淺談預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

魏浩勇

【摘 要】以鄭州市軌道交通調(diào)度中心施工01標(biāo)段工程基坑支護(hù)為例，對預(yù)應(yīng)力錨索在基坑支護(hù)工程應(yīng)用中的施工工藝等進(jìn)行闡述，為同類的相關(guān)工程提供技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力錨索；基坑支護(hù)；施工工藝；監(jiān)測

1、工程概況

鄭州市軌道交通調(diào)度中心施工01標(biāo)段工程位于鄭州市鄭東新區(qū)，緊鄰鄭州高鐵東站，紅線范圍以外東、南、西三面為已修筑完成的市政道路，北面為規(guī)劃二期用地。本工程基坑平面大致呈矩形，南北長117m，東西寬105m，基坑開挖深度標(biāo)高為- 12.7米，基坑開挖深度在周邊道路下11.5米處。基坑側(cè)壁安全等級為一級。基坑周壁土質(zhì)較好，主要為粉土及有機(jī)質(zhì)粘土。根據(jù)勘察報告，場地地下水受相鄰基坑降水影響較大，基坑開挖需對地下水進(jìn)行處理，建筑紅線范圍內(nèi)無地下管線，周邊市政道路地下管網(wǎng)均位于錨索施工標(biāo)高以上。

本工程基坑開挖及邊坡支護(hù)方案為：北部具有放坡空間，采用1：1.3放坡加噴漿護(hù)坡形式施工。東、西、南三面基坑采用上部4.5米用1：0.3放坡開挖，土釘墻支護(hù)，下部雙層預(yù)應(yīng)力錨索加現(xiàn)澆鋼筋混凝土灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)施工。

2、預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)及概況

本工程共有預(yù)應(yīng)力錨索412根，第一排錨索的標(biāo)高為-7.4m，長度為26m，共207根，第二排錨索的標(biāo)高為-9.8m，長度為23m，共205根。錨索成孔直徑150mm，傾角15°，間距1500mm，使用3-7φ5 S15.2鋼絞線制作，鋼絞線公稱強(qiáng)度1860Mpa，公稱直徑D=15.2mm。沿桿體軸線方向每隔2m左右設(shè)置居中支架一個。錨索采用二次注漿，漿液為P.O 42.5純水泥漿，水灰比0.5。一次注漿壓力0.3-0.5Mpa，二次注漿壓力2.5-3.0Mpa。

3、預(yù)應(yīng)力錨索施工

3.1 預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程

預(yù)應(yīng)力錨索施工的工藝流程為：土方開挖（開挖至錨桿標(biāo)高下500mm處）→錨索測量定位放線→設(shè)備就位→鉆機(jī)成孔→錨索制作及安放→一次注漿→二次高壓劈裂注漿→腰梁制作安裝→錨索張拉鎖定封錨。

3.2預(yù)應(yīng)力錨索施工的準(zhǔn)備

（1）相關(guān)技術(shù)及條件準(zhǔn)備

相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人編制詳盡有效的施工方案，對錨索施工的技術(shù)要點(diǎn)等進(jìn)行技術(shù)交底，并將相關(guān)技術(shù)指標(biāo)等傳達(dá)到施工班組。預(yù)應(yīng)力錨索施工前支護(hù)樁等工作等已經(jīng)施工完畢并驗(yàn)收合格具備預(yù)應(yīng)力錨索施工的條件。

（2）材料及機(jī)械準(zhǔn)備

水泥、鋼絞線、錨具等材料落實(shí)完成供貨單位，并根據(jù)施工進(jìn)度制定材料供貨計(jì)劃，確保備料充分。對水泥、鋼絞線等材料進(jìn)行取樣試驗(yàn)，保證材料質(zhì)量。

鉆機(jī)、電焊機(jī)、高壓泵、攪拌機(jī)、切割機(jī)、張拉機(jī)等機(jī)械進(jìn)場前做好維修工作，保證設(shè)備機(jī)械完好性；機(jī)械設(shè)備進(jìn)場后，應(yīng)組織人員對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，試運(yùn)轉(zhuǎn)，保證施工過程中，機(jī)械設(shè)備可安全正常工作。

3.3主要施工工序的施工方法及技術(shù)控制

（1）錨孔施工

錨孔定位：開挖后的基坑壁經(jīng)過修整，按設(shè)計(jì)要求的標(biāo)高和水平間距，用水準(zhǔn)儀和鋼尺定出孔位，做好標(biāo)記。

成孔：鉆孔是錨索施工中控制工期的關(guān)鍵工序。為確保鉆孔效率和保證鉆孔質(zhì)量，選用硬質(zhì)合金鉆頭干成孔鉆機(jī)。鉆機(jī)鉆井時，按錨索設(shè)計(jì)長度將鉆孔所需鉆桿擺放整齊，鉆桿用完，孔深也恰好到位。鉆孔深度要超出錨索設(shè)計(jì)長度0.5m左右。將專用錨桿鉆機(jī)，對準(zhǔn)已放好的孔位，調(diào)整好角度，由質(zhì)檢員驗(yàn)收合格后準(zhǔn)許開鉆。結(jié)合本工程施工地質(zhì)等條件，本工程采用干成孔鉆機(jī)可以提高成孔效率，又可以改善工人施工操作環(huán)境，減少安全文明施工成本。

