淺談深基坑預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝及質(zhì)量控制

蔡志琦

摘要：施工中采取預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)的成功經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)錨索施工方案的評(píng)審優(yōu)選，起到了降低施工難度，確保施工質(zhì)量的作用。同時(shí)，簡(jiǎn)要敘述針對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索的成孔、鋼絞線制作與下放、錨索孔常壓注漿、高壓注漿，錨索張拉鎖定等。

關(guān)鍵詞：深基坑預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

引言：某工程位于廣州市珠江新城中軸線XX地塊，由主塔樓、裙樓及地下室三部分組成，地下5層，地上112層，裙樓9層，建筑面積為52萬(wàn)平方米，建筑物地面以上高度為530米。地下室基坑開(kāi)挖深度為26.3m，工程基坑支護(hù)形式采用支護(hù)樁（旋挖灌注樁及人工挖樁）結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)，錨索體材料采用4φj15.2強(qiáng)度等級(jí)不小于1860MPa預(yù)應(yīng)力鋼絞線，注漿材料使用42.5R普通硅酸鹽水泥，其中一剖面錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為25m，自由段5m，鎖定后有效應(yīng)力400KN，錨索抗拔力特征值400KN，錨索間距1500 mm，鉆孔直徑為150mm。

一、預(yù)應(yīng)力錨索施工方法及工藝流程

（一）施工準(zhǔn)備

1、鋼絞線、水泥、錨具及外加劑工程材料進(jìn)場(chǎng)送檢復(fù)驗(yàn)合格，且機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收滿足要求，建立水泥漿攪拌加工制作后臺(tái)。

2、錨索施工緊接基坑土方開(kāi)挖進(jìn)行，基坑土方開(kāi)挖采取分段分層開(kāi)挖，當(dāng)每層土方開(kāi)挖至錨索孔位下0.5m高程時(shí)，平整開(kāi)挖面后進(jìn)行錨索施工。根據(jù)地質(zhì)鉆機(jī)的特點(diǎn)，鉆機(jī)的工作面寬度不小于7m，施工時(shí)東西兩側(cè)各設(shè)置一臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施鉆。施工用電采用交流電，功率80kW，用水使用自來(lái)水，用Φ100mm水管分兩個(gè)Φ50mir閥門通向基坑。因施工時(shí)用水量大，因此，正式鉆進(jìn)前，須于基坑內(nèi)設(shè)置好排水溝，并于基坑中部南、北兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)泥漿沉淀池。

（二）預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程

鉆機(jī)就位→錨索成孔→清孔（成孔報(bào)驗(yàn)）→錨索體制作及報(bào)驗(yàn)→錨索體安放→一次常壓注漿→二次高壓注漿（二次注漿時(shí)間在一次注漿錨固體強(qiáng)度達(dá)到5MPa后，且一次注漿初凝后終凝前進(jìn)行）→腰梁綁扎鋼筋澆筑混凝土→安裝錨具→張拉鎖定。

1、鉆機(jī)就位：施工作業(yè)面達(dá)到施工要求后，將鉆機(jī)移至孔位，對(duì)準(zhǔn)放線定位標(biāo)樁，調(diào)平機(jī)座，控制鉆孔傾角。

2、錨索成孔：鉆孔前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求定出孔位，并作出標(biāo)記及編號(hào)。根據(jù)土質(zhì)分析，風(fēng)化巖可采用流水施工方法鉆孔施工；如遇碎石層、砂層或軟土層等易塌孔土層，為防止產(chǎn)生群釘負(fù)效應(yīng)，錨索施工根據(jù)孔位編號(hào)應(yīng)采取分段、跳鉆及全套管跟進(jìn)水沖法成孔的施工方法（跳鉆間距不小于1孔，如先施工編號(hào)為單號(hào)的錨索，再施工編號(hào)為雙號(hào)的錨索）。錨索成孔采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)，成孔直徑不小于150mm，成孔傾角為25度。鉆孔過(guò)程中以鉆桿長(zhǎng)度或用一根聚乙烯管插入孔內(nèi)復(fù)核控制孔深，成孔過(guò)程中采用清水成孔、原土造漿并用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度（若遇見(jiàn)厚的孤石無(wú)法鉆進(jìn)時(shí)，可先采用潛孔錘鉆透孤石）。孔距水平方向允許偏差±50mm，垂直方向允許偏差為±50mm，錨索鉆孔傾角度允許偏差為±3度，鉆孔底部偏離軸線的允許偏差為錨索長(zhǎng)度的3％，孔深應(yīng)超過(guò)錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度0.5～1.0m。

3、清孔：鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，先通過(guò)鉆桿注入清水進(jìn)行洗孔，直至流出清水為止，并邊洗孔邊提升鉆桿，清孔完成后立即插入錨索和注漿。

