浅谈预应力锚索技术在基坑支护工程中的应用

魏浩勇

【摘 要】以郑州市轨道交通调度中心施工01标段工程基坑支护为例，对预应力锚索在基坑支护工程应用中的施工工艺等进行阐述，为同类的相关工程提供技术参考。

【关键词】预应力锚索；基坑支护；施工工艺；监测

1、工程概况

郑州市轨道交通调度中心施工01标段工程位于郑州市郑东新区，紧邻郑州高铁东站，红线范围以外东、南、西三面为已修筑完成的市政道路，北面为规划二期用地。本工程基坑平面大致呈矩形，南北长117m，东西宽105m，基坑开挖深度标高为- 12.7米，基坑开挖深度在周边道路下11.5米处。基坑侧壁安全等级为一级。基坑周壁土质较好，主要为粉土及有机质粘土。根据勘察报告，场地地下水受相邻基坑降水影响较大，基坑开挖需对地下水进行处理，建筑红线范围内无地下管线，周边市政道路地下管网均位于锚索施工标高以上。

本工程基坑开挖及边坡支护方案为：北部具有放坡空间，采用1：1.3放坡加喷浆护坡形式施工。东、西、南三面基坑采用上部4.5米用1：0.3放坡开挖，土钉墙支护，下部双层预应力锚索加现浇钢筋混凝土灌注桩支护结构施工。

2、预应力锚索结构及概况

本工程共有预应力锚索412根，第一排锚索的标高为-7.4m，长度为26m，共207根，第二排锚索的标高为-9.8m，长度为23m，共205根。锚索成孔直径150mm，倾角15°，间距1500mm，使用3-7φ5 S15.2钢绞线制作，钢绞线公称强度1860Mpa，公称直径D=15.2mm。沿杆体轴线方向每隔2m左右设置居中支架一个。锚索采用二次注浆，浆液为P.O 42.5纯水泥浆，水灰比0.5。一次注浆压力0.3-0.5Mpa，二次注浆压力2.5-3.0Mpa。

3、预应力锚索施工

3.1 预应力锚索施工工艺流程

预应力锚索施工的工艺流程为：土方开挖（开挖至锚杆标高下500mm处）→锚索测量定位放线→设备就位→钻机成孔→锚索制作及安放→一次注浆→二次高压劈裂注浆→腰梁制作安装→锚索张拉锁定封锚。

3.2预应力锚索施工的准备

（1）相关技术及条件准备

相关技术负责人编制详尽有效的施工方案，对锚索施工的技术要点等进行技术交底，并将相关技术指标等传达到施工班组。预应力锚索施工前支护桩等工作等已经施工完毕并验收合格具备预应力锚索施工的条件。

（2）材料及机械准备

水泥、钢绞线、锚具等材料落实完成供货单位，并根据施工进度制定材料供货计划，确保备料充分。对水泥、钢绞线等材料进行取样试验，保证材料质量。

钻机、电焊机、高压泵、搅拌机、切割机、张拉机等机械进场前做好维修工作，保证设备机械完好性；机械设备进场后，应组织人员对机械设备进行调试，试运转，保证施工过程中，机械设备可安全正常工作。

3.3主要施工工序的施工方法及技术控制

（1）锚孔施工

锚孔定位：开挖后的基坑壁经过修整，按设计要求的标高和水平间距，用水准仪和钢尺定出孔位，做好标记。

成孔：钻孔是锚索施工中控制工期的关键工序。为确保钻孔效率和保证钻孔质量，选用硬质合金钻头干成孔钻机。钻机钻井时，按锚索设计长度将钻孔所需钻杆摆放整齐，钻杆用完，孔深也恰好到位。钻孔深度要超出锚索设计长度0.5m左右。将专用锚杆钻机，对准已放好的孔位，调整好角度，由质检员验收合格后准许开钻。结合本工程施工地质等条件，本工程采用干成孔钻机可以提高成孔效率，又可以改善工人施工操作环境，减少安全文明施工成本。

