预应力锚索在基坑支护中的质量控制要点

何冰峰

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 基坑工程地质概况

根据勘察的地层情况和区域地质资料，场地岩性以杂填土、素填土、粉土、粉质黏土、中细砂、粉质黏土为主。地下水类型上部为潜水，含水层主要以粉土为主，该层地下水的补给来源主要为大气降水垂直入渗补给及地下水侧向径流方式补给，以地下水侧向径流为主要排泄方式。其下各层为承压水，含水层主要以中细砂层为主，主要以侧向径流补给为主。稳定水位标高在771.53～773.87m之间。

2 预应力锚索施工工艺流程

由于本工程预应力锚索施工所处的地层基本都为中细砂层，而且有地下水，所以干作业成孔不能施工，锚索采用套管跟进水钻成孔的方法，现场施工中为确保成孔质量，锚索采用隔孔施工。工艺流程为施工准备、钻机就位、调整孔位标高、校正钻杆角度、成孔、安放锚索、常规注浆、第压力注浆、锚索养护、制作安装工字钢腰梁及锚具、锚索张拉与锁定。

3 预应力锚索现场施工质量控制要点

3.1 施工准备

（1）组织施工人员进行技术交底，了解设计参数、施工工艺。

（2）材料进场后，通知各方进行验收，验收合格后，将材料按规范要求进行复试，复检合格方可使用。

（3）锚索制作。锚索采用低松弛、强度等级不小于1860MPa级的钢绞线，钢绞线直径为15.2mm，其表面应保持清洁，无铁锈、无污物及油污等其他有害物质。

严格按照图纸设计要求下料，钢绞线长度为锚索设计长度加1.2m的预留段；预留段主要是为后续的张拉锁定做预留。锚索体沿轴线方向每隔2.0m安放一个支撑架，钢绞线与支撑架用绑丝固定；自由段钢绞线尾端用防水胶布缠裹，套直径20mm塑料软管，两端用绑丝扎紧固定到钢绞线上，并用防水胶带密封；将注浆管安放到支撑架中心孔内，注浆管距锚索端30～50cm；锚索端安防导向帽，以便能够放入孔底。

杆体制作应在平坦、坚实的地面上进行，因为支撑架、注浆管是塑料的，制作好的锚索杆体应保持顺直，不得发生明显弯曲、变形；最好依次按顺序摆好，不要重叠堆放，避免相互挤压，压坏支撑架或者注浆管，给后续施工造成质量隐患。

3.2 钻机就位

（1）钻机作业平台应低于锚索孔位不小于50cm，作业平台宽度大于6m且保持平整。

（2）钻机就位后，调整钻机平整度，保持钻机平稳，以保证成孔质量及施工安全。

3.3 孔位校正

（1）钻孔开钻前，通过测量工具，严格按设计图纸要求将孔位标注到坡面上，现场自检合格后，通知监理验收，验收合格后方可钻孔。

（2）按图纸设计要求，通过钻机自带的角度尺调整钻杆角度，达到设计要求的角度；注意在作业过程中经常校核角度，减少钻杆水平偏角，保证成孔质量。

3.4 钻进成孔及质量控制

（1）根据勘察报告，选用合适的钻头，钻头直径应大于设计孔径。

（2）钻头对准孔位后匀速钻进，随着钻进深度增加，逐节安放钻杆，钻进过程中要严格控制角度。

（3）成孔过程中产生的积土要及时清理，从而减小孔内渣土返出的阻力。

（4）钻头钻至设计深度后，停止钻进。由于地层处于砂层，沉渣较快，因此在最后停留钻进过程中随着水冲作用，孔底沉渣被清理出来，保证后续插杆入孔的顺利；值得注意的是根据施工经验，不是停留时间越长越好，砂层本就较松散，冲洗时间过长可能造成孔内砂层塌孔，影响成孔质量，因此要根据不同地层把握好钻进的时间。

