对深基坑预应力锚索施工技术方法的探讨

对深基坑预应力锚索施工技术方法的探讨
刘晓东
摘　要：本文主要介绍了深基坑施工中采取预应力锚索支护的成功经验，通过锚索施工方案的优选，起到了降低施工难度、确保施工质量的作用。同时，对预应力锚索的全套管跟进水冲法成孔、钢绞线制作与下放、锚索孔常压注浆、高压注浆，锚索张拉锁定、锚索试验等也做了较为详细的介绍。
关键词：预应力锚索、钢绞线、一次常压注浆二次高压注浆、张拉锁定
1 工程概况
该工程位于福建省某大厦以西，南侧为小区道路，拟建工程东北侧基坑紧临二层的已建售楼处,基坑其余三侧外缘现为道路。本文主要针对东北侧基坑紧临二层的已建售楼处的8—8剖面排桩（孔桩）加锚索联合支护体系进行论述。根据地质断面所揭露的资料表明，挖孔桩从上往下穿越地质层依次为：杂填土、粘土、残积砂质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩、辉绿岩残积粘性土、全风化辉绿岩、强风化辉绿岩。根据设计图纸说明，排桩采用人工挖孔桩Ф1000@1600，桩长约11.8 m；设计锚索三排，长度依次为24 m 、25m、25 m；每排锚索@1600共计39根、成孔直径为150、自由段6.5 m、锚固段17.5/18.5/18.5 m；桩间挂网配置双向6.5@200×200，喷射C20混凝土层100厚并设置泄水孔。基坑周围附加地面荷载按10（20）KPa考虑，施工中地面堆载不得超过设计荷载。基坑侧壁安全等级为一级，重要系数Υ0=1.1。采用动态设计，信息化施工。

2 预应力锚索支撑施工方法及工艺流程
2.1施工准备　　锚索施工紧接基坑土方开挖进行，基坑土方开挖采取分层开挖，当每层土方开挖至锚索孔位下0.5m高程时，平整开挖面后进行锚索施工。根据地质钻机的特点，钻机的工作面宽度不小于7m，施工时东西两侧各设置一台钻机同时施钻。施工用电采用交流电，功率80kW，用水使用自来水，用100mm水管分两个Φ50mir阀门通向基坑。因施工时用水量大，因此，正式钻进前，须于基坑内设置好排水沟，并于基坑中部南、北两侧各设置一个泥浆沉淀池。
2.2预应力锚索施工工艺流程：
钻机就位锚杆成孔清孔（成孔报验）杆体制作及报验杆体安放一次常压注浆二次高压注浆（二次注浆时间为一次注浆锚固体强度达到5MPa后进行）安装锚具张拉锁定→腰梁绑扎钢筋浇筑砼
2.2.1.钻机就位：施工作业面达到施工要求后，将钻机移至孔位，对准放线定位标桩，调平机座，控制钻孔倾角；
2.2.2锚杆成孔：钻孔前应根据设计要求定出孔位，并作出标记及编号。为防止产生群钉负效应，锚索施工根据孔位编号应采取分段、跳钻的施工方法（跳钻间距不小于1孔，如先施工编号为单号的锚索，再施工编号为双号的锚索）。锚杆成孔采用地质钻机钻进，成孔直径不小于150mm，成孔角度为25度。钻孔过程中以钻杆长度控制孔深，成孔过程中采用清水成孔、原土造浆并用泥浆护壁钻进，直至达到设计深度（若遇见厚的孤石无法钻进时，可先采用潜孔锤钻透孤石）。孔距水平方向允许偏差±50mm，垂直方向允许偏差为±50mm，钻孔倾斜度允许偏差为3％，孔深应超过锚索设计长度0.5～1.0m。
2.2.3清孔：钻孔达到设计深度后，先通过钻杆注入清水进行洗孔，直至流出清水为止，并边洗孔边提升钻杆，并立即插入锚索和灌浆。
2.2.4锚索制作：锚索体材料采用3×7φ5强度等级不小于1860MPa预应力钢绞线；锚索总长度为25M，其中自由段长度为6.5M，锚固段长度为18.5M，严格按设计尺寸下料，每根长度误差不大于50mm。索体材料下料前应除去表面污渍，不得扭曲钢绞线，死弯钢绞线严禁使用。锚索自由段涂防锈油二道，外包塑料布二层。结构锚索定位支架采用Φ55钢管及4Φ6.5的钢筋焊制，间距1500mm。
下料长度为锚杆设计长度加上张拉作业长度100cm，后安装一二次注浆管，注浆管采用硬塑管，一次注浆管仅在端部开设两对注浆孔，安装深度应超出锚杆体端部100～200mm，二次注浆管根据设计要求在端部6～10m范围内开设注浆孔，两根注浆管均与锚杆体绑扎牢固，锚杆体制作完成后须经监理单位验收合格后方能下孔；
