桿設(shè)計(jì)

支護(hù)結(jié)構(gòu)排樁采用Φ800mm@1800mm旋挖灌注樁。預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)采用單排設(shè)置，水平間距為1 800mm。預(yù)應(yīng)力鎖定值為200 kN，設(shè)計(jì)采用Φ150錨孔,拉桿采用3Φs15.2鋼絞線。

3 預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)的作用原理及特點(diǎn)

3.1 預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)的作用原理

預(yù)應(yīng)力錨桿是一種將拉力傳至穩(wěn)定巖層或土層的結(jié)構(gòu)體系，主要由錨頭、自由段和錨固段組成。錨頭是桿外端用于錨固或鎖定錨桿拉力的部分；自由段是指將拉力傳遞至錨固段的桿體部分，其與錨頭的共同作用實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力施加；錨固段是指通過(guò)注漿體或機(jī)械裝置將拉力傳遞到周圍巖層或土體的桿體部分。整個(gè)結(jié)構(gòu)體系依賴桿體強(qiáng)度、桿體與錨固體的握裹力、錨固體與地層間的黏結(jié)強(qiáng)度共同作用來(lái)承受作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載。

3.2 預(yù)應(yīng)力錨桿的特點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力錨桿在錨桿安設(shè)后通過(guò)對(duì)桿件施加拉力，使錨桿處于受拉狀態(tài)，從而對(duì)介質(zhì)預(yù)先施加一定的壓應(yīng)力,改善巖土的受力狀態(tài)，并達(dá)到加固巖土體的目的，是一種主動(dòng)加固方法。預(yù)應(yīng)力錨桿相比非預(yù)應(yīng)力錨桿有以下特點(diǎn)：1）通過(guò)預(yù)應(yīng)力桿體鎖緊巖層介質(zhì),對(duì)圍巖主動(dòng)、及時(shí)地提供支護(hù)抗力,使巖土處于三軸應(yīng)力狀態(tài),以保持圍巖的固有強(qiáng)度。2）提高潛在滑面上的抗剪強(qiáng)度,有效阻止邊坡的位移。3）按一定密度布置錨桿，施加預(yù)應(yīng)力后能在地層內(nèi)形成壓縮區(qū)，有利于地層穩(wěn)定。4）通過(guò)張拉，能檢驗(yàn)錨桿的承載力質(zhì)量。5）施工工序比非預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)雜。

4 預(yù)應(yīng)力錨桿施工工藝及控制要點(diǎn)

施工工藝流程：鉆孔→錨桿體制作安裝→灌漿→張拉鎖定。

4.1 鉆孔

1）錨桿采用了“壓水鉆進(jìn)成孔法”，結(jié)合跟管鉆進(jìn)工藝成孔，以避免施工過(guò)程中出現(xiàn)水土流失的情況。2）為保證鉆孔的直線形及鉆進(jìn)過(guò)程中不塌孔，防止松散砂層在高壓水的擾動(dòng)下產(chǎn)生管涌事故，砂層范圍內(nèi)設(shè)置了護(hù)壁套管鉆進(jìn)以封閉流沙，護(hù)壁套管采用巖芯鋼管。3）鉆進(jìn)時(shí)要不斷供水沖洗，而且要保持孔口的水位；水頭壓力應(yīng)控制在0.15～0.30mPa。4）鉆孔深度應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度0.5～1.0m，以利于注漿及保證錨桿底部范圍內(nèi)無(wú)沉渣。5）鉆孔完成后,應(yīng)繼續(xù)用壓力水沖稀殘留在鉆孔中的土屑，直至流出清水為止，成孔后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收，安裝錨桿并進(jìn)行注漿處理。

