预应力锚索与灌注桩支护体系在深基坑支护中的应用

预应力锚索与灌注桩支护体系在深基坑支护中的应用
摘要介绍了预应力锚杆和钻孔灌注桩组合基坑支护施工工法特点、工艺原理、施工工艺、主要材料及机具、质量控制措施、环保措施、安全措施。

该工法一方面通过钻孔灌注桩来承担支护结构上的荷载，另一方面通过预应力锚杆将拉力传递到稳定的土体，减小锚固体的位移。

关键词深基坑支护预应力锚杆钻孔灌注桩施工应用
1.前言
随着高层建筑的大量兴建，深基坑开挖日益增多，各种深基坑支护技术日趋成熟。

在挖方较深、邻近有建(构)筑物、地下管线、永久性道路等变形敏感的场地，不能放坡开挖的情况下，只能对基坑壁进行支护，及时抑制由开挖引起的内应力释放，以稳定坑壁。

预应力锚杆与钻孔灌注桩支护工艺就是其中的一种可靠工法。

采用预应力锚杆在土层中斜向成孔，通过锚固体与土体之间的摩擦力、拉杆与锚固体的握裹力以及锚杆强度的共同作用来承受部分作用于支护结构上的荷载，预应力锚杆改变了基坑的受力状态，减小了基坑坑壁位移，维持了支护结构的稳定。

预应力锚杆和钻孔灌注桩组合基坑支护方法一方面通过钻孔灌注桩来承担支护结构上的荷载，另一方面通过预应力锚杆将拉力传递到稳定的土体，即锚杆穿过滑动面或不稳定区深入土体深处，通过对锚杆施加张拉应力，使锚固体不产生位移趋势。

2. 工法特点
2.1进行锚杆施工作业的空间不大，适用于各种地形和场地。

2.2由锚杆代替内支撑，可大大降低工程造价，改善施工条件。

2.3锚杆拉力可通过抗拔试验确定，因此可达到足够的安全度。

2.4通过对锚杆施加预拉力来控制支护结构的侧向位移。

3. 适用范围
本工法适用于深基坑支护工程，特别适用于邻近有建筑物、地下管线、道路而不允许有较大变形的基坑支护工程。

4. 工艺原理
4.1钻孔灌注桩和预应力锚杆通过围梁形成二元挡土围护结构，该支护体系通过整体刚度来控制基坑变形。

一方面通过钻孔灌注桩进行挡土，另一方面通过预应力锚杆将支护结构承受的力传递给稳定地层,对锚杆施加张拉应力,有利于锚固体与土体之间的摩擦力、拉杆与锚固体的握裹力以及锚杆强度的共同作用，使锚固体系保持稳定。

4.2预应力锚杆由锚头、自由段和锚固段组成，是一种将拉力传至稳定土层的结构体系。

锚头是用于锁定锚杆拉力的部件，由锚具、托板、螺帽等组成；自由段是将锚头拉力传至锚固段的中间区段，由钢绞线、注浆体和防腐构造组成；锚固段将作用在锚头的拉力传递给稳定地层。

5. 施工工艺
5.1工艺流程：钻孔灌注桩施工→锚孔定位→钻孔→插锚杆→第一次注浆→第二次注浆→围梁施工→张拉封锚→施工监测。

5.2钻孔灌注桩施工
5.2.1施工工艺流程采用如下：钻孔灌注桩桩机就位→成孔→第一次清孔→钢筋笼吊装→安装混凝土导管→第二次清孔→安装漏斗、隔水栓→灌注水下混凝土→拆除导管、漏斗。

5.2.2导管埋入混凝土面的深度为2～3m，在灌注过程中，导管应勤提勤拆，每隔15min将导管上下活动几次，在混凝土灌注过程中，要始终控制好导管内混凝土表面至泥浆面的高度，以灌注时孔内混凝土均匀缓慢上升、泥浆无剧烈翻滚为准。