成孔施工符合下列要求：

預(yù)應(yīng)力錨索孔深偏差±50mm，孔距偏差±100mm，孔徑偏差±5mm，鉆孔底部的偏斜尺寸不大于錨固體直徑的3%。

（2）錨索制作與安放

鋼絞線應(yīng)清除油污、銹斑，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸下料，每股長度誤差不大于50mm。鋼絞線按一定規(guī)律平直排列，錨索錨固段沿桿體軸線方向每隔2m設(shè)置一個架線環(huán)，兩個架線環(huán)之間用夾緊環(huán)與二次注漿管捆扎牢固形成一束結(jié)。錨索自由段用塑料管包裹，與錨固段相交處的塑料管管口用膠布封住。

組裝錨索時同時安放兩根注漿管，一次注漿管底端距錨索底端0.2m左右，二次注漿管的管底距離錨索底端0.8m左右。二次注漿管管底出口處用膠布封住，且從注漿管端50cm處開始向上每隔3m左右做出1m長的花管，花管的孔眼直徑為8mm，每段6個孔眼，花管做幾段視錨固段長度而定，孔眼用膠布封住。

組裝好的錨索（包括注漿管）在鉆孔結(jié)束后立即放入孔內(nèi)，安放時，防止錨索扭壓、彎曲，并確保錨索處于鉆孔中心位置，錨索插入孔內(nèi)深度不小于設(shè)計(jì)長度的98%。

錨索制作、存儲等應(yīng)在專門的操作棚內(nèi)進(jìn)行。錨索制作應(yīng)在成孔前制作完畢驗(yàn)收合格，孔內(nèi)的土屑等清理干凈，錨索成孔驗(yàn)收合格后立即進(jìn)行錨索的安放，縮短施工時間，減少空洞空置時間，降低塌孔等機(jī)率。安放錨索不得損壞防腐層，不得影響正常的注漿作業(yè)。錨索安放后不得隨意敲擊，懸掛重物。

（3）注漿工藝

錨索安放合格后應(yīng)立即進(jìn)行錨索的注漿作業(yè)。注漿分兩次進(jìn)行，采用P.O 42.5水泥制漿，水灰比0.5。一次注漿壓力0.3～0.5Mpa，二次注漿壓力2.5～3.0Mpa。注漿時，將配制好的漿液用注漿泵通過膠管壓入一次注漿管中，漿液從注漿管底端噴出，隨著漿液的灌入，逐步上拔注漿管，注意上拔注漿管底端必須始終埋入漿液液面下2m左右，以保證錨固體的漿液連續(xù)且密實(shí)。注漿直到孔口溢出漿液為止，此時拔出第一次注漿管。二次注漿利用二次注漿花管進(jìn)行高壓劈裂注漿，注漿壓力達(dá)到最高壓力后，此時注漿作業(yè)結(jié)束，二次注漿管留于孔內(nèi)。二次注漿應(yīng)在一次注漿形成的水泥結(jié)石體達(dá)到5MPa后進(jìn)行。

注漿注意事項(xiàng)：

1）漿液應(yīng)隨拌隨用，并在初凝前用完。注漿作業(yè)開始時，先用稀水泥漿循環(huán)注漿系統(tǒng)1～2min，確保注漿時漿液暢通。注漿設(shè)備應(yīng)有足夠的漿液生產(chǎn)能力和所需的額定壓力，采用的注漿管應(yīng)能在1h內(nèi)完成單根錨索的連續(xù)注漿。

2）對于一次注漿，當(dāng)漿液硬化后，若發(fā)現(xiàn)漿液沒有充滿錨孔時，進(jìn)行補(bǔ)漿。同一批錨孔注漿結(jié)束后，要清洗注漿管道循環(huán)系統(tǒng)。

3） 錨索注漿完成后外露部分要用膠布及防腐材料包纏好，防止鋼絞線損傷或生銹。

（4）腰梁制作與安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用2×M22a型槽鋼做腰梁。2根槽鋼上下平行放置，用鋼板墊塊焊接連接，中間采用加強(qiáng)肋加固，與槽鋼垂直方向焊接，間距同錨索，固定鋼墊板與孔向垂直、和孔中心保持一致。

腰梁要通長設(shè)置，在轉(zhuǎn)角處盡量不斷開，保證其受力的連續(xù)性，槽鋼之間的連接用鋼板焊接，焊縫高度不小于8mm，焊縫均滿焊，其他構(gòu)造措施參見圖紙。承壓板安裝要求平整牢固，板面應(yīng)與錨桿受力軸線垂直。

在支護(hù)樁施工過程中，技術(shù)人員要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙測量樁位，確保每個樁位的定位準(zhǔn)確，嚴(yán)格控制樁間噴面的平整度，以保證雙槽鋼腰梁與坑壁緊密接觸?？紤]到施工規(guī)范允許的樁位偏差會使樁發(fā)生不在同一條直線上的情況，為保證腰梁與樁的有效接觸，在腰梁和護(hù)坡樁間放置鋼墊板，使腰梁盡量保持在同一直線，以保障預(yù)應(yīng)力的可靠傳遞。

