試析深基坑預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)施工存在問題及對(duì)策

[摘 要] 預(yù)應(yīng)力錨索廣泛用于建筑各領(lǐng)域，文章通過對(duì)深基坑預(yù)應(yīng)力錨索施工存在的問題進(jìn)行分析和研究，分析原因和風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合工程現(xiàn)狀和現(xiàn)行國家及行業(yè)規(guī)范，提出相應(yīng)的解決辦法。

[關(guān)鍵詞] 預(yù)應(yīng)力；錨索；注漿；支護(hù)

[作者簡(jiǎn)介] 李立海，廣西津牛建筑工程有限公司，廣西 南寧，530001

[中圖分類號(hào)] TU7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1007-7723（2013）02-0051-0003

目前全國各地都出現(xiàn)了超高層建筑的建設(shè)，隨之而來的就是深基坑支護(hù)的施工，支護(hù)形式比較多，采用預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)形式的設(shè)計(jì)，已得到了業(yè)內(nèi)廣泛的使用。因錨索抗拔力與地質(zhì)條件變化、張拉鎖定值、施工質(zhì)量等因素影響比較大，易造成初始鎖定值偏小現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而引起基坑支護(hù)變形增大，無法滿足設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)，變形過大，有可能出現(xiàn)險(xiǎn)情無法挽回。故在施工過程中務(wù)必按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求施工，確保每一道工序符合規(guī)范要求。

一、工程概況

龍光世紀(jì)項(xiàng)目工程位于南寧市東盟商務(wù)區(qū)中菲路南側(cè)，擬建城市綜合體，主樓高約380m（82層），副樓高約170m，設(shè)置5層地下室，地下室埋深約25m。原地面標(biāo)高為104.00m～115.00m?；拥撞繕?biāo)高為82.00m。因此，基坑開挖深度為22.00～33.00m。開挖面積約為2.13萬平方，周長(zhǎng)約為589.4m。基坑周邊環(huán)境比較復(fù)雜，東、南面均有建筑物，西、北面為市政道路。

地質(zhì)情況如下：根據(jù)勘察報(bào)告地面地質(zhì)調(diào)查、鉆探、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，場(chǎng)地內(nèi)上覆地基土主要由新近期人工填土（Qml）、第四系坡、殘積相（Q3el）的粘性土、粉砂及下伏第三系（E）風(fēng)化泥砂巖層組成。其巖性特征自上而下分述如下：

1. 素填土①（Qml）：黃、灰黃，松散狀態(tài)，各向異性。主要成分為泥巖棄土及粘性土，混約5%～20%的碎石角礫?；靥顣r(shí)間約3～5年，未完成自重固結(jié)，屬于欠固結(jié)土，具高壓縮性及濕陷性，分布于場(chǎng)地表層大部分地段，厚約0.30～5.10m。

2. 粉質(zhì)粘土②（Q3el）：黃、棕黃色，局部夾灰白色，呈硬塑狀態(tài)，具中壓縮性，搖震反應(yīng)無，光澤反應(yīng)稍光滑，干強(qiáng)度中，韌性中，為粉質(zhì)泥巖風(fēng)化殘積層。局部混少量鐵錳質(zhì)氧化物結(jié)核顆粒，發(fā)育網(wǎng)紋閉合狀微風(fēng)化裂隙，裂隙面附著有褐黑色鐵錳質(zhì)氧化物。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)平均值為24擊，分布于場(chǎng)地局部地段的地表淺部，厚約1.00～3.10m。

3. 粉砂③（Q3el）：黃、棕黃色，濕，稍密狀態(tài)，中壓縮性，為粉砂巖風(fēng)化殘積層。砂粒呈亞圓或次棱角狀，分選性好，磨圓度中等，母巖成份主要為砂巖及石英碎粒等。分布于局部地段的地表淺部，厚約3.00～8.00m。

4. 強(qiáng)風(fēng)化泥巖④1（E）：灰色，硬塑狀態(tài)，局部堅(jiān)硬狀，強(qiáng)風(fēng)化程度，指甲易刻劃，夾粉質(zhì)泥巖，與粉砂巖呈互層狀產(chǎn)出，柱狀巖芯，采取率100%。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)平均值為72.5擊。分布于場(chǎng)地部分鉆孔上部。層厚1.30～22.00。

