浅谈深基坑预应力锚索施工工艺及质量控制

蔡志琦

摘要：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评审优选，起到了降低施工难度，确保施工质量的作用。同时，简要叙述针对预应力锚索的成孔、钢绞线制作与下放、锚索孔常压注浆、高压注浆，锚索张拉锁定等。

关键词：深基坑预应力锚索施工工艺质量控制

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：

引言：某工程位于广州市珠江新城中轴线XX地块，由主塔楼、裙楼及地下室三部分组成，地下5层，地上112层，裙楼9层，建筑面积为52万平方米，建筑物地面以上高度为530米。地下室基坑开挖深度为26.3m，工程基坑支护形式采用支护桩（旋挖灌注桩及人工挖桩）结合预应力锚索进行支护，锚索体材料采用4φj15.2强度等级不小于1860MPa预应力钢绞线，注浆材料使用42.5R普通硅酸盐水泥，其中一剖面锚索设计长度为25m，自由段5m，锁定后有效应力400KN，锚索抗拔力特征值400KN，锚索间距1500 mm，钻孔直径为150mm。

一、预应力锚索施工方法及工艺流程

（一）施工准备

1、钢绞线、水泥、锚具及外加剂工程材料进场送检复验合格，且机械设备进场验收满足要求，建立水泥浆搅拌加工制作后台。

2、锚索施工紧接基坑土方开挖进行，基坑土方开挖采取分段分层开挖，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Φ100mm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。

（二）预应力锚索施工工艺流程

钻机就位→锚索成孔→清孔（成孔报验）→锚索体制作及报验→锚索体安放→一次常压注浆→二次高压注浆（二次注浆时间在一次注浆锚固体强度达到5MPa后，且一次注浆初凝后终凝前进行）→腰梁绑扎钢筋浇筑混凝土→安装锚具→张拉锁定。

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、锚索成孔：钻孔前应根据设计要求定出孔位，并作出标记及编号。根据土质分析，风化岩可采用流水施工方法钻孔施工；如遇碎石层、砂层或软土层等易塌孔土层，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、跳钻及全套管跟进水冲法成孔的施工方法（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）。锚索成孔采用地质钻机钻进，成孔直径不小于150mm，成孔倾角为25度。钻孔过程中以钻杆长度或用一根聚乙烯管插入孔内复核控制孔深，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，锚索钻孔倾角度允许偏差为±3度，钻孔底部偏离轴线的允许偏差为锚索长度的3％，孔深应超过锚索设计长度0.5～1.0m。

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，清孔完成后立即插入锚索和注浆。

4、锚索制作：锚索体材料采用4φj15.2强度等级不小于1860MPa预应力钢绞线。锚索总长度为25m（未含预留张拉外露长度不少于1m），其中自由段长度为5m，锚固段长度为20m，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。锚索自由段涂防锈黄油二道，外包塑料布二层或塑料套管。结构锚索定位支架采用专用隔离架确保锚索保护层厚度，隔离架间距2000mm。

5、锚索体安放：锚索钻孔至设计深度并清孔后，将制作好的锚索体安放到钻孔内，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，锚索体放人孔内后，预留外露张拉长度1.6m(以桩外边为准，其中腰梁宽度为600mm)。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0.5m开小孔两个，外用工程胶布绑扎。

6、锚索注浆：注浆采用二次高压注浆工艺，浆液采用纯水泥浆，水灰比0.5，注浆体强度不低于30Mpa；浆液应搅拌均匀，并过筛，随搅随用，应在初凝前用完。锚索注浆分为一次常压注浆和二次高压注浆两个步骤进行，锚索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后，且一次注浆初凝后终凝前 (一般为3～5小时)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1.0～4.0Mpa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。

7、锚索成品保护：因浆体固结并达到一定强度需要时间，故锚索下孔至二次注浆完成后三天内须防止拉拔碰撞外露段。

8、腰梁施工：混凝土垫层浇筑完成后，进行腰梁底模板制安，钢筋绑扎及侧模板安装完成后，浇筑C40标号混凝土。

9、安放锚具：钢垫板尺寸按设计要求施工，锚垫板采用250×250×30钢板，锚垫板安放前必须确保腰梁表面平整，受力均匀即可。

10、预应力锚索张拉与锁定：在锚索注浆体和锚墩腰梁混凝土强度达到设计强度75%以上时，方可进行预应力张拉。锚索正式张拉前，先计算锚索张拉理论伸长量(计算公式:△S=PL/EA) ，再取15％的设计张拉荷载（约30～60KN），对其逐束钢绞线预张拉1~2次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直；再分7级循环加荷张拉至设计锚索抗拔力特征值400KN的1.5倍，每级持荷观测5分钟后再继续加压，如张拉过程中实际伸长量超出理论伸长量或无法加压时，应立即停止张拉，并将实际情况及时通知设计院复核处理。如能顺利完成锚索抗拔力特征值400KN的1.5倍加压稳定后卸荷为零，按锁定后有效应力Nu=400KN的1.3倍荷载进行锁定，锁定后如发现明显预应力损失应进行补偿张拉。