5.2.3在灌注混凝土的施工中，确保混凝土浇筑的连续性，每盘混凝土时间间隔应不大于0.5h。

若有一定的时间间隔，每隔10min在小范围内上下活动导管2～3 次，延长混凝土的初凝时间。

5.3锚孔定位：锚杆钻机就位时应准确，底座应垫平。

钻杆的倾斜角度应用罗盘校核，角度偏差不大于2度，高差不超过30mm。

成孔施工前应在场地中挖好排水沟，以避免因泥浆随意排放而影响施工。

5.4钻孔
5.4.1开始钻时前钻头要对准锚杆孔孔位标识下钻，最大孔位偏差不得大于100mm。

初始时应用小功率缓慢钻进，钻进约500mm后，校正钻孔方向，全功率钻进。

钻孔深度通过在钻杆上所作标记控制。

要求钻孔深度不小于杆体有效长度，并不大于设计孔深200mm。

5.4.2锚杆钻机钻进过程中，泥浆性能根据地质情况进行调整。

合理控制泥
浆比重和含砂率。

5.4.3钻机钻进速度为0.3～0.5m/min，退出速度为0.5～0.6m/min。

5.5清孔采用往复式压浆泵进行大泵量清孔3～5min，把孔内沉渣和孔壁泥皮冲洗干净，孔底沉渣不大于300mm。

5.6锚杆加工制作
5.6.1锚杆自由段采用涂防锈油并外包二层塑料薄膜的处理方法，保证钢绞线与注入的水泥浆体隔离。

在拉力的作用下，锚杆自由段进行充分的弹性拉伸，将预应力有效传递到锚固段。

5.6.2在锚杆制作中，锚杆锚固段设置定位架，定位架间距为2m，外径小于钻孔直径10mm。

定位架可采用现今批量生产的塑料支架。

与钢绞线的连接应牢固，避免钢绞线入锚孔时脱落。

5.7插锚束
5.7.1插锚束的作业工人必须熟悉锚孔的孔向，以便杆体能够一次性顺利插入。

插杆要缓慢、匀速，切忌扰动杆体，造成浆液下掉和注浆不密实。

孔口可采用棉纱临时封闭。

5.7.2安插锚杆前先将托板、螺帽戴上，防止插杆过程中浆液污染杆体丝口，避免丝口损坏而使螺帽不能顺利安装。

当丝口被污染要及时清理。

5.8注浆
5.8.1注浆管与钢绞线一起埋在孔内。

注浆管上应每间隔500mm钻一对出浆孔,用胶布将小孔包扎好,防止浆液堵塞该注浆管。

5.8.2第一次注浆分锚固段注浆、自由段注浆。

锚固段注浆是顺着钻杆注浆，水泥浆液通过注浆管送到锚孔底部，注浆压力从开始的0.5 MPa逐渐加大至2.0MPa；水泥浆液从注浆管底部顺着已扰动的地层充填和包裹锚固段的锚杆。

当水泥浆灌注到锚杆自由段附近时停止注浆，接着开始自由段注浆。

注浆压力约为0.5MPa。

随着灌注的水泥浆液的上升，慢慢拔出一次注浆管和起拔孔内套管。

5.8.3第二次注浆与第一次注浆的间隔时间在8～12h为宜。

第二次注浆的压力从2.5MPa注浆升高，直到注不进浆液为止。

注浆过程采用稳定的低～中等灌浆速率，在灌浆全过程中逐渐提高压力，使浆液向土体内部逐渐扩散，造成劈裂注浆的效果。

5.9围梁制作围梁紧贴竖向钻孔灌注桩，围梁基槽宽度应较围梁宽大100mm 左右，以留下足够的支模空间，待模板拆除后再进行回填。

基槽内铺设20mm 厚
砂浆作为找平层，若遇局部架空则采用M7.5浆砌片石嵌补，然后在其上进行围梁钢筋绑扎。

5.10张拉锁定
5.10.1 锚杆养护8d～10d后，当锚固体强度大于15MPa并不小于预定强度的75％时方可进行预张拉。

5.10.2 张拉程序如下：先取10%预定轴向力进行预张拉,使各部位紧密接触。

张拉时按预定荷载的10%逐级加荷, 每级荷载的观测时间在5min以上，并待变形稳定后方可进行下一级荷载的张拉。

达到预定荷载并稳定10min后, 卸荷至80%预定值锁定。

5.10.3 张拉锁定系统事先经过标定，并将油压表的读数换算成张拉压力进行控制。

在锁定过程中，采用锚杆预定承载力进行校核。

即锚杆按预定承载力100％张拉持载5min后按预定承载力的70％锁定。

5.11施工监测
5.11.1施工监测包括：
(1)锚杆的轴力监测根据锚杆应力监测情况中，在锚杆应力损失过大时对锚杆进行二次张拉。

(2)支护位移的量测。

(3)地表开裂状态的观察。

(4)附近建筑物和重要管线等设施的变形测量和裂缝观察。

(5)基坑渗水、漏水和基坑内外的地下水位变化。