4、錨索制作：錨索體材料采用4φj15.2強(qiáng)度等級(jí)不小于1860MPa預(yù)應(yīng)力鋼絞線。錨索總長(zhǎng)度為25m（未含預(yù)留張拉外露長(zhǎng)度不少于1m），其中自由段長(zhǎng)度為5m，錨固段長(zhǎng)度為20m，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸下料，每根長(zhǎng)度誤差不大于50mm。索體材料下料前應(yīng)除去表面污漬，不得扭曲鋼絞線，死彎鋼絞線嚴(yán)禁使用。錨索自由段涂防銹黃油二道，外包塑料布二層或塑料套管。結(jié)構(gòu)錨索定位支架采用專用隔離架確保錨索保護(hù)層厚度，隔離架間距2000mm。

5、錨索體安放：錨索鉆孔至設(shè)計(jì)深度并清孔后，將制作好的錨索體安放到鉆孔內(nèi)，注漿管應(yīng)與錨索綁扎牢固一并插入孔中，錨索插入孔內(nèi)深度不應(yīng)小于錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的95％，亦不得超深，以免外露長(zhǎng)度不足，錨索體放人孔內(nèi)后，預(yù)留外露張拉長(zhǎng)度1.6m(以樁外邊為準(zhǔn)，其中腰梁寬度為600mm)。注漿管的內(nèi)端距鉆孔底端距離為50～100mm左右。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。

6、錨索注漿：注漿采用二次高壓注漿工藝，漿液采用純水泥漿，水灰比0.5，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。錨索注漿分為一次常壓注漿和二次高壓注漿兩個(gè)步驟進(jìn)行，錨索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；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小時(shí))進(jìn)行，且二次注漿達(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1.0～4.0Mpa之間，總注漿量不少于80Kg/m，在施工過(guò)程中要嚴(yán)格記錄水泥用量。當(dāng)壓力無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求且注漿量不足或者注漿不能注滿時(shí)應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)院現(xiàn)場(chǎng)踏勘，以便及時(shí)采取措施，優(yōu)化設(shè)計(jì)。

7、錨索成品保護(hù)：因漿體固結(jié)并達(dá)到一定強(qiáng)度需要時(shí)間，故錨索下孔至二次注漿完成后三天內(nèi)須防止拉拔碰撞外露段。

8、腰梁施工：混凝土墊層澆筑完成后，進(jìn)行腰梁底模板制安，鋼筋綁扎及側(cè)模板安裝完成后，澆筑C40標(biāo)號(hào)混凝土。

9、安放錨具：鋼墊板尺寸按設(shè)計(jì)要求施工，錨墊板采用250×250×30鋼板，錨墊板安放前必須確保腰梁表面平整，受力均勻即可。

10、預(yù)應(yīng)力錨索張拉與鎖定：在錨索注漿體和錨墩腰梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%以上時(shí)，方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。錨索正式張拉前，先計(jì)算錨索張拉理論伸長(zhǎng)量(計(jì)算公式:△S=PL/EA) ，再取15％的設(shè)計(jì)張拉荷載（約30～60KN），對(duì)其逐束鋼絞線預(yù)張拉1~2次，使其各部位接觸緊密，鋼絞線完全平直；再分7級(jí)循環(huán)加荷張拉至設(shè)計(jì)錨索抗拔力特征值400KN的1.5倍，每級(jí)持荷觀測(cè)5分鐘后再繼續(xù)加壓，如張拉過(guò)程中實(shí)際伸長(zhǎng)量超出理論伸長(zhǎng)量或無(wú)法加壓時(shí)，應(yīng)立即停止張拉，并將實(shí)際情況及時(shí)通知設(shè)計(jì)院復(fù)核處理。如能順利完成錨索抗拔力特征值400KN的1.5倍加壓穩(wěn)定后卸荷為零，按鎖定后有效應(yīng)力Nu=400KN的1.3倍荷載進(jìn)行鎖定，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。

11、錨索的張拉與鎖定經(jīng)檢查符合要求后，方可將錨具以外多余的鋼絞線切割掉，錨具外留置長(zhǎng)度為300mm。

二、質(zhì)量控制要點(diǎn)及措施分析

（一）錨索工程質(zhì)量控制要點(diǎn)

錨索工程質(zhì)量控制要點(diǎn)：嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制材料（鋼絞線、水泥及外加劑），孔位精確度，錨索傾角，錨索長(zhǎng)度，漿液水灰比，注漿壓力，錨索注漿飽滿度，注漿時(shí)間，張拉與鎖定及錨索預(yù)應(yīng)力等重要參數(shù)，施工前進(jìn)行基本試驗(yàn)（試驗(yàn)錨索材料尺寸及施工工藝應(yīng)用與工程錨索相同），以考核施工工藝的適用性和設(shè)備性能作為錨索質(zhì)量控制的重要依據(jù)。

（二）措施分析

1、錨索材料質(zhì)量偏差及制作質(zhì)量偏差。錨索編束前，要確保每根鋼絞線順直，不扭不叉，排列均勻，對(duì)有死彎、機(jī)械損傷應(yīng)剔除，要對(duì)每孔錨索編號(hào)，并標(biāo)明錨索總長(zhǎng)、自由段和錨固段的長(zhǎng)度。定位環(huán)、隔離架位置設(shè)置準(zhǔn)確，錨固段與非錨固段處置合理。