11、锚索的张拉与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300mm。

二、质量控制要点及措施分析

（一）锚索工程质量控制要点

锚索工程质量控制要点：严格按设计要求控制材料（钢绞线、水泥及外加剂），孔位精确度，锚索倾角，锚索长度，浆液水灰比，注浆压力，锚索注浆饱满度，注浆时间，张拉与锁定及锚索预应力等重要参数，施工前进行基本试验（试验锚索材料尺寸及施工工艺应用与工程锚索相同），以考核施工工艺的适用性和设备性能作为锚索质量控制的重要依据。

（二）措施分析

1、锚索材料质量偏差及制作质量偏差。锚索编束前，要确保每根钢绞线顺直，不扭不叉，排列均匀，对有死弯、机械损伤应剔除，要对每孔锚索编号，并标明锚索总长、自由段和锚固段的长度。定位环、隔离架位置设置准确，锚固段与非锚固段处置合理。

2、孔位不精确，导致孔口腰梁面与锚索轴线不垂直，故有调整腰梁面受力方向的作用，若设置不准确将致使以后张拉受力不均，变形过大甚至使锚头遭受破坏。

3、成孔机械设备性能是否满足施工要求。如岩层施工需采用气动潜孔锤击成孔施工工艺；而在一般软可塑粘土层中施工需采用全螺旋钻或间隔螺旋钻施工，夹粉土或粉砂层尚需增加泥浆护壁或带套管钻进。其不同设备在不同地质条件下的效果是不一样的。

4、锚索倾角的控制，采用测角仪调整倾角，到满足设计要求为止，倾角允许偏差为±3度。

5、锚索长度要根据设计要求及钻孔实际深度确定，允许误差±20mm，并对锚索按孔号相应编号。

6、浆液采用纯水泥浆，水灰比0.5，注浆体强度不低于30Mpa，为保证浆液性能可加入适量不同用途的外加剂；浆液应搅拌均匀，并过筛，随搅随用，应在初凝前用完，且二次注浆必须在一次注浆初凝后终凝前 (一般为3～5小时)进行，并使用比重称或比重计检验水灰比。

7、注浆压力一次注浆为1.0Mpa，二次注浆为3.0～4.0Mpa。

8、锚索注浆要求，注浆采用孔底到孔口反向注浆，至浆液从孔口溢出，浆液凝固收缩后再进行补注。通过锚索孔的高压注浆，浆液能充填基坑周边土层的裂隙和空隙，提高了基坑周边土层破碎岩层或土层的强度，增强了基坑周边土层的稳定性。

9、锚索张拉与锁定要在锚固段水泥浆体及锚墩腰梁混凝土达到设计强度不低于75%后方可进行。

10、使用的千斤顶及压力表必须经计量测试中心校准，并在有效期内按插值计算公式使用。

11、锚索正式张拉前，先计算锚索张拉理论伸长量 (计算公式:△S=PL/EA) ，再取15％的设计张拉荷载，对其逐束钢绞线预张拉1~2次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直；再分7级循环加荷张拉至设计锚索抗拔力特征值400KN的1.5倍，每级持荷观测5分钟后再继续加压，如张拉过程中实际伸长量超出理论伸长量或无法加压时，应立即停止张拉，并将实际情况及时通知设计院复核处理。如能顺利完成锚索抗拔力特征值400KN的1.5倍加压稳定后卸荷为零，按锁定后有效应力Nu=400KN的1.3倍荷载进行锁定，锁定后如发现明显预应力损失应进行补偿张拉。

12、对锚索外露段和锚头保护措施，张拉与锁定后，从锚具外边缘量起留300mm钢铰线，其余部分切割掉，在其外部覆盖塑料套管或涂防锈黄油二道，以防锈蚀破坏。

三、结语

锚索在实际工作中的受力状态，并检验锚索的施工质量，锚索受力性能良好，满足设计要求，且实际伸长量在理论伸长量范围内，说明本次锚索施工是成功的。同时，在施工过程中只有严格对施工工艺及质量把关控制，以及切实执行现行的国家及地区工程技术规范和质量规范，锚索施工质量才能满足设计要求，确保本深基坑工程质量安全、稳定受控。

参考文献：

[1]《广州地区建筑基坑支护技术规定》（GBJ02-98）

[2]《广东省地基基础施工及验收规程》（DBJ15-201-91）

[3]《广东省建筑基坑支护工程技术规程》（DBJ/T15-20-97）

[4]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）

[5]《土层锚杆设计与施工规范》（CECS22:90）

[6]《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS22 2005)