預應力錨索在深基坑支護中的應用

蔡 偉 王泓軻

(江蘇省江南建筑技術(shù)發(fā)展總公司，江蘇 南京 210008)

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預應力錨索在深基坑支護中的應用

蔡 偉 王泓軻

(江蘇省江南建筑技術(shù)發(fā)展總公司，江蘇 南京 210008)

結(jié)合馬鞍山市某工程的地質(zhì)條件，確定了多排預應力錨索基坑支護方案，并闡述了預應力錨索設計與施工方法，對錨索的極限抗拔力進行了檢測，通過基坑監(jiān)測結(jié)果表明，該支護方案既有效控制了基坑變形，又縮短了施工工期。

基坑，預應力錨索，支護設計，監(jiān)測方案

1 工程概況

本工程位于馬鞍山市中心繁華地段，總占地面積約32 000 m2，基坑周長730 m，開挖深度7.0 m～14.20 m，由兩幢超高層及群房組成，總建筑面積約32萬 m2，地下室3層，基坑土方開挖量約45萬 m3。擬建基坑南側(cè)距湖南西路約7 m；東側(cè)距湖東北路約9 m；北側(cè)距湖東路第二小學約10 m，距檔案館約1.50 m；西側(cè)距雨山湖最近距離約20 m，基坑安全等級為一級，周邊環(huán)境復雜，對基坑開挖變形控制異常嚴格?；悠矫嫒鐖D1所示。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報告，施工場地地層在基坑開挖范圍內(nèi)自上而下主要描述如下：①層雜填土，高壓縮性、工程地質(zhì)性能極差；②層粉質(zhì)黏土，中偏高壓縮性、工程地質(zhì)性能一般；③1層粉質(zhì)黏土，中壓縮性、工程地質(zhì)性能較好;③層粉質(zhì)黏土，中偏低壓縮性、工程地質(zhì)性能較好;④層全風化花崗巖，工程地質(zhì)性能較好;⑤層強風化花崗巖，工程地質(zhì)性能較好。

3 基坑支護設計形式

3.1 支護方案選擇

本工程具有基坑開挖較深，周邊環(huán)境復雜，工期要求緊等特點。基坑紅線范圍內(nèi)可用場地面積非常狹小，北側(cè)學校上課期間對施工噪聲非常敏感，東北側(cè)有城市重要建筑物馬鞍山檔案館，且距離基坑開挖邊線僅1.5 m。如采用保守設計方案即豎向設置鉆孔灌注樁排樁封閉圍護，橫向內(nèi)設兩層滿堂混凝土支撐，不僅施工周期較長，造價較高，且大面積支撐破除過程中產(chǎn)生的噪聲污染將嚴重影響周邊環(huán)境特別是學校的正常教學。為此，設計單位經(jīng)過反復論證、比較、修改，最終確定支護方案如下：

1)支護擋土結(jié)構(gòu)普遍區(qū)域采用鉆孔灌注樁。2)為確保北側(cè)學校及檔案館安全，基坑北側(cè)設置兩道臨時鋼筋混凝土支撐，鄰近檔案館區(qū)域淺層另增設一道局部附加混凝土角撐。3)其余區(qū)域采用2道～5道預應力錨索，排樁內(nèi)側(cè)設置豎向掛網(wǎng)噴漿噴錨防護構(gòu)造。

此方案的優(yōu)點在于：

1)施工速度快。預應力錨索施工基本不影響土方大面積開挖，且施工靈活性較強，可隨時根據(jù)土方開挖進度及區(qū)域進行局部搶工。2)對環(huán)境影響小。預應力錨索施工及張拉過程基本不產(chǎn)生噪聲污染，且后期不需要拆除，不會產(chǎn)生大量的建筑垃圾。3)造價相對較低。相比滿堂混凝土內(nèi)支撐，預應力錨索施工更加方便、經(jīng)濟。