5. 強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖④（E）：黃色，堅(jiān)硬狀態(tài)，成分以粉砂巖為主，局部夾泥質(zhì)粉砂巖，與泥巖呈互層狀產(chǎn)出，巖芯易散呈散砂狀，少量呈短柱狀。具層理構(gòu)造，強(qiáng)風(fēng)化程度，結(jié)構(gòu)大部分被破壞，易鉆進(jìn)，浸水后易軟化，巖芯采取率70%～90%。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)平均值為61.6擊，巖石堅(jiān)硬程度為軟巖，巖體完程度為較破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。該層分布于地表下中部，層厚1.50～36.50m。

6. 中風(fēng)化砂巖（E）⑤：黃色，堅(jiān)硬狀態(tài)，成分以粉砂巖為主，局部夾泥質(zhì)粉砂巖，巖芯呈短柱狀居多，局部呈中柱狀。具層理構(gòu)造，中風(fēng)化程度，浸水后易軟化，巖芯采取率70～90%。巖體完程度為較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。該層分布于地表下部。

根據(jù)試驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鑒別，并參照周圍類似工程資料及經(jīng)驗(yàn)，提出本工程各巖土層的主要物理力學(xué)指標(biāo)建議值見下表1：

場(chǎng)地水文地質(zhì)條件，據(jù)鉆探揭露，在勘察深度范圍內(nèi)，場(chǎng)地內(nèi)有一層地下水，即第三系粉砂巖孔隙裂隙中的孔隙裂隙水。

賦存于第三系泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖的孔隙、裂隙內(nèi)，其補(bǔ)給源主要來自場(chǎng)地外圍地下水側(cè)向徑流，地下水位、水質(zhì)、水量變化主要受季節(jié)氣候影響，動(dòng)態(tài)相對(duì)穩(wěn)定。本含水層具有層位多、層間水力聯(lián)系差、層間地下水位不統(tǒng)一的特點(diǎn)，施工期間地下水初見水位與含水層頂板一致，穩(wěn)定水位標(biāo)高約95.57～113.50m，年地下水位變化幅度為2～3m。

本工程場(chǎng)地周圍為道路，基坑邊坡失穩(wěn)將危及周圍道路及行人的安全；據(jù)鉆挖揭露，基坑邊坡類型主要為極軟巖巖質(zhì)邊坡，局部為土質(zhì)邊坡，泥巖層具脹縮性，基坑施工后邊坡高度約為25m，場(chǎng)地內(nèi)含孔隙水，對(duì)工程有不利影響，如果邊坡失穩(wěn)破壞后果嚴(yán)重，依《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》（JGJ 72-2004）中第8.7.2款綜合考慮，基坑工程安全等級(jí)為一級(jí)。

設(shè)計(jì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式采用樁錨支護(hù)設(shè)計(jì)方案，單樁直徑為1000mm，錨索采用fptk=1860Mpa的3～6X7Ф5鋼絞線，成孔直徑150mm；錨索長(zhǎng)13～26m，傾角30°。

二、設(shè)計(jì)存在的問題及防治對(duì)策

（一）分析原因

1. 設(shè)計(jì)錨索初始鎖定值過小。采用錨索支護(hù)體系，如初始鎖定值過小，使得支護(hù)體系產(chǎn)生一定量變形后，而必然進(jìn)一步張拉錨索，導(dǎo)致錨索初始預(yù)應(yīng)力上升。

2. 設(shè)計(jì)未要求在全面施工錨索前，進(jìn)行基本試驗(yàn)。就本項(xiàng)目巖土層條件的多變性，如不進(jìn)行基本試驗(yàn)，就無法知道錨索的極限承載力和錨索參數(shù)的合理性。

3. 設(shè)計(jì)錨索自由段長(zhǎng)度過短。自由段長(zhǎng)度過短，對(duì)后期施工施加初始預(yù)應(yīng)力時(shí)，由于錨索的彈性變形量過小，出現(xiàn)錨具夾片回縮等松動(dòng)情況，都可能造成比較大的預(yù)應(yīng)力損失。

4. 腰梁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度過低。由于混凝土強(qiáng)度低于C25，當(dāng)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉鎖定時(shí)，混凝土很容易開裂，造成鎖定失敗。

