预应力锚杆在基坑支护工程中的应用

预应力锚杆在基坑支护工程中的应用

中图分类号：tu 文献标识码：a 文章编号：1007-0745（2012）12-0019-02

摘要：随着我国经济的高速发展，城市施工用地面积减少。这就

对支护工程中所使用的支护结构提出了更高的要求，而在支护工程

中锚杆的使用最为广泛，本文通过对预应力锚杆设计、施工的浅析

介绍了预应力锚杆的实用性。

关键词：基坑支护预应力锚杆灌浆张拉

在土木建筑工程中，锚固技术正成为一门快速发展的工程技术，

被广泛的应用于深基坑工程、边坡工程、隧道工程、高耸结构等各

个领域。

岩土锚固是一种把锚杆（索）群埋入地层一定深度处的技术。即

将锚杆插入预先钻凿的孔眼并固定于其底端，固定后通常对其施加

预应力，锚杆外露于地面的一端用锚头固定。一种情况是锚头直接

与结构物相接触，将锚固力传至结构上。另一种情况是通过梁板，

格构或者其他部件将锚头施加的应力传递于更为宽广的岩土体表

面。

1岩土锚固技术简介

1.1 锚杆（索）的分类

在工程中，工程实践中锚杆的结构形式很多，如按是否预先施加

预应力分为预应力锚杆和非预应力锚杆。对于无初始变形的锚杆，

要使其发挥全部承载能力则要求锚杆头有较大的位移。为了减少这种位移直至到达结构物所能容许的程度，一般是通过将早期张拉的锚杆固定在结构物，地面厚板或者其他构件上，以对锚杆施加预应力，同时也在结构物和地层中产生应力，这就是预应力锚杆。预应力锚杆与非预应力（普通）锚杆的结构构造与基本原理存在差异，两者在地层中的力系是截然不同的。

1.2 预应力锚杆（索）的构造

在基坑支护工程中，应用最广泛的是预应力锚杆。灌浆型预应力锚杆应由杆体、锚固段、自由张拉段和锚头组成。它借助自由张拉段杆体的弹性伸长而被永久张拉，宜用于将结构物的拉力传递给地层深处或对被锚固结构与地层变形控制有严格要求的工程。

1.3预应力锚杆的优点

在底层开挖后，提供主动的支护抗力，有利于保护底层的固有强度，阻止地层的进一步扰动，控制地层变形的发展，提高施工过程的安全性；在支护结构中使得岩土体处于三轴应力状态；控制地层与结构物变形的能力比非预应力锚杆要强；按一定密度布置锚杆，施加预应力后能在地层内形成压缩区，有利于地层稳定；预加应力后，能明显地提高潜在滑移面的抗剪强度。

2 深基坑挡土结构的锚固

在宽度较大的深基坑工程中，挡土结构采用锚杆锚固与内支撑相比，具有多方面的优势，如锚杆施工能与土方开挖平行进行，能为

土方机械化施工以及地下室建造提供宽敞无阻的工作面，大大加快了工程建设速度。锚固技术可与多种挡土结构联合使用形成有效的支护体系。预应力锚杆在基坑支护中的作用在深基坑支护中，预应力锚杆一般选用钢绞线作为预应力筋，利用对其自由段预拉的弹性回缩力对支护施以预设的应力，使支护结构得以稳定，则其作用有以下几点：

2.1 施加预应力实现荷载平衡

在支护结构中，将预应力和锚具看作施载体将其从结构中脱离，把预应力的作用视为一相应荷载，由其于外荷载相平衡的条件，去反求预应力的大小、预应力筋的布筋及其弯曲形状等。这样，即可把结构当成受到平衡荷载和外荷载作用的非预应力结构来计算，为支护的设计和分析提供了依据，是支护结构稳定的保证。

2.2 预加应力使土体和锚固体一体化的加固作用

通过预加应力，使自由段处得土体预压，使得原来土压力方向发生了改变，阻碍了滑移面的产生，从而抵消了基坑开挖时释放的土压力，有效地控制了土体的变形；可使锚固体与土体进行协调结合，形成一体化的加固作用，提高基坑的整体稳定性。

3 预应力锚杆的设计

3.1 设计计算。锚杆预应力值的确定对于锚杆的应用起决定性作用，它不仅要考虑安全与经济性，而且对变形的控制尤为重要。因此，预应力锚杆在设计计算时，锚杆预应力值应满足基坑支挡结构

的稳定力；在支护体系中，锚杆预应力值应由支挡结构各部位所承受的土压力乘以安全系数计算而来；预应力锚杆参数（锚杆长度、自由段长度、预应力筋个数、倾斜角等）应由预应力值和所勘察的土性参数结合而确定；当基坑稳定性满足各锚杆参数计算后，再对整体进行稳定计算。

3.2 试验资料。在基坑支护工程中，由于开挖后与勘察资料不尽相同，因而，在施工前应先进行现场试验，已获得完整的试验资料，如通过分级加载下锚头的位移值，了解预应力锚杆的受力变化特性；通过抗拔实验，得出锚杆的极限承载力，使其荷载比β≤0.55，以最大限度发挥预应力锚杆的锚固作用；通过实验了解预应力设计值与极限承载力的关系，从而了解支护结构的安全可靠性。

4 预应力锚杆的施工工艺

4.1 钻孔

在钻进过程中应合理掌握钻进参数和钻进速度，防止出现埋钻、卡钻等各种孔内事故；对土层锚杆的自由段钻进速度可稍快，对锚固段则应稍慢一点。若发现孔壁坍塌，应重新透孔、清孔，直至能顺利送入锚杆为止。

4.1.1 灌浆

灌浆法选用灰砂比1：1～1：2，水灰比0.38～0.45的水泥砂浆；灌浆时，将灌浆管推入拉杆孔内，在拉杆孔端注入锚浆，并以0.4mpa 左右的灌注压力开始灌浆；在灌浆的过程中，应逐步将灌浆管向外

拔出，但灌江口应始终处于浆面以下；待孔口溢出浆液或者砂浆回流到孔口时，用水泥纸等捣入孔内，再用湿粘土封堵孔口，并严密捣实，再用0.4mpa～0.6mpa的压力进行补灌，稳压数分钟即可完成。

4.1.2 张拉与锁定

土层锚杆灌浆后，待锚固体强度大于15mpa并达到设计强度的75%时，方可进行预应力张拉；为了避免张拉对相邻锚杆的影响，应采用跳张法，即隔一或隔二张拉，以尽量减少相邻锚杆张拉引起的预应力损失；当拉杆预应力没有明显衰减时，即可锁定锚杆；为避免张拉值过小，预应力作用无法发挥，或是张拉值过大，预应力受伤，则张拉值应控制在设计值的110%左右，以考虑锁定时夹片回缩力损失，张拉锁定的有效应力基本与设计值相等；锚杆锁定后，若发现有明显预应力损失时，应进行补偿张拉。

5 结语

预应力锚杆设计是否经济、合理和可靠是加固工程中十分重要的技术环节，而承载能力又是预应力锚杆设计参数中的关键问题。实践证明，只要设计合理，在基坑支护工程中采用锚杆的锚索支护是可行的。它与常规基坑边坡支护相比，无论从经济与社会效益上都得到了实惠，而且提高了工效、缩短了工期、施工简便、操作方便，受到了人们的一致好评。

参考文献：