预应力锚索在深基坑支护中的应用

蔡 伟 王泓轲

(江苏省江南建筑技术发展总公司，江苏 南京 210008)



预应力锚索在深基坑支护中的应用

蔡 伟 王泓轲

(江苏省江南建筑技术发展总公司，江苏 南京 210008)

结合马鞍山市某工程的地质条件，确定了多排预应力锚索基坑支护方案，并阐述了预应力锚索设计与施工方法，对锚索的极限抗拔力进行了检测，通过基坑监测结果表明，该支护方案既有效控制了基坑变形，又缩短了施工工期。

基坑，预应力锚索，支护设计，监测方案

1 工程概况

本工程位于马鞍山市中心繁华地段，总占地面积约32 000 m2，基坑周长730 m，开挖深度7.0 m～14.20 m，由两幢超高层及群房组成，总建筑面积约32万 m2，地下室3层，基坑土方开挖量约45万 m3。拟建基坑南侧距湖南西路约7 m；东侧距湖东北路约9 m；北侧距湖东路第二小学约10 m，距档案馆约1.50 m；西侧距雨山湖最近距离约20 m，基坑安全等级为一级，周边环境复杂，对基坑开挖变形控制异常严格。基坑平面如图1所示。

2 工程地质条件

根据岩土工程勘察报告，施工场地地层在基坑开挖范围内自上而下主要描述如下：①层杂填土，高压缩性、工程地质性能极差；②层粉质黏土，中偏高压缩性、工程地质性能一般；③1层粉质黏土，中压缩性、工程地质性能较好;③层粉质黏土，中偏低压缩性、工程地质性能较好;④层全风化花岗岩，工程地质性能较好;⑤层强风化花岗岩，工程地质性能较好。

3 基坑支护设计形式

3.1 支护方案选择

本工程具有基坑开挖较深，周边环境复杂，工期要求紧等特点。基坑红线范围内可用场地面积非常狭小，北侧学校上课期间对施工噪声非常敏感，东北侧有城市重要建筑物马鞍山档案馆，且距离基坑开挖边线仅1.5 m。如采用保守设计方案即竖向设置钻孔灌注桩排桩封闭围护，横向内设两层满堂混凝土支撑，不仅施工周期较长，造价较高，且大面积支撑破除过程中产生的噪声污染将严重影响周边环境特别是学校的正常教学。为此，设计单位经过反复论证、比较、修改，最终确定支护方案如下：

1)支护挡土结构普遍区域采用钻孔灌注桩。2)为确保北侧学校及档案馆安全，基坑北侧设置两道临时钢筋混凝土支撑，邻近档案馆区域浅层另增设一道局部附加混凝土角撑。3)其余区域采用2道～5道预应力锚索，排桩内侧设置竖向挂网喷浆喷锚防护构造。

此方案的优点在于：

1)施工速度快。预应力锚索施工基本不影响土方大面积开挖，且施工灵活性较强，可随时根据土方开挖进度及区域进行局部抢工。2)对环境影响小。预应力锚索施工及张拉过程基本不产生噪声污染，且后期不需要拆除，不会产生大量的建筑垃圾。3)造价相对较低。相比满堂混凝土内支撑，预应力锚索施工更加方便、经济。

3.2 预应力锚索设计

基坑北侧邻近学校区域配合混凝土支撑共设置两道预应力锚索，东北侧浅层设置一道预应力锚索，其余区域采用2道～5道预应力锚索，锚索横向间距2 200 mm，孔径150 mm，锚固角度15°，每根锚索由3根φ15.2钢绞线组成，强度标准值为1 860 N/mm2，第一层锚索锚定在混凝土圈梁上，2层～5层锚索锚定在双拼工字钢腰梁上，锚索总量824根，锚索施工剖面及大样见图2。

各区域预应力锚索施工参数见表1。

表1 各层锚索施工参数

区域层面自由段长度/m锚固段长度/m张拉值/kN锁定拉力/kNAA'(B'C)段1层1018(17)250902层9143001503层7184001804层616350150A'B/BB'段1层18(17)10250902层9143001503层7204201804层6184001505层612280130CD(DEF)段1层10(9)17(18)25090(110)2层914(18)300(350)1503层716(18)350(400)150(180)4层614330130FG段1层914250902层7133001303层613300130NA(HI)段1层10(7)18(13)250(200)90GH(JK)段1层9(8)13(12)200902层7(6)1220090

4 预应力锚索施工

4.1 施工工艺

预应力锚索施工流程有以下步骤：

施工准备→钻机就位→装钻杆→校正孔位→调整角度→钻孔(接钻杆)→钻到设计深度→稳钻护孔→制作、安装锚索→一次注浆→二次高压注浆→养护→安装锚索围檩→焊锚具→张拉锚索→锚头锁定→割除锚头多余钢绞线，对锚头进行保护。

4.2 施工质量保证措施

1)在施工同一层面锚索前，以10根孔位为一组，通过测量放线在孔位两端设置水平位置控制桩，通长拉线确保所有孔位高度一致。

2)孔径、孔深不得小于设计要求，孔深在达到设计值后还应超钻50 cm，钻进至预定深度后不能立即停钻，需稳钻1 min～2 min，并缓慢的来回抽动钻杆，稳住孔壁，防止塌孔及孔底尖灭。