（二）防治對(duì)策

1. 對(duì)于地層和被錨固結(jié)構(gòu)位移控制要求高的項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)錨索初始預(yù)應(yīng)力值時(shí)，宜為錨索的拉力設(shè)計(jì)值。避免后期通過支護(hù)體系變形，而使得錨索預(yù)應(yīng)力鎖定值增加，達(dá)到預(yù)先控制位移量的目的。

2. 由于該項(xiàng)目巖土層條件存在多變性，沒有任何可參考或借鑒的資料，且有不同地層條件，為了準(zhǔn)確地確定錨索的極限承載力，最終設(shè)計(jì)增加基本試驗(yàn)錨索組數(shù)來確定錨索極限承載力和錨索參數(shù)的合理性，為錨索調(diào)整設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。

3. 由于錨索自由段長(zhǎng)度問題，直接影響到初始預(yù)應(yīng)力損失。因此，錨索的自由段長(zhǎng)度不應(yīng)小于5.0m。以該項(xiàng)目工程為例，錨索自由段長(zhǎng)度由原來的7m，調(diào)整到8～12m，以確保錨索施加初始預(yù)應(yīng)力時(shí)減少因松動(dòng)等因素造成初始預(yù)應(yīng)力值損失，也保證了錨索、被錨固結(jié)構(gòu)物和地層的穩(wěn)定性，將錨固段錨入在合適的地層內(nèi)。

4. 根據(jù)《巖土錨桿技術(shù)規(guī)程》（CEC22：2005）規(guī)定，傳力結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。傳力結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25。

三、施工存在的問題及防治對(duì)策

（一）鉆孔施工不符合設(shè)計(jì)要求

1. 原因分析

（1）孔底未清理?？變?nèi)泥漿未清除出孔，造成錨固段鋼絞線表面覆蓋泥漿降低水泥砂漿與錨索的粘結(jié)強(qiáng)度。

（2）鉆孔傾角不符合設(shè)計(jì)要求，直接影響錨索的作用力。

2. 防治對(duì)策

（1）采用高壓水，將孔內(nèi)的泥漿等雜物全部清除出孔外，直至流出清水為止。

（2）鉆機(jī)就位前，先檢查鉆機(jī)是否安置牢固，定出孔位，作出標(biāo)記，傾角是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可采用鉆孔測(cè)斜儀控制鉆孔方向。

（二）錨桿制作不規(guī)范

1. 原因分析

（1）架線環(huán)被取下，因錨索在下放過程中比較困難，工人隨意取下部分架線環(huán)，造成鋼絞線間距不符合規(guī)范要求，保護(hù)層厚度無法達(dá)到規(guī)范要求，錨索容易被腐蝕。

（2）錨索自由段不進(jìn)行防腐處理，且自由段與錨固段交界處只是簡(jiǎn)單進(jìn)行塑料管口密封，易造成自由段被腐蝕，減少使用年限；只進(jìn)行塑料管口密封，未用鉛絲綁緊，易在壓力注漿過程中，擠推塑料管位移，使得自由段長(zhǎng)度變小，無法符合設(shè)計(jì)要求的長(zhǎng)度，從而影響后期張拉鎖定工作。

2. 防治對(duì)策

（1）施工錨桿前，做好施工交底工作，對(duì)隨意將架線環(huán)被取下的，應(yīng)重新安裝，錨索下放的過程，需要管理人員全程跟蹤監(jiān)督。

（2）錨索自由段在進(jìn)行除油污、除銹，并進(jìn)行防腐處理；錨索自由段應(yīng)采用塑料管包裹，與錨固段交界處除進(jìn)行塑料管口密封外，還應(yīng)進(jìn)行鉛絲綁緊。