3.2 預應力錨索設計

基坑北側(cè)鄰近學校區(qū)域配合混凝土支撐共設置兩道預應力錨索，東北側(cè)淺層設置一道預應力錨索，其余區(qū)域采用2道～5道預應力錨索，錨索橫向間距2 200 mm，孔徑150 mm，錨固角度15°，每根錨索由3根φ15.2鋼絞線組成，強度標準值為1 860 N/mm2，第一層錨索錨定在混凝土圈梁上，2層～5層錨索錨定在雙拼工字鋼腰梁上，錨索總量824根，錨索施工剖面及大樣見圖2。

各區(qū)域預應力錨索施工參數(shù)見表1。

表1 各層錨索施工參數(shù)

區(qū)域?qū)用孀杂啥伍L度/m錨固段長度/m張拉值/kN鎖定拉力/kNAA'(B'C)段1層1018(17)250902層9143001503層7184001804層616350150A'B/BB'段1層18(17)10250902層9143001503層7204201804層6184001505層612280130CD(DEF)段1層10(9)17(18)25090(110)2層914(18)300(350)1503層716(18)350(400)150(180)4層614330130FG段1層914250902層7133001303層613300130NA(HI)段1層10(7)18(13)250(200)90GH(JK)段1層9(8)13(12)200902層7(6)1220090

4 預應力錨索施工

4.1 施工工藝

預應力錨索施工流程有以下步驟：

施工準備→鉆機就位→裝鉆桿→校正孔位→調(diào)整角度→鉆孔(接鉆桿)→鉆到設計深度→穩(wěn)鉆護孔→制作、安裝錨索→一次注漿→二次高壓注漿→養(yǎng)護→安裝錨索圍檁→焊錨具→張拉錨索→錨頭鎖定→割除錨頭多余鋼絞線，對錨頭進行保護。

4.2 施工質(zhì)量保證措施

1)在施工同一層面錨索前，以10根孔位為一組，通過測量放線在孔位兩端設置水平位置控制樁，通長拉線確保所有孔位高度一致。

2)孔徑、孔深不得小于設計要求，孔深在達到設計值后還應超鉆50 cm，鉆進至預定深度后不能立即停鉆，需穩(wěn)鉆1 min～2 min，并緩慢的來回抽動鉆桿，穩(wěn)住孔壁，防止塌孔及孔底尖滅。

3)鉆孔完成后應立即放入骨架，如遇障礙不得強行塞入，需拉出骨架重新掃孔，直至骨架能順暢進入指定位置。

4)一次常壓注漿時，注漿管的出漿口應距孔底30 cm～50 cm，漿液自上而下連續(xù)灌注，且確保能從孔內(nèi)順利排渣排氣。實際注漿量一般應大于理論注漿量，以排氣孔不再排氣且孔口溢出濃漿作為一次注漿結(jié)束的標準，回收一次注漿管時應勻速緩慢，防止對錨固體造成過大擾動。

5)對錨固體的二次高壓注漿，應在一次常壓注漿形成的錨固體強度達到5 MPa后進行，漿液采用水灰比0.5∶1的純水泥漿，注漿壓力為2.0 MPa～3.0 MPa。

6)錨索需在錨固體強度大于15 MPa并達到設計強度等級的75%后方可進行張拉。

5 預應力錨索試驗檢測

5.1 基本試驗

為檢驗錨索抗拔力是否能滿足設計要求，同時為設計提供修改及完善圖紙的依據(jù)，在預應力錨索正式施工前，需先選定幾處有代表性的部位進行破壞性抗拔基本試驗，本工程按設計要求分別在NA,BB′,CD,DE段共設置了4組，每組3根共12根錨索基本試驗，試驗工況見表2。

表2 基本試驗工況表

根據(jù)檢測單位的抗拔檢測報告，四組錨索極限抗拔力均滿足設計要求，檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 基本試驗檢測成果

5.2 驗收試驗

驗收試驗范圍標準為：每種類型的錨索總數(shù)的5%且不少于3根。由于本工程錨索施工參數(shù)種類較多，最終以不同層面、不同長度進行歸類劃分，共選取46根錨索進行驗收試驗。驗收試驗錨索彈性變形范圍計算公式如式(1)，式(2)所示：

(1)

(2)

其中，ΔS1為自由段長度理論彈性伸長量的80%；ΔS2為自由段長度與1/2錨固段長度之和的理論彈性伸長量；P為試驗荷載,N;A為橫截面面積,mm2；ES為鋼絞線彈性模量，Ⅱ級鋼筋取2.0×105N/mm2；Lf為自由段長度，mm；La為錨固段長度，mm。