2.2.5锚杆体安放：锚杆钻孔至设计深度并清孔后，将制作好的锚杆体安放到钻孔内，注浆管应与锚索绑扎牢固一并插入孔中，锚索插入孔内深度不应小于锚索设计长度的95％，亦不得超深，以免外露长度不足，杆体放人孔内后，外露张拉长度1.5m(以桩外边为准)。注浆管的内端距钻孔底端距离为50～100mm左右。同时二次注浆管的出浆孔和端头应密封，保证一次注浆时浆液不进入二次注浆管内。二次高压注浆管应能承受二次高压注浆的压力，要求每0.5米开小孔两个，外用工程胶布绑扎。
2.2.6锚杆注浆：注浆采用二次高压注浆工艺，浆液采用纯水泥浆，水灰比0.45～0.5，二次高压注浆水灰比0.45～0.55，注浆体强度不低于25Mpa；浆液应搅拌均匀，并过筛，随搅随用，应在初凝前用完。锚杆注浆分为一次常压注浆和二次高压注浆两个步骤，锚杆体安放入孔后半小时内应进行一次常压注浆，从孔底向上直至孔口溢浆为止，待浆面下降至一定位置后应进行补浆，以保证注浆饱满；二次高压注浆在一次常压注浆形成的水泥结石体强度达到5.0Mpa(一般为36～48小时)后进行，且二次注浆达到孔口或地面冒浆后方可停止注浆。浆液制备与一次常压注浆相同，注浆压力控制在2.5～5.0Mpa之间，总注浆量不少于80Kg/M，在施工过程中要严格记录水泥用量。当压力无法满足设计要求且注浆量不足或者注浆不能注满时应及时通知设计院现场踏勘，以便及时采取措施，优化设计。
2.2.7锚杆成品保护：因浆体固结并达到一定强度需要时间，故锚杆下孔至二次注浆完成后三天内须防止拉拔碰撞外露段。
2.2.8安放锚具：
钢垫板尺寸由现场情况确定，锚垫板采用200×200×20钢板，腰梁在喷射砼后安装，腰梁与[喷射砼间用细石砼充填密实。
2.2.9预应力锚杆张拉与锁定
在锚索注浆体和锁口梁砼强度达到15MPa时，方可进行预应力张拉。锚杆正式张拉前，应取20％的设计张拉荷载（约30～80KN），对其预张拉1~2次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直；再张拉至设计应力Nu=300KN，持荷15分钟后卸荷至锁定荷载进行锁定，锁定后入发现明显预应力损失应进行补偿张拉。
锚杆的张拉锁定经检查符合要求后，方可将锚具以外多余的钢绞线切割掉。锚具外留置长度为锚板外100mm。
2.2.10凝土面层施工工艺流程：人工立面平整绑扎钢筋网片（钢筋网采用Φ6.5﹫200×200，钢筋之间的搭接采用绑扎，搭接长度>35d。钢筋网应与坡顶插筋绑扎牢固。压筋纵横向采用1Φ14＠等于锚杆间距，并与主筋满焊）设置排水设施（φ90PVC泻水管L=800，竖向间距2000）干配混凝土料依次打开电、风、水开关进行喷射混凝土作业混凝土面层养护
3. 锚索基本试验及抗拔力试验　　对锚索支撑进行基本试验和抗拔力试验，以确定锚索的极限承载力，掌握锚索体在不同凝固期(3天、7天、14天)抵抗破坏的安全程度，以便在正式使用锚索结构参数或改进锚索制作工艺，揭示锚索注浆完成后，锚索抗拔力是否达到满足设计要求的时限。4.　试验前期准备工作　　(1)按试验要求制作好用于基本试验(3条)和抗拨力试验的锚索，并满足试验的现场要求；　　(2)用于基本试验和抗拔力试验的锚索的具体位置由设计和监理单位在现场指定；　　(3)在确定的基本试验锚索注浆满3天、 7天、和14天时，分别进行一根锚索的基本试验；　　(4)锚索外露于基坑壁面长度应不少于1.3m，以便千斤顶的安装和试验；　　(5)在锚索成孔注浆后，在基坑壁面用C20细石混凝土浇注400mm×400mm×200mm的传力台台座混凝土里面放2～3片Φ80100×100钢筋网片，台座中心预埋Φ50钢管，以利锚头穿过。　　(1)试验张拉设备采用预应力穿心千斤顶，千斤顶的额定压力大于最大试验压力544.3kN；　　(2)千斤顶和油压表庄试验前须标定，计算各级荷载下油压表的读数值，并绘制成表；　　(3)在每级荷载下，用百分表测读锚头(千斤顶活塞)位移3次，并记录；　　(4)锚索基本试验采用循环加荷，各级荷载及观测时间表2所示；　　(5)锚索抗拔力试验加荷与观测时间如下时间分配表，见表3；　　(6)锚索抗拔力：试验加到最大试验荷载，观测15min测读3次锚头位移后，卸荷至0.1T量测锚头位移，然后卸荷至锚索荷载进行锁