（三）注漿常見問題

1. 原因分析

（1）不按配合比要求下料配漿，摻水過多，摻砂過少，使得水泥砂漿的強(qiáng)度達(dá)不到要求。

（2）注漿滯后。成孔后，等待注漿的時(shí)間過長(zhǎng)，孔壁失穩(wěn)，造成垮孔。

（3）未采用注漿管注漿。第一次注漿未采用注漿管，而直接從孔口注漿，使得錨固段注漿不飽滿，甚至無水泥砂漿。

2. 防治對(duì)策

（1）注漿材料應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，不得對(duì)桿體產(chǎn)生不良影響。宜選用灰砂比1∶0.5～1∶1的水泥砂漿或水灰比0.45～0.50的純水泥漿，必要時(shí)可加入一定量的外加劑或摻合料。注漿漿液應(yīng)攪拌均勻，管理人員必須到位監(jiān)督，嚴(yán)禁擅自加水，嚴(yán)防雜質(zhì)混入漿液，采用比重計(jì)進(jìn)行每盤漿體檢查是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）成孔后，立即下放錨索，進(jìn)行第一次注漿，不易滯后太長(zhǎng)時(shí)間。對(duì)在不穩(wěn)定的地層中，或地層受擾動(dòng)導(dǎo)致水土流失而危及鄰近建筑物或公用設(shè)施的穩(wěn)定性時(shí)，宜采用套管護(hù)壁鉆孔。

（3）第一次注漿應(yīng)采用注漿管注漿，當(dāng)孔口溢出漿液時(shí)，可以停止注漿，這樣可以確保錨固段砂漿飽滿。

（四）張拉鎖定

1. 原因分析

（1）張拉鎖定過程中未考慮錨具夾片回縮量、張拉角度等因素影響，無法鎖定至設(shè)計(jì)初始鎖定值。造成支護(hù)后期變形增大，無法達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期效果，對(duì)支護(hù)體系安全產(chǎn)生較大影響。

（2）對(duì)張拉的順序未預(yù)先確定方案，隨意性張拉。

（3）錨固段漿體或腰梁混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度就進(jìn)行張拉施工。

2. 防治對(duì)策

（1）首先在施工中必須確保錨索自由段的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，驗(yàn)收試驗(yàn)中最大試驗(yàn)荷載下，實(shí)際彈性變形應(yīng)超過該荷載下桿體自由段長(zhǎng)度理論彈性伸長(zhǎng)值的80%，且小于桿體自由段長(zhǎng)度與（上接第53頁）1/2錨固段長(zhǎng)度之和的理論性伸長(zhǎng)值；彈性變形量是否符合以上要求，對(duì)張拉后的應(yīng)力損失起著非常大的作用。其次，引起預(yù)應(yīng)力損失的因素還有：張拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮、預(yù)應(yīng)力筋的摩擦、預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力松弛等；因此，在張拉鎖定前，應(yīng)綜合考慮以上影響因素計(jì)算最終理論初始鎖定值，實(shí)施張拉施工，鎖定后出現(xiàn)損失超過10%以上，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，須采用二次補(bǔ)償張拉措施進(jìn)行調(diào)整。以該項(xiàng)目為例，初始鎖定后3天，通過讀取錨索應(yīng)力計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算出由155KN降至105KN，預(yù)應(yīng)力鎖定值損失高達(dá)33.3%，立即進(jìn)行二次補(bǔ)償張拉措施，二次補(bǔ)償張拉至185KN，補(bǔ)償張拉后10天，預(yù)應(yīng)力降至149KN并穩(wěn)定，符合設(shè)計(jì)要求。

（2）張拉鎖定時(shí)，必須按照預(yù)先制定的方案實(shí)施，以減少對(duì)鄰近錨索的影響。

（3）錨索張拉時(shí)注漿體和混凝土臺(tái)座抗壓強(qiáng)度必須符合下表2要求（以該項(xiàng)目為例）：

四、結(jié) 語

在現(xiàn)代建筑行業(yè)各領(lǐng)域中，錨索得到了廣泛應(yīng)用，實(shí)際設(shè)計(jì)施工中也出現(xiàn)不少的問題，本文就設(shè)計(jì)施工中常見的問題，一一進(jìn)行原因分析并提出解決的對(duì)策。要想有效地防治錨索設(shè)計(jì)施工中的問題，必須從設(shè)計(jì)開始嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)質(zhì)量，在施工管理上，嚴(yán)把材料關(guān)，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，每道工序必須全程跟蹤監(jiān)督，這樣才能夠最大限度地減少質(zhì)量問題的發(fā)生，以確保工程質(zhì)量的預(yù)期目標(biāo)。

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