预应力对拉锚杆技术在深基坑工程中的研究与应用*

 刘芳玲1，陈文峰2，李安元3

  （1．安徽理工大学土木建筑学院，安徽  淮南  232001;2．淮南职业技术学院，安徽  淮南232001；3．中建四局第六建筑工程有限公司，安徽  合肥230011）

[摘要]预应力对拉锚杆技术是在满足2个基坑间小净距地块情况下，保证支护结构本身的安全，确保周围建（构）筑物的安全和正常使用的支护方式。从设计原理、施工工艺、工程应用3个方面阐述了深基坑采用预应力对拉锚杆技术。该技术能很好地解决小净距基坑间地块无法适用常规斜锚索（杆）技术带来的支护难题。

 [关键词]深基坑；支护；锚杆；设计；施工技术

 [中图分类号]TU753 [文章编号]1002-8498(2016)07-0034-03

 锚杆支护常以斜拉形式出现，而水平对拉锚固技术由于其特殊的适应性（无锚固段，见图1）应用较少。近年来，对拉锚固技术在桥台加固、桥侧墙加固、隧道加固等方面得到了很快发展，实用性已经得到了业界一致认可，但是在基坑支护中还没有广泛应用。因此，借鉴对拉锚固技术在道路桥梁工程中的设计及运用，将该技术引入深基坑，积累相关的设计、施工经验具有重要意义。

1设计原理

 随着城市建设用地的紧张，高层、超高层建筑的大量开发，导致施工场地狭小，建设用地周围高楼密集、地下建筑和隧道复杂、市政管线纵横交错，这就要求在深基坑施工过程中必须综合考虑各方面因素。若2个相邻基坑间距为9 N15m时，为小净距，当小净距地块处于特殊情况下（例如内有不可转移的市政管线或为交通要道等，导致该地块不可挖除）必须保留时，基坑由于受规划和地形条件限制，此时常规斜锚索锚固技术不再适用。当只有桩支护时，如果在基坑间地块上堆载或行车时，会对两侧支护桩形成等效侧压力，当压力足够大时，可能导致支护桩失稳或破坏。为满足基坑支护要求，就必须考虑桩支护与其他支护相结合的方式。

 对拉锚固技术是提供一种在满足2个基坑间小净距情况下，可以保证支护结构本身的安全，保证周围建（构）筑物的安全和正常使用的支护方式。对拉锚固技术是在地基两侧桩外表面分别现浇钢筋混凝土腰梁，并在混凝土腰梁节点处设置对拉锚索（杆），利用锚索（杆）自由段的自由伸长并产生预应力，形成一对沿锚索（杆）轴向的作用力F，该对内力通过两侧的锚头-施加给腰梁一对反作用力-F，使钢筋混凝土腰梁、对拉锚索（杆）、桩共同形成自平衡体系，如图2所示。

 预应力对拉锚杆锚固系统包括：桩、钢筋混凝土腰梁、预应力锚索（杆）、锚头垫块、锚头、PVC导管等。在基坑间地块一侧桩表面平钻孔直至穿透另一侧桩，同时插入PVC导管，再在插入对拉锚索（杆）后对PVC导管内进行压浆，在排桩外表面浇筑钢筋混凝土腰梁，最后浇筑锚杆封头混凝土，形成整体受力结构，最终达到加固、稳定土体及排桩的目的，如图3所示。

2施工工艺

 预应力对拉锚杆施工工艺：施工准备工作→钻孔→安装-注浆→张拉与锁定→防腐保护。

2.1准备工作

 准备工作主要包括材料准备、施工机具准备、作业条件的创建3个方面。材料准备包括锚杆杆体、灌浆材料、塑料保护套、隔离支架、防腐材料。材料质量要严格按照相关标准验收合格。

2.2钻孔

 1)钻孔设备选用DG90岩土钻机，选用20 m3/min空压机为其提供足够的风量和风压。

 2)钻孔时，要对位准、方向正、角度精，施钻前由技术人员测量放样，并用红铅油在初喷混凝土层表面标出孔位。

 3)孔距竖向和纵向均为100cm，方形布置。孔距误差土5cm，孔深误差±5cm，孔径≥75mm，锚杆孔与预定锚孔轴线位置偏差≤3%，在钻进过程中，检查孔位偏差，不符合要求立即纠偏。

 4)钻孔应在掘进至设计位置并完成初喷4cm厚C20混凝土后进行，以保证安全。

 5)钻孔结束后，用高压风或高压水将孔内积水、岩粉、石屑等细小杂物冲洗干净，清孔完毕的锚孔，安装锚杆前用塞子塞紧孔口，以防杂物侵入。

 6)孔位若与初期支护用格栅钢架位置重叠，可适当挪动，避免相互干扰。

 7)若发生塌孔，应及时向孔内压注早强水泥砂浆，待固化后重新施钻。

2.3锚杆制作与安装

2.3.1锚杆制作

 严格按设计尺寸下料；先张拉端距端头20cm处在钢筋表面涂刷1. 0m长的防锈漆2层，防锈漆干后涂刷黄油1道，套上1．0m长，ɸ30mmPVC套；焊上钢筋支架；后张拉端套上丝扣保护套，丝口长度可在设计长度的基础上适当加长，以消除施工误差的影响，确保严丝合缝。锚杆构造如图4所示。