（5）锚索所在地层为中细砂层、易坍塌，因此本次采用泥浆护壁钻进，在水中加入适量的膨润土，起到泥浆护壁的作用，可以更好地钻进成孔；这样的处理方法和灌注桩泥浆护壁成孔和勘察上护壁钻进是一个道理。

（6）当施工过程中遇到地下障碍或地下空洞，应停止施工，及时上报监理与业主，等待处理，避免造成不必要事故。等探明障碍物后，根据设计调整锚索孔位及开孔角度避开障碍物；对有空洞的空位标明记号，在注浆时要加强注浆质量控制，提高锚索张拉质量。

3.5 安装锚索

（1）钻孔成孔后，经监理验收合格后，要及时安装锚索，安放过程中要保持锚索顺直、平稳安放，不得发生过大扭转。

（2）如果在安装过程中遇阻时，可适当调整提动、旋转锚索再重新插入孔内；如果仍无法插入孔内，及时将锚索提出孔外，用钻机重新清理钻孔。

（3）本次锚索施工中，由于地层原因，出现一些锚索安放杆件困难现象，经过多次试验和摸索，通过成孔后从套管中插入杆件，再慢速旋转拔出套管的方法，成功地解决了这一难题，且施工质量稳定有保证。

（4）安装完锚索后，孔外预留段长度一般不小于1.0m，以保证以后锚索有足够的张拉空间。

3.6 锚索注浆施工及现场质量控制

（1）注浆是锚索施工的重要工序，是决定锚索质量的决定性因素；注浆前检查注浆管是否畅通；注浆材料采用P.O.42.5水泥，水灰比0.5的纯水泥浆。第一次采用常压灌浆，通过现场试验确定水泥用量，注浆管与锚索连在一起，一同深入到孔底，灌浆结束24h后进行二次高压注浆；为保证注浆质量，完成一次注浆后间隔一段时间应及时补浆，保证全孔注满水泥浆。

（2）水泥浆液采用高速搅浆机搅拌均匀，搅拌时间不得少于2min，水泥浆液随用随搅，不能有水灰离析现象；通过细滤网将搅拌好的浆液过滤一下，滤出混入浆液中的石块、杂物，防止堵管；且浆液应在初凝前用完。

（3）本工程锚索的地层为含水量较大的中细砂层，为保证注浆质量，在杆体内留置2根注浆管；根据工程经验，第一次常压注浆后约3～5h内，用第二根管再次高压注浆，高压注浆的压力为2.5～5MPa。

需要注意的是，工期为3—9月，天气因素也是影响二次注浆时间的一个重要因素，6—8月气温较高，通过现场试验得出：一次常压注浆后，2h左右就应开始二次注浆，时间过长水泥浆凝固，可能导致二次压浆管打不开，造成二次压浆困难，影响锚索质量。

（4）在地下水位以下的砂层中施工时，注浆中的注浆管爆裂。因为在钻机成孔时会扰动地层，扰动与地下水双重作用下形成了流砂状的地层；即使采用泥浆护壁，安放完锚索后，流砂状地层在重力作用下包裹住锚索杆体，造成注浆时管内压力快速上升而爆管；如果水泥浆注不充分，会直接影响锚索质量，后期达不到张拉设计强度。为解决这个问题，在套管内钻进成孔、套管跟进、从套管内下放锚索后，套管不拔出，一次注浆在套管中进行，套管可以很好地阻挡住流砂状砂层对注浆管的包裹，等一次注浆结束后，慢速拔出套管，再进行2次间隔补浆，这样一次注浆质量得到保证，后再二次压浆。这种方法的优点是质量得到保证，但是缺点是施工速度大大降低。

（5）注意事项：对地下水位以下砂层注浆时，要用水泥袋子对注浆管孔口进行封堵，要求不能堵死，留有一定空隙；注浆时水泥浆液会将孔中滞留的水从孔底顶出来，砂子也会随着水流一起冲出；水从留出的空隙流出，孔中砂土凝结，避免造成塌孔或空洞。