3)钻孔完成后应立即放入骨架，如遇障碍不得强行塞入，需拉出骨架重新扫孔，直至骨架能顺畅进入指定位置。

4)一次常压注浆时，注浆管的出浆口应距孔底30 cm～50 cm，浆液自上而下连续灌注，且确保能从孔内顺利排渣排气。实际注浆量一般应大于理论注浆量，以排气孔不再排气且孔口溢出浓浆作为一次注浆结束的标准，回收一次注浆管时应匀速缓慢，防止对锚固体造成过大扰动。

5)对锚固体的二次高压注浆，应在一次常压注浆形成的锚固体强度达到5 MPa后进行，浆液采用水灰比0.5∶1的纯水泥浆，注浆压力为2.0 MPa～3.0 MPa。

6)锚索需在锚固体强度大于15 MPa并达到设计强度等级的75%后方可进行张拉。

5 预应力锚索试验检测

5.1 基本试验

为检验锚索抗拔力是否能满足设计要求，同时为设计提供修改及完善图纸的依据，在预应力锚索正式施工前，需先选定几处有代表性的部位进行破坏性抗拔基本试验，本工程按设计要求分别在NA,BB′,CD,DE段共设置了4组，每组3根共12根锚索基本试验，试验工况见表2。

表2 基本试验工况表

根据检测单位的抗拔检测报告，四组锚索极限抗拔力均满足设计要求，检测数据见表3。

表3 基本试验检测成果

5.2 验收试验

验收试验范围标准为：每种类型的锚索总数的5%且不少于3根。由于本工程锚索施工参数种类较多，最终以不同层面、不同长度进行归类划分，共选取46根锚索进行验收试验。验收试验锚索弹性变形范围计算公式如式(1)，式(2)所示：

(1)

(2)

其中，ΔS1为自由段长度理论弹性伸长量的80%；ΔS2为自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长量；P为试验荷载,N;A为横截面面积,mm2；ES为钢绞线弹性模量，Ⅱ级钢筋取2.0×105N/mm2；Lf为自由段长度，mm；La为锚固段长度，mm。

验收试验采取分级加载，初始荷载取杆体轴向拉力设计值的0.10倍，然后取设计值的0.50倍，0.75倍，1.00倍，1.20倍依次加载，每级荷载稳定5 min，最后一级荷载稳定10 min，如果在1 min～10 min内锚头位移增量超过1.0 mm，应再维持50 min，并在15 min,20 min,25 min,30 min,45 min和60 min时记录锚头位移增量，位移稳定后即卸载至0.1倍设计值，稳定5 min记录位移，然后加载至锁定荷载锁定。

判定合格条件：1)在最大荷载下所测得的弹性位移量超过该荷载下自由段长度理论弹性伸长量的80%(ΔS1)，且小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长量(ΔS2)。2)在最后一级荷载作用下1 min～10 min锚索位移增量不大于1.0 mm，如超过，则6 min～60 min内锚索位移增量不大于2.0 mm。

根据检测单位出具的《预应力锚索极限抗拔力检测报告》，本工程所有验收试验检测锚索极限抗拔力均满足设计及规范要求。

6 基坑监测

6.1 监测方案

为了在开挖过程中及时、准确的了解基坑变形情况，指导施工顺利进行，需要制定一套完整、有效且对重点部位有针对性的基坑监测方案，根据规范及设计要求，结合现场实际情况，本工程基坑监测项目预警值及频率见表4。

表4 基坑监测项目预警值及监测频率

由于基坑东、西两侧紧邻市政道路且未设置内支撑，外侧土体侧向压力除排桩外全部由预应力锚索承受，故布置检测点位时，在上述部位有针对性的进行了加密。

6.2 监测结果

在整个基坑工程施工过程中，监测单位总共进行了151次现场监测，从监测报告中可以看出，基坑整体稳定可靠，在变形最大的土方开挖期间，日变形速率也远小于报警值，过程中基坑周边也未发现明显裂缝，道路及附近建筑物也未发生明显沉降。锚索部位的深层土体位移曲线对应各层锚索呈现出较明显的波浪形。

7 结语

随着我国城市建设的不断发展，城区繁华地段出现深基坑的频率越来越高，传统的深基坑支护形式存在造价高、工期长、污染严重等问题。本文通过工程实例，详细介绍了多排预应力锚索在深基坑支护工程中设计、施工、试验检测及变形监测的整个过程，体现了预应力锚索施工的经济、快速、便捷等特点，同时也很好的控制了基坑变形。

[1] CECS 22:2005,岩土锚杆(索)技术规程[S].

[2] 刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2009.

[3] 邱向石.预应力锚索的类型及特点[J].施工技术，2014(4)：49-50.

[4] 中国土木工程协会土力学及岩土工程分会.深基坑支护技术指南[M].北京：中国建筑工业出版社，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 伟(1980- )，男，工程师； 王泓轲(1990- )，男，助理工程师

TU463

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