4.2 錨桿體制作安裝

1）錨桿體制作：錨桿體材料采用3Φs15.2強(qiáng)度等級(jí)不小于1 860mPa預(yù)應(yīng)力鋼絞線。錨體總長(zhǎng)度為20m（未含預(yù)留張拉外露長(zhǎng)度），其中自由段長(zhǎng)度為6m，錨固段長(zhǎng)度為12m，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸下料，每根長(zhǎng)度誤差不大于50mm。錨桿材料下料前應(yīng)除去表面污漬，不得扭曲鋼絞線，死彎鋼絞線嚴(yán)禁使用。錨體自由段涂防銹黃油二道，外包塑料布兩層。結(jié)構(gòu)錨體定位支架采用專用隔離架確保錨桿保護(hù)層厚度，隔離架間距1 500mm。2）錨桿體安放：錨桿鉆孔至設(shè)計(jì)深度并清孔后，將制作好的錨桿體安放到鉆孔內(nèi)，注漿管應(yīng)與錨桿綁扎牢固一并插入孔中，錨桿插入孔內(nèi)深度不應(yīng)小于錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的95%，亦不得超深，以免外露長(zhǎng)度不足，錨桿體放入孔內(nèi)后，預(yù)留外露張拉長(zhǎng)度大于1m以上。注漿管的內(nèi)端距鉆孔底端距離為50～100mm。同時(shí)二次注漿管的出漿孔和端頭應(yīng)密封，保證一次注漿時(shí)漿液不進(jìn)入二次注漿管內(nèi)。二次高壓注漿管應(yīng)能承受二次高壓注漿的壓力,要求每0.5m開(kāi)小孔兩個(gè)，外用工程膠布綁扎。

4.3 灌漿

注漿采用二次高壓注漿工藝，漿液采用純水泥漿,水灰比0.45～0.55,注漿體強(qiáng)度不低于30mPa；漿液應(yīng)攪拌均勻,并過(guò)篩，隨攪隨用，應(yīng)在初凝前用完。

1）第一次灌漿：錨桿體安放入孔后半小時(shí)內(nèi)應(yīng)進(jìn)行一次常壓注漿,從孔底向上直至孔口溢漿為止，待漿面下降至一定位置后應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)漿，以保證注漿飽滿。2）第二次灌漿：二次高壓注漿在一次常壓注漿形成的水泥結(jié)石體強(qiáng)度達(dá)到5.0mPa后，且一次注漿初凝后終凝前(一般為3～5 h)進(jìn)行。二次注漿達(dá)到孔口或地面冒漿后方可停止注漿。漿液制備與一次常壓注漿相同，注漿壓力控制在2.0～3.0mPa。在施工過(guò)程中要嚴(yán)格記錄水泥用量，灌漿量約為一次灌漿量的40%～50%。

4.4 預(yù)應(yīng)力張拉鎖定

1）張拉機(jī)具安裝：張拉作業(yè)在錨固體與臺(tái)座混凝土強(qiáng)度均達(dá)到15mpa以上時(shí)進(jìn)行，孔口的承壓墊座必須平整、牢固、孔口對(duì)位，且承壓面應(yīng)與錨孔軸線垂直，使千斤頂對(duì)鋼絞線施加張拉應(yīng)力的方向與錨桿的軸線方向一致，保證鋼絞線軸心受力。2）預(yù)張拉：正式張拉前,應(yīng)先逐束鋼絞線按10%～20%設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行預(yù)張拉兩次,使其各部位接觸緊密、鋼絞線完全平直。3）張拉鎖定：按設(shè)計(jì)要求錨桿張拉至設(shè)計(jì)拉力Nu值，持荷10min后卸荷至鎖定荷載進(jìn)行鎖定，鎖定荷載為設(shè)計(jì)荷載的0.4～0.5。4）錨桿鎖定后如發(fā)現(xiàn)明顯預(yù)應(yīng)力損失應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

5 預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)施工需注意的問(wèn)題

1）由于錨桿鉆孔時(shí)可能會(huì)遇到地下管線而對(duì)其造成破壞，導(dǎo)致水管破裂、煤氣泄露、通信中斷等問(wèn)題，因此，對(duì)基坑周邊環(huán)境尤其是水、電、煤氣、通訊管線要了解仔細(xì)，污水管及廢棄水管也要仔細(xì)了解，甚至臨近基坑管道閥門位置也要了解清楚。2）采用分層、分臺(tái)階、分段開(kāi)挖，開(kāi)挖一段后立即施工錨桿，盡可能做到錨桿施工緊跟開(kāi)挖工作,這樣可使未施工錨桿的已暴露坑壁面積最小、暴露時(shí)間最短,從而取得坑壁位移最小的效果。3）采取間隔鉆孔灌漿、間隔張拉鎖定的施工順序，可降低相鄰錨桿對(duì)承載力的影響。間隔鉆孔灌漿可避免相鄰錨桿漿液在尚未終凝時(shí)相互擠壓，造成充盈系數(shù)降低，從而降低錨桿承載力。間隔張拉鎖定可避免錨桿張拉后土體應(yīng)力尚未完全擴(kuò)散前，相鄰錨桿張拉時(shí)對(duì)該錨桿土體施加外部剪切應(yīng)力，降低土體對(duì)錨桿的握裹力，從而降低錨桿承載力。4）施工中應(yīng)考慮水的影響，錨桿的錨固體多埋設(shè)于黏土或粉質(zhì)黏土中。這些土質(zhì)浸水后土體的強(qiáng)度及變形等力學(xué)特性急劇劣化，易導(dǎo)致基坑壁變形增加，因此應(yīng)做好基坑降排水措施。

