结合工程实例谈预应力锚索施工技术

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摘要 结合工程实例分析了含水砂土基炕采用咬合桩、预应力锚索、横向临时支撑(钢筋混凝土支撑)联合支护的施工技术

关键词 预应力锚索 施工技术

1工程概况

该工程，全段总长1260m。其中：道路长209m；U型槽长204m；遮阳棚长141m；明挖隧道长464m，暗挖隧道长242m，隧道全长706m。

其中遮阳棚和明挖隧道开挖基坑围护采用咬合桩+钢筋混凝土水平支撑+预应力锚索(2-4道锚索)联合支护。

2工程地质及水文地质

2．1工程地质状况

场区在地貌上属于平原，沉积着较厚的砂质粉土层，场区曾经发生海侵与海退，沉积韵律发育明显，在以陆相沉积地层之间发育着海相淤泥质粉质粘土地层。

沿线地基土浅部主要为第四系土层，土层的厚度、分布及性质均较稳定，下部以全新世滨海淤积形成的粘性土层，性质及均一性相对较差，之下为晚更新世形成的冲湖相粘性土层及砂砾土层，性质较好，均一性较差。

2． 2水文地质条件

本工程地下水，主要有第四系松散岩类潜水和第四系松散岩类承压水两类，场区内主要是潜水。潜水赋存于浅部人工填土及其下部粉、砂性土层内，富水性和透水性具有各向异性，特别是表部填土层，透水性良好，下部粉性土层透水性弱，含水层厚度在16，5m―21．8m。地下水位埋藏较浅，一般在1．0m ―1．5m之间，该含水层多为微咸水，水化学类型为CO：CL―Na型。渗透系数一般在10―4cm／s数量级左右。

第四系孔隙承压水主要赋存于下部圆砾、卵石层内，其上覆粘性土，是相对隔水层，含水层顶板埋深为33．95m―40．55m，厚度大于10．90m，透水性良好，沿线全场均有分布，具有明显的埋深、污染少、水量大的特点，单井开采量1000m3／d-3000m3／d，水位标高+5．5m-―4．5m，随季节变化，动水位埋深通常为0．8m―10．6m，施工中若导通将会引起涌水。

3预应力锚索在工程中的选定

本工程原设计，遮阳棚和明挖隧道段基坑开挖支护采用咬合桩+钢筋混凝土水平支撑((1-2道)或咬合桩+Q609钢管水平支撑(2-3道)联合支护，基于以下方面的因素：(1)工期压力大，原设计在施工时存在着“换撑”的问题，循环施工周期较长；(2)地下水丰富，工程防水等级要求高，由于换撑造成施工侧墙时存在多道水平施工缝，增大工程防水难度，容易给工程今后使用带来隐患。

鉴于预应力锚索技术在深基坑加固方面有比较广泛、成熟的应用，它与围护桩联合使用是抑制基坑变形，防止基坑失稳行之有效的办法，而且具有工期短、投资少、不占开挖空间的优点，因而提出修改设计的遮阳棚和明挖隧道开挖围护为咬合桩+钢筋混凝土水平支撑+预应力锚索(3―4道锚索)联合支护的方案。

4预应力锚索施工

4．1设计参数

锚索根据基坑开挖深度的不同，分为两种：甲式，锚索由5根7股d=15．24mm高强度低松弛钢绞线制作，锚固段长度为19m，自由段长度为5m，设计锚索抗拔力为600t；乙式，锚索由3根7股d：15．24mm高强度低松弛钢绞线制作，锚固段长度为12m，自由段长度为5m，设计锚索抗拔力为450t。锚索角度除第一排为15o，其余均为30o。锚索间距1．6m，排距2．0m-2．5m。全孔范围采用42．5R纯水泥浆灌注，水灰比为0，45―0．5，注浆分二次，第一次待浆液从孔口流出后停止注浆，注浆压力0．4MPa-0．6MPa，第二次采用高压注浆，注浆压力一般为2．0MPa―2．MPa。自由段采用塑料套管隔离防护，锚孔孔径130mm，锚索垫块采用C30钢筋混凝土锁口腰梁，上垫钢板。

4.2锚索施工工艺

4.2.1施工工艺流程

见图1。

根据设计锚索位置，测量放孔，锚索编号标识在对应围护桩上。

②钻机就位

钻机基底用方木或木板支撑垫平，孔位要求水平方向误差不大于50mm，垂直方向孑乙距误差不大于100mm。

③钻孔

采用MK―5型钻机，先用金刚石钻头或合金钻头破桩开孔，然后改长螺旋钻具或三翼钻头成孔，为保证成孔顺利不塌孔，采取套管跟进措施，成孔直径130mm，成孔深度比设计的锚索长度大1m。要求水平方向孔距误差不大于50mm，垂直方向孔距误差不大于10mm，同时用罗盘定出钻孔倾斜角度，以保证钻孔底部偏斜尺寸不大于锚索长度的3％。钻孔深度乙=乙s―乙，+乙d，其中：乙s一设计锚索长度，乙。一预留张拉段长度，0．7m，乙d一导向锥及预留沉碴段长度1．Om，钻孔深度不得小于乙值，也不宜大于乙值的1％。