腰梁在安裝時應(yīng)滿足下列要求：

1） 腰梁、墊塊與樁之間要求面接觸，不允許點(diǎn)接觸。必要時需對向外突鼓的樁進(jìn)行人工鑿平，對向內(nèi)凹陷的樁用300×300鋼板墊平，并應(yīng)使鋼板與腰梁連接牢固。

2） 腰梁安裝要求高度一致，在水平方向盡量做到槽鋼接頭對應(yīng)，盡量保證樁外露部分的平整度，若受樁外露部分高低不平的限制，一定要保證單個槽鋼的平整度，允許接頭錯位，但要求用鋼板焊接牢固。

3） 要求錨頭在通過槽鋼腰梁中間時居中或稍偏離中央，但不允許接觸腰梁。

（5）預(yù)應(yīng)力錨索張拉與鎖定

錨索的張拉與施加預(yù)應(yīng)力（鎖定）符合以下規(guī)定：

1）預(yù)應(yīng)力錨索張拉前，對張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。張拉應(yīng)在漿體強(qiáng)度達(dá)到15MPa并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后進(jìn)行?？紤]到錨索張拉對鄰近錨桿的影響，錨索張拉采用隔一拉一的張拉順序。錨索正式張拉前，取20%的設(shè)計(jì)張拉荷載，對其預(yù)張拉1～2次，使其與錨具接觸緊密，鋼絞線完全平直。

2）錨索分級張拉至1.05倍的設(shè)計(jì)施加預(yù)應(yīng)力值并維持穩(wěn)定后鎖定。對巖層、砂性土層保持10min，粘性土層保持15min。分級張拉速率應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。鎖定后48h內(nèi)，應(yīng)力損失超過10%時應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

張拉完成驗(yàn)收合格后應(yīng)及時進(jìn)行錨頭保護(hù)工作，將錨具外大于120mm的鋼絞線用切割片割除，割除過程要輕，并加水降溫，嚴(yán)禁擾動和產(chǎn)生高溫。在錨具或鋼絞線端頭，用混凝土封閉保護(hù)，混凝土保護(hù)的厚度不小于10cm。

4、預(yù)應(yīng)力錨索的驗(yàn)收試驗(yàn)和監(jiān)測注意事項(xiàng)

4.1預(yù)應(yīng)力錨索的試驗(yàn)

預(yù)應(yīng)力錨索注漿漿體強(qiáng)度檢驗(yàn)用的試塊每30根錨桿不應(yīng)少于1組，每組不應(yīng)少于6塊。

錨索應(yīng)在錨固體和外錨頭強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后進(jìn)行土層錨桿驗(yàn)收試驗(yàn)，檢測單根錨索承載力（錨索承載力設(shè)計(jì)值為200kN），試驗(yàn)數(shù)量為錨桿總數(shù)的5%，且每層不少于3根；對特殊要求的工程，可按照設(shè)計(jì)要求增加驗(yàn)收錨桿的數(shù)量。

4.2預(yù)應(yīng)力錨索的監(jiān)測和維護(hù)

預(yù)應(yīng)力錨索工作期間應(yīng)做錨索應(yīng)力監(jiān)測和維護(hù)工作。預(yù)應(yīng)力錨索的監(jiān)測在設(shè)計(jì)階段由業(yè)主委托有資質(zhì)的監(jiān)測單位編制監(jiān)測方案，并在施工階段及完工后進(jìn)行定期檢查和檢測，施工單位要及時和檢測單位溝通，獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，為工程的安全施工提供保障。

永久性錨桿應(yīng)監(jiān)測錨桿拉力、錨固結(jié)構(gòu)的變形、錨桿腐蝕狀況等三項(xiàng)，監(jiān)測數(shù)量為工程錨桿總量的5%～10%，且不得少于3根。當(dāng)所監(jiān)測錨索的初始預(yù)應(yīng)力值的變化大于錨桿軸向設(shè)計(jì)值的10%時，應(yīng)采取重復(fù)張拉或適當(dāng)卸載的措施。錨頭或被錨固結(jié)構(gòu)的變形明顯增大并接近容許變形值時，應(yīng)采取增補(bǔ)錨桿或其他措施予以加強(qiáng)。

5、結(jié)語

隨著大量深基坑工程的出現(xiàn)，基坑支護(hù)作為工程安全進(jìn)行的重要保障，在工程中的重要性愈加突出。預(yù)應(yīng)力錨索作為基坑支護(hù)工程中重要的施工技術(shù)，在基坑支護(hù)工作中大量使用，通過本工程的使用不僅有效保證了工程的施工安全，減小了工程施工的占地面積和土方開挖工程量，相對減少了工程的經(jīng)濟(jì)投入，取得了一定的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙慶麗.淺述深基坑預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)施工技術(shù)[J]. 建筑學(xué)研究前沿，2012

[2] 巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程CECS22： 2005 . 中國計(jì)劃出版社，2005