6 基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)結(jié)果、檢驗(yàn)

深基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)可直觀地反映基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是否安全可靠提供直接的證據(jù)。為了確?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)及周圍設(shè)施的安全,對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)是十分必要的。該基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括樁頂水平位移、周圍地面沉降、地下水位及基坑邊坡土體水平位移等，監(jiān)測(cè)工作從土方開(kāi)挖至基坑回填完結(jié)束。

1）本基坑支護(hù)工程施工，共設(shè)47個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)、77個(gè)豎向位移觀測(cè)點(diǎn)（含建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)30個(gè)）、23個(gè)地下水位觀測(cè)點(diǎn)、32個(gè)測(cè)斜觀測(cè)點(diǎn)。

2）監(jiān)測(cè)預(yù)警值指標(biāo)

①樁頂最大豎向位移值已達(dá)到20mm，或其變化速率已連續(xù)三日達(dá)到2mm/d。②基坑周邊地表最大豎向位移值已達(dá)到20mm，或其變化速度已連續(xù)三日達(dá)到3mm/d。③支護(hù)結(jié)構(gòu)個(gè)別出現(xiàn)開(kāi)裂、位移突變。④地下水位變化累計(jì)達(dá)到1 000mm,或其變化速率達(dá)到500mm/d。

3）基坑監(jiān)測(cè)要求

基坑開(kāi)挖深度小于5m時(shí)，每2天監(jiān)測(cè)1次;基坑開(kāi)挖深度為5m～坑底時(shí)，每1天監(jiān)測(cè)1次；底板澆筑后7 d內(nèi)，每1天監(jiān)測(cè)2次；底板澆筑后7～28 d，每1天監(jiān)測(cè)1次；底板澆筑28 d后，每3 d監(jiān)測(cè)一次；內(nèi)支撐開(kāi)始拆除到拆除完成后3 d內(nèi)，每1 d監(jiān)測(cè)1次；當(dāng)遇到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值或其變化速度較快、基坑及周邊大量積水、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)降雨等異常情況時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)次數(shù)。

4）監(jiān)測(cè)結(jié)果

①?gòu)母髌谖灰屏砍晒盹@示，水平和豎向位移在基坑土方開(kāi)挖和錨桿施工期間隨施工日期的延續(xù)增加，后期預(yù)應(yīng)力錨桿施工完成逐漸趨于穩(wěn)定,最大水平位移量為-30mm,最大豎向位移量為-18mm。其余各點(diǎn)位移量較小。鄰近的建筑物未因邊坡沉降或位移而發(fā)生裂縫和傾斜，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期效果，保證基坑圍護(hù)及建筑物的結(jié)構(gòu)安全。②地下水位變化幅度在1.0m范圍內(nèi)，無(wú)異常波動(dòng)，后期隨著進(jìn)度變化較小。測(cè)斜觀測(cè)點(diǎn)最大數(shù)值達(dá)到18mm，其余各管點(diǎn)均小于10mm，土體測(cè)斜表明鎖口梁以下基坑支護(hù)段，坑壁土體穩(wěn)定。

5）錨桿的試驗(yàn)與檢驗(yàn)

本工程共施工312根錨桿，按5%選取16根進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，全部錨桿均通過(guò)了設(shè)計(jì)荷載。彈性變形符合設(shè)計(jì)要求，未出現(xiàn)破壞現(xiàn)象。

7 結(jié)語(yǔ)

由于設(shè)計(jì)合理，施工認(rèn)真，本基坑工程順利完成施工?；油练介_(kāi)挖后，在整個(gè)錨桿發(fā)揮作用期間，錨桿頂部土層無(wú)明顯變形，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期效果，保證基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。

目前，錨桿施工工藝領(lǐng)先于其設(shè)計(jì)理論，因此在施工中必須充分考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、工程地質(zhì)條件以及工程要求，確?；訃o(hù)施工取得良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

[1]JGJ 120－2012,國(guó)家建設(shè)部《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012,10.

[2]CECS 22:2005,中冶集團(tuán)建筑研究總院《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》[S].中國(guó)計(jì)劃出版社,2005,8.

[3]GB 50497-2009,中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[S].中國(guó)計(jì)劃出版社,2009,9.