（6）选用BW-320多功能泥浆泵进行注浆，注浆作业开始前，用清水清洗注浆管路及注浆泵。

3.7 锚索注浆体养护

（1）锚索注浆施工完成后，养护7d。养护时间因季节不同有所差异，夏季短一些；如果因为赶工期，需要尽快张拉，缩短养护时间，可以按照一定比例在水泥浆液中掺入一定量的三乙醇胺，养护时间会缩短，可提前张拉与锁定时间，进行下一步作业。

（2）锚索注浆体养护期间不得扰动。

3.8 制作并安装腰梁及锚具

钢腰梁为锚索的受力平台，以桩锚支护结构为例，钢梁为双拼25b工字钢；钢梁通过缀板焊接为整体，采用Q235钢材，焊缝高度不小于8mm，锚具为4孔，采用250mm×250mm×20mm厚的钢垫板。

3.9 锚索的张拉与锁定

当注浆锚固体强度达到设计值的75%后方可进行张拉锁定。锚索1860级4束，公称直径15.2mm，极限抗拔承载力标准值570kN，抗拔承载力检测值550kN，张拉锁定值280kN。

在钢梁焊接完成、水泥浆液达到规定强度后，即可进行锚索的张拉，张拉完成后锁定。

（1）锚索张拉与锁定施工前，对张拉机、千斤顶、油泵等进行张拉校定，校定后出具检测报告，检测报告中会给出其压力表（MPa）与所加荷载（kN）的换算公式，张拉设备额定压力（MPa）须大于试验压力（MPa）。本工程所用设备是在太原理工大学工程力学实验中心进行校订，有相关检测报告，检测报告中压力表标定曲线和公式：

式中：Y——压力表显示值，MPa；

X——对应荷加值，kN。

（2）锚索张拉应严格按照施工规程操作，为避免张拉过程中相邻锚索的相互影响，锚索张拉应从中间开始，最后张拉两边。

（3）在正式张拉前，先取设计张拉值的20%，对锚索预张拉1～2次，使锚索各部位紧密接触，钢绞线完全拉直。锚索每根钢绞线应均匀、同时受力，避免因受力不均造成钢绞线破坏。

（4）锚索采用逐级张拉，张拉时要考虑锁定过程中预应力损失，因此张拉力可取锁定值的1.1倍，即308kN；一般情况我们可以分成3级，即第一级加荷至张拉锁定值的50%；第二级加荷至张拉锁定值的75%；第三级加荷至张拉锁定值的110%；每级张拉的压力应保持3～5min，等张拉机压力表读数稳定后，并且锚头位移稳定，开始下一级加载，如表1；记录各级荷载下锚头的位移量。

表1 分级张拉压力表读数与对应锁定值

（5）逐级加荷至37.4MPa（308kN）时，再松弛至设计锁定力值34MPa（280kN）进行锁定。

（6）锚索锁定后，为确保质量，48h内巡检次数不小于2次，如果发现锚索预应力有损失，且损失的拉力大于锚索设计特征值的10%时，应及时对锚索进行补偿张拉。

（7）锚索验收合格后，应保持时间不小于48h，预应力损失在设计允许范围内，才可以切除外露的钢绞线，切口距外锚具的距离应该大于10cm；切除不可以用电焊切割，可用手动切割机冷切。

4 结论

预应力锚索是一种经济、实用、安全有效的基坑支护技术，可以有效地控制基坑岩土体（结构物）的变形。要保证锚索的施工质量，必须注意以下几点：一是要根据施工现场的工程地质条件，选择合适的成孔机械，采用经济合理的施工工艺和切实可行的质量控制措施。二是选择责任心强、业务水平高的技术管理人员和施工队伍。三是锚索施工工序较多，工艺比较复杂，要严格按设计和规范要求施工，控制好每一道工序的质量，保证预应力锚索整体质量。四是要加强研究锚索在不同地层中的锚固机理，不断提高锚索技术的适用性、实用性。五是要研究锚索在不同施工环境或因素影响下的安全可靠性，有针对性地避免、减少外界因素的干扰，提高锚索使用的安全性、可靠性。