驗收試驗采取分級加載，初始荷載取桿體軸向拉力設計值的0.10倍，然后取設計值的0.50倍，0.75倍，1.00倍，1.20倍依次加載，每級荷載穩(wěn)定5 min，最后一級荷載穩(wěn)定10 min，如果在1 min～10 min內(nèi)錨頭位移增量超過1.0 mm，應再維持50 min，并在15 min,20 min,25 min,30 min,45 min和60 min時記錄錨頭位移增量，位移穩(wěn)定后即卸載至0.1倍設計值，穩(wěn)定5 min記錄位移，然后加載至鎖定荷載鎖定。

判定合格條件：1)在最大荷載下所測得的彈性位移量超過該荷載下自由段長度理論彈性伸長量的80%(ΔS1)，且小于自由段長度與1/2錨固段長度之和的理論彈性伸長量(ΔS2)。2)在最后一級荷載作用下1 min～10 min錨索位移增量不大于1.0 mm，如超過，則6 min～60 min內(nèi)錨索位移增量不大于2.0 mm。

根據(jù)檢測單位出具的《預應力錨索極限抗拔力檢測報告》，本工程所有驗收試驗檢測錨索極限抗拔力均滿足設計及規(guī)范要求。

6 基坑監(jiān)測

6.1 監(jiān)測方案

為了在開挖過程中及時、準確的了解基坑變形情況，指導施工順利進行，需要制定一套完整、有效且對重點部位有針對性的基坑監(jiān)測方案，根據(jù)規(guī)范及設計要求，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，本工程基坑監(jiān)測項目預警值及頻率見表4。

表4 基坑監(jiān)測項目預警值及監(jiān)測頻率

由于基坑東、西兩側(cè)緊鄰市政道路且未設置內(nèi)支撐，外側(cè)土體側(cè)向壓力除排樁外全部由預應力錨索承受，故布置檢測點位時，在上述部位有針對性的進行了加密。

6.2 監(jiān)測結(jié)果

在整個基坑工程施工過程中，監(jiān)測單位總共進行了151次現(xiàn)場監(jiān)測，從監(jiān)測報告中可以看出，基坑整體穩(wěn)定可靠，在變形最大的土方開挖期間，日變形速率也遠小于報警值，過程中基坑周邊也未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，道路及附近建筑物也未發(fā)生明顯沉降。錨索部位的深層土體位移曲線對應各層錨索呈現(xiàn)出較明顯的波浪形。

7 結(jié)語

隨著我國城市建設的不斷發(fā)展，城區(qū)繁華地段出現(xiàn)深基坑的頻率越來越高，傳統(tǒng)的深基坑支護形式存在造價高、工期長、污染嚴重等問題。本文通過工程實例，詳細介紹了多排預應力錨索在深基坑支護工程中設計、施工、試驗檢測及變形監(jiān)測的整個過程，體現(xiàn)了預應力錨索施工的經(jīng)濟、快速、便捷等特點，同時也很好的控制了基坑變形。

[1] CECS 22:2005,巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] 劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3] 邱向石.預應力錨索的類型及特點[J].施工技術(shù)，2014(4)：49-50.

[4] 中國土木工程協(xié)會土力學及巖土工程分會.深基坑支護技術(shù)指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

Application of prestressed anchor cable in deep foundation pit support

Cai Wei Wang Hongke

(Jiangsu Jiangnan Building Technology Development Corporation, Nanjing 210008, China)

Combining with the geological condition of a engineering in Ma’anshan, this paper determined the foundation pit support scheme of multi row pre-stressed anchor, and elaborated the design and construction method of pre-stressed anchor cable, detected the limit withdrawal resistance of anchor cable, through the monitoring results showed that, the support scheme effectively control the deformation of foundation pit, shorten the construction period.

foundation pit, pre-stressed anchor cable, support design, monitoring scheme

1009-6825(2017)08-0060-03

2017-01-03

蔡 偉(1980- )，男，工程師； 王泓軻(1990- )，男，助理工程師

TU463

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