成孔施工符合下列要求：

预应力锚索孔深偏差±50mm，孔距偏差±100mm，孔径偏差±5mm，钻孔底部的偏斜尺寸不大于锚固体直径的3%。

（2）锚索制作与安放

钢绞线应清除油污、锈斑，严格按设计尺寸下料，每股长度误差不大于50mm。钢绞线按一定规律平直排列，锚索锚固段沿杆体轴线方向每隔2m设置一个架线环，两个架线环之间用夹紧环与二次注浆管捆扎牢固形成一束结。锚索自由段用塑料管包裹，与锚固段相交处的塑料管管口用胶布封住。

组装锚索时同时安放两根注浆管，一次注浆管底端距锚索底端0.2m左右，二次注浆管的管底距离锚索底端0.8m左右。二次注浆管管底出口处用胶布封住，且从注浆管端50cm处开始向上每隔3m左右做出1m长的花管，花管的孔眼直径为8mm，每段6个孔眼，花管做几段视锚固段长度而定，孔眼用胶布封住。

组装好的锚索（包括注浆管）在钻孔结束后立即放入孔内，安放时，防止锚索扭压、弯曲，并確保锚索处于钻孔中心位置，锚索插入孔内深度不小于设计长度的98%。

锚索制作、存储等应在专门的操作棚内进行。锚索制作应在成孔前制作完毕验收合格，孔内的土屑等清理干净，锚索成孔验收合格后立即进行锚索的安放，缩短施工时间，减少空洞空置时间，降低塌孔等机率。安放锚索不得损坏防腐层，不得影响正常的注浆作业。锚索安放后不得随意敲击，悬挂重物。

（3）注浆工艺

锚索安放合格后应立即进行锚索的注浆作业。注浆分两次进行，采用P.O 42.5水泥制浆，水灰比0.5。一次注浆压力0.3～0.5Mpa，二次注浆压力2.5～3.0Mpa。注浆时，将配制好的浆液用注浆泵通过胶管压入一次注浆管中，浆液从注浆管底端喷出，随着浆液的灌入，逐步上拔注浆管，注意上拔注浆管底端必须始终埋入浆液液面下2m左右，以保证锚固体的浆液连续且密实。注浆直到孔口溢出浆液为止，此时拔出第一次注浆管。二次注浆利用二次注浆花管进行高压劈裂注浆，注浆压力达到最高压力后，此时注浆作业结束，二次注浆管留于孔内。二次注浆应在一次注浆形成的水泥结石体达到5MPa后进行。

注浆注意事项：

1）浆液应随拌随用，并在初凝前用完。注浆作业开始时，先用稀水泥浆循环注浆系统1～2min，确保注浆时浆液畅通。注浆设备应有足够的浆液生产能力和所需的额定压力，采用的注浆管应能在1h内完成单根锚索的连续注浆。

2）对于一次注浆，当浆液硬化后，若发现浆液没有充满锚孔时，进行补浆。同一批锚孔注浆结束后，要清洗注浆管道循环系统。

3） 锚索注浆完成后外露部分要用胶布及防腐材料包缠好，防止钢绞线损伤或生锈。

（4）腰梁制作与安装

根据设计要求，采用2×M22a型槽钢做腰梁。2根槽钢上下平行放置，用钢板垫块焊接连接，中间采用加强肋加固，与槽钢垂直方向焊接，间距同锚索，固定钢垫板与孔向垂直、和孔中心保持一致。

腰梁要通长设置，在转角处尽量不断开，保证其受力的连续性，槽钢之间的连接用钢板焊接，焊缝高度不小于8mm，焊縫均满焊，其他构造措施参见图纸。承压板安装要求平整牢固，板面应与锚杆受力轴线垂直。