2、孔位不精確，導(dǎo)致孔口腰梁面與錨索軸線不垂直，故有調(diào)整腰梁面受力方向的作用，若設(shè)置不準(zhǔn)確將致使以后張拉受力不均，變形過(guò)大甚至使錨頭遭受破壞。

3、成孔機(jī)械設(shè)備性能是否滿足施工要求。如巖層施工需采用氣動(dòng)潛孔錘擊成孔施工工藝；而在一般軟可塑粘土層中施工需采用全螺旋鉆或間隔螺旋鉆施工，夾粉土或粉砂層尚需增加泥漿護(hù)壁或帶套管鉆進(jìn)。其不同設(shè)備在不同地質(zhì)條件下的效果是不一樣的。

4、錨索傾角的控制，采用測(cè)角儀調(diào)整傾角，到滿足設(shè)計(jì)要求為止，傾角允許偏差為±3度。

5、錨索長(zhǎng)度要根據(jù)設(shè)計(jì)要求及鉆孔實(shí)際深度確定，允許誤差±20mm，并對(duì)錨索按孔號(hào)相應(yīng)編號(hào)。

6、漿液采用純水泥漿，水灰比0.5，注漿體強(qiáng)度不低于30Mpa，為保證漿液性能可加入適量不同用途的外加劑；漿液應(yīng)攪拌均勻，并過(guò)篩，隨攪隨用，應(yīng)在初凝前用完，且二次注漿必須在一次注漿初凝后終凝前 (一般為3～5小時(shí))進(jìn)行，并使用比重稱或比重計(jì)檢驗(yàn)水灰比。

7、注漿壓力一次注漿為1.0Mpa，二次注漿為3.0～4.0Mpa。

8、錨索注漿要求，注漿采用孔底到孔口反向注漿，至漿液從孔口溢出，漿液凝固收縮后再進(jìn)行補(bǔ)注。通過(guò)錨索孔的高壓注漿，漿液能充填基坑周邊土層的裂隙和空隙，提高了基坑周邊土層破碎巖層或土層的強(qiáng)度，增強(qiáng)了基坑周邊土層的穩(wěn)定性。

9、錨索張拉與鎖定要在錨固段水泥漿體及錨墩腰梁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度不低于75%后方可進(jìn)行。

10、使用的千斤頂及壓力表必須經(jīng)計(jì)量測(cè)試中心校準(zhǔn)，并在有效期內(nèi)按插值計(jì)算公式使用。

11、錨索正式張拉前，先計(jì)算錨索張拉理論伸長(zhǎng)量 (計(jì)算公式:△S=PL/EA) ，再取15％的設(shè)計(jì)張拉荷載，對(duì)其逐束鋼絞線預(yù)張拉1~2次，使其各部位接觸緊密，鋼絞線完全平直；再分7級(jí)循環(huán)加荷張拉至設(shè)計(jì)錨索抗拔力特征值400KN的1.5倍，每級(jí)持荷觀測(cè)5分鐘后再繼續(xù)加壓，如張拉過(guò)程中實(shí)際伸長(zhǎng)量超出理論伸長(zhǎng)量或無(wú)法加壓時(shí)，應(yīng)立即停止張拉，并將實(shí)際情況及時(shí)通知設(shè)計(jì)院復(fù)核處理。如能順利完成錨索抗拔力特征值400KN的1.5倍加壓穩(wěn)定后卸荷為零，按鎖定后有效應(yīng)力Nu=400KN的1.3倍荷載進(jìn)行鎖定，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。

12、對(duì)錨索外露段和錨頭保護(hù)措施，張拉與鎖定后，從錨具外邊緣量起留300mm鋼鉸線，其余部分切割掉，在其外部覆蓋塑料套管或涂防銹黃油二道，以防銹蝕破壞。

三、結(jié)語(yǔ)

錨索在實(shí)際工作中的受力狀態(tài)，并檢驗(yàn)錨索的施工質(zhì)量，錨索受力性能良好，滿足設(shè)計(jì)要求，且實(shí)際伸長(zhǎng)量在理論伸長(zhǎng)量范圍內(nèi)，說(shuō)明本次錨索施工是成功的。同時(shí)，在施工過(guò)程中只有嚴(yán)格對(duì)施工工藝及質(zhì)量把關(guān)控制，以及切實(shí)執(zhí)行現(xiàn)行的國(guó)家及地區(qū)工程技術(shù)規(guī)范和質(zhì)量規(guī)范，錨索施工質(zhì)量才能滿足設(shè)計(jì)要求，確保本深基坑工程質(zhì)量安全、穩(wěn)定受控。

參考文獻(xiàn)：

[1]《廣州地區(qū)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)定》（GBJ02-98）

[2]《廣東省地基基礎(chǔ)施工及驗(yàn)收規(guī)程》（DBJ15-201-91）

[3]《廣東省建筑基坑支護(hù)工程技術(shù)規(guī)程》（DBJ/T15-20-97）

[4]《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）

[5]《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（CECS22:90）

[6]《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(CECS22 2005)