2.3.2锚杆安装

 注浆管为ɸ20mm胶管，用非镀锌材料与锚杆体捆孔在一起；排气管为ɸ10mm软质水管，长度为1. 5m，外露孔口10cm，安装采用人工锤击方式，对于长锚杆采用风动凿岩配合钢套管顶入；锚杆杆体人孔长度不得小于设计长度的95%；安装完毕后，应用楔子临时将锚杆端头固定，以防在注浆和安装垫板与螺母时晃动。

2.3.3  注浆

 1)注浆料为M30水泥砂浆，其配合比为：水：水泥：砂=1：1：0. 45（质量比），外加早强剂，掺量为4%，确保及时提供支护抗力；浆液拌制时要注意其稠度，太浓不利于浆液注入；太稀浆液易流出，注浆不易饱满密实；浆液随拌随用，一次拌合的砂浆在初凝前用完。

 2)注浆设备为风动牛角泵。注浆压力不超过0. 4MPa，注浆前应用棉纱、胶泥、锚固剂等将孔壁与锚杆杆体间空隙封堵，封堵长度≥1．0m。

 3)注浆前或中途暂停超过30min，应润滑管道和注浆管。

 4)注浆管口应插至距孔底5~10cm处，随浆液的注入缓慢均匀排出孔内空气。

 5)注浆结束条件采用3项指标控制：当注浆量为设计量的80%以上，压力稳定在0.4MPa维持10min以上，且处于孔口上方的排气管有浓浆流出时即可结束单孔注浆。

 6)注浆浆液硬化后应补充注浆，确保管内浆液充盈。

 7)注浆后锚杆应加强防护，浆液未达到设计强度的70010不得随意敲击，一般规定3d内不得悬挂重物。

 8)注浆完毕后应将外露的锚杆端部及时清洗干净，并做好成品防护。

2.4张拉与锁定

 1)张拉时张拉顺序的确定和张拉设备的选定：当注浆体强度达到设计强度、开挖至设计位置后即可把丝扣保护套去除进行张拉。张拉设备为测力扳手，使用前应校定。扳手上带有数显度盘，以随时测定张拉力的大小和便于观察分级加载的稳定性；同一截面上间隔张拉，避免产生局部压应力集中现象。

 2)正式施加拉力前，应先施加设计张拉力值的20%即230kN，以去除锚杆本身的弹性杂质和垫板间缝隙，使锚杆各部件紧凑。钢垫板应与初喷混凝土密贴，不平整处用不低于M30级的水泥砂浆抹平，锚杆轴线应与钢垫板垂直。

 3)预张拉1—2次后卸荷，再重新施加预应力，加载值大小为：起始荷载30%A，终止荷载120%A，分级循环荷载如下：0→30%A→50%A→75% A→100%A→120%A，其中A为设计施加预应力值1050kN，在每次加载至上述分级荷载后应维持5~20min，以观察张拉力值的稳定性，在加载至最后一级荷载后维持20min。

 4)锁定如果最后一级荷载稳定，将荷载回至100%A并检查其稳定性，如满足要求即可锁定，否则另行处理；加载时如发生位移异常时，停止张拉，并在张拉达到的位置锁定荷载。

 5)补偿张拉预应力筋锁定后48h内，若发现预应力损失大于锚杆拉力设计值的10%时，应进行补偿张拉。

2.5  防腐保护

 对于外露锚杆头和钢垫板先涂刷2层沥青，再喷射C20级密实、品质均一的混凝土，其保护层厚度≥2cm，或者在沥青表面抹以2cm厚的防水砂浆。

3  工程应用

 广州东塔项目位于珠江新城CBD中心地段。项目基坑编号J2-1拟进行基坑工程施工，开挖深度26. 6m。基坑东侧边线与现有J2-5基坑（其西线桩支护已完工）距离最小处仅为9m，最大处16m。由于工程需要，这2个基坑间地块必须保留，做堆场和混凝土运输车过道。因此J2-1基坑东南侧必须进行桩和锚索（锚杆）支护，由于相间地块属于小净距地块，不满足常规斜拉锚索支护技术施工条件。在本基坑工程施工过程中，为保证基坑的安全，采取对拉锚固技术进行支护。

 经第三方检测，基坑工程施工期间，对拉锚杆极限抗拔承载力均达到设计值的1.2倍。表明该对拉锚杆工程能满足支护结构的安全性。地面沉降、锚索拉力、围护结构水平位移、桩体测斜、土体侧向变形、地下水位、内撑轴力、立柱三维变形等监测数据远小于报警值。

 从设计原理、施工工艺、工程应用3个方面阐述了深基坑采用预应力对拉锚杆技术。该支护技术很好地解决了小净距基坑间地块无法使用常规斜锚索（杆）技术带来的支护难题，同时将该技术引入深基坑，积累相关的设计、施工经验具有重要意义。