④锚索编制

锚索采用5(3)X15．24mm低松驰钢铰线编制，钢铰线标准强度1860MPa，先把整卷的钢铰线用钢管架固定好，再拆捆放线。根据设计确定钢绞线下料长度，下料时同孔各股钢绞线长度误差不大于50mm。对钢绞线进行除油、除锈处理，并按规律平直排列，沿钢绞线方向每隔1．5m设置一个橡胶隔离架。隔离架与钢绞线间用扎丝绑扎，隔离架保护 层不小于2cm。钢绞线自由段进行防腐处理，外套塑料管，两端用扎丝扎紧。钢绞线端头焊在导向锥上，导向锥采用F50mm钢管，一端加工成锥形。注浆管用F20mm塑料管从隔离架中心穿过用扎丝扎紧，一端紧临导向锥，用细铁丝捆住。自由段涂黄 油，套装塑料螺纹管，以便绝缘。

锚时重新核定锚索全长、锚固段长度、自由段长度及各部分焊接、捆扎情况。确认合格后抬至现场平顺摆放，待吹孔完毕，将锚索缓慢平直放人孔内，孔口预留0．7m张拉长度。

⑤下锚

由于锚索较长、较重、基坑较深，所以下锚必须集中人员，锚索人孔要慢，要让锚索慢慢送人，要求锚索在孔内平直不扭，锚索在扩张环支撑下居中，下锚过程中如遇塌孔，应拔出扫孔后再下人，为预防下锚过程中注浆管被土堵塞，也可连接注浆泵，开小水，边下锚边送水，锚索人孔深度不得小于设计长度的95％。

⑥洗孔、第一次注浆下锚后，利用捆扎在钢绞线上的注浆塑料管用高压水清孔，按照配合比将水泥浆搅拌均匀，待孔中泥浆清净后立即注浆。注浆采用BW―250型泥浆泵，注浆材料注浆采用42，5R普通硅酸盐水泥制成的纯水泥浆，水灰比0．40-0．50，另加早强剂1％，减水剂6％0，保持0，6MPa―0．8MPa的注浆压力，待孔口溢出浓水泥浆时第一次注浆结束。

⑦第二次高压注浆

当第一次注浆体达到5MPa时进行二次高压补浆(根据浆液试块强度来决定二次高压补浆的时间，一般在6h―8h之间)，注浆压力根据情况而定，太小造成孔壁与砂浆体之间未充满，摩阻力较小，抗拔力不高，位移较大，当压力太大时，由于土体强度不高导致土体破坏而使浆液从孔壁或邻近孔流失，也影响锚索的抗拔力，影响基坑稳定，通过试验锚确定二次高压补浆终压控制在2．0MPa-2．5MPao其注浆量统为锚索长24m时1．4m’；锚索长19m时1．2m3。

⑧腰梁制作

锚索注浆结束后，立即进行锁口腰梁制做。先凿出围护桩主筋并利用锚固筋与围护桩主筋焊接将锁口腰梁与围护桩联接成整体，然后根据设计图及规范要求现场绑扎钢筋，采用组合钢模板制模，钢管扣件及对拉螺栓加固模板，斗吊混凝土人模，插人式振捣棒振捣混凝土。锁口腰梁混凝土采用C30混凝土，坍落度120±10mm。考虑基坑施工的时空效应，混凝土中掺加早强剂，以便尽快张拉锚固。腰梁制作时应把锚索用PVC管套装，以免钢筋混凝土与钢铰线粘结。

⑨张拉锁定

张拉前对张拉设备进行标定，在张拉过程中根据标定曲线找到与控制张拉力N值相对应的压力表读数P值。

锚孔砂浆达到设计强度的70％和锚垫板混凝土抗压强度大于15MPa后对锚索进行张拉锁定作业，张拉设备采用OVM油泵及YCWl50B千斤顶，钢垫板为30emx 30emx2cm钢板，中心挖孑L直径6em，锚索张拉分5级加载，分级荷载分别为10％Nt、25％Nt、50％Nt、75％Nt、100％Nt(5根7股d=15．24锚索Nt取600KN)。每次加载后观测一定的时间(见表1)，并记录锚头位移量，绘制P―s曲线，与标准P―s线比较，验证实际伸长值是否大于理论伸长值的80％，小于自由段长度与1／2锚固段长度之和的理论伸长值。

张拉时先取10％Nt(Nt为设计锚固力，本工点为600KN)，即60kN为预张拉力，对锚索预张拉l―2次。使锚索各部分接触紧密，并使钢绞线平直，以免钢绞线因受力不均被拉断。同时减少加荷时初伸长值。过大的影响因素。

施工前，先对钢绞线进行试验，测出其弹性模量和截面积，用采计算其理论伸长值。(锚索理论伸长量占=PL／EA，其中：户一张拉力、乙一自由段长度、Z一钢绞线弹性模量、A一钢绞线截面积)根据预加应力户与伸长值s同步递增，拉力“双校”检验。表2为随机6根锚索(自由段长度不同)的预加应力户与实测伸长值矽对应表。

5砂土层预应力锚索施工难点及其解决措施

将高强度预应力锚索用于富含水砂土层基坑围护，据了解在整个华东地区尚属首次，主要面临的难点是：由于地下水位高，锚索孔在钻进的过程中出现涌砂、涌水，如何实现预应力锚索的成孔、下锚。为

此在总结失败教训的基础上，最后确定了接长套管，泥浆护壁，利用泥浆压力平衡地下水压力的施工方案，最终获得成功。

6锚索加固效果及其体会

本工程所有预应力锚索，经检查全部达到设计要求，满足基坑的安全支护。和原设计相比，不但加快了工程施工进度，而且突破了预应力锚索在富含水砂土层中设置的技术性难题，扩展了预应力锚索的运用范围，得到了业主、设计及有关专家的肯定，取得了明显的社会效应及经济效应。