在支护桩施工过程中，技术人员要严格按照设计图纸测量桩位，确保每个桩位的定位准确，严格控制桩间喷面的平整度，以保证双槽钢腰梁与坑壁紧密接触。考虑到施工规范允许的桩位偏差会使桩发生不在同一条直线上的情况，为保证腰梁与桩的有效接触，在腰梁和护坡桩间放置钢垫板，使腰梁尽量保持在同一直线，以保障预应力的可靠传递。

腰梁在安装时应满足下列要求：

1） 腰梁、垫块与桩之间要求面接触，不允许点接触。必要时需对向外突鼓的桩进行人工凿平，对向内凹陷的桩用300×300钢板垫平，并应使钢板与腰梁连接牢固。

2） 腰梁安装要求高度一致，在水平方向尽量做到槽钢接头对应，尽量保证桩外露部分的平整度，若受桩外露部分高低不平的限制，一定要保证单个槽钢的平整度，允许接头错位，但要求用钢板焊接牢固。

3） 要求锚头在通过槽钢腰梁中间时居中或稍偏离中央，但不允许接触腰梁。

（5）预应力锚索张拉与锁定

锚索的张拉与施加预应力（锁定）符合以下规定：

1）预应力锚索张拉前，对张拉设备进行标定。张拉应在浆体强度达到15MPa并达到设计强度的75%后进行。考虑到锚索张拉对邻近锚杆的影响，锚索张拉采用隔一拉一的张拉顺序。锚索正式张拉前，取20%的设计张拉荷载，对其预张拉1～2次，使其与锚具接触紧密，钢绞线完全平直。

2）锚索分级张拉至1.05倍的设计施加预应力值并维持稳定后锁定。对岩层、砂性土层保持10min，粘性土层保持15min。分级张拉速率应符合设计要求。锁定后48h内，应力损失超过10%时应进行补偿张拉。

张拉完成验收合格后应及时进行锚头保护工作，将锚具外大于120mm的钢绞线用切割片割除，割除过程要轻，并加水降温，严禁扰动和产生高温。在锚具或钢绞线端头，用混凝土封闭保护，混凝土保护的厚度不小于10cm。

4、预应力锚索的验收试验和监测注意事项

4.1预应力锚索的试验

预应力锚索注浆浆体强度检验用的试块每30根锚杆不应少于1组，每组不应少于6块。

锚索应在锚固体和外锚头强度达到设计强度的75%后进行土层锚杆验收试验，检测单根锚索承载力（锚索承载力设计值为200kN），试验数量为锚杆总数的5%，且每层不少于3根；对特殊要求的工程，可按照设计要求增加验收锚杆的数量。

4.2预应力锚索的监测和维护

预应力锚索工作期间应做锚索应力监测和维护工作。预应力锚索的监测在设计阶段由业主委托有资质的监测单位编制监测方案，并在施工阶段及完工后进行定期检查和检测，施工单位要及时和检测单位沟通，获得监测数据，为工程的安全施工提供保障。

永久性锚杆应监测锚杆拉力、锚固结构的变形、锚杆腐蚀状况等三项，监测数量为工程锚杆总量的5%～10%，且不得少于3根。当所监测锚索的初始预应力值的变化大于锚杆轴向设计值的10%时，应采取重复张拉或适当卸载的措施。锚头或被锚固结构的变形明显增大并接近容许变形值时，应采取增补锚杆或其他措施予以加强。

5、结语

随着大量深基坑工程的出现，基坑支护作为工程安全进行的重要保障，在工程中的重要性愈加突出。预应力锚索作为基坑支护工程中重要的施工技术，在基坑支护工作中大量使用，通过本工程的使用不仅有效保证了工程的施工安全，减小了工程施工的占地面积和土方开挖工程量，相对减少了工程的经济投入，取得了一定的社会、经济和环境效益。

参考文献：

[1] 赵庆丽.浅述深基坑预应力锚索支护施工技术[J]. 建筑学研究前沿，2012

[2] 岩土锚杆（索）技术规程CECS22： 2005 . 中国计划出版社，2005