预应力锚索护壁桩在深基坑支护中的应用

科技成果研究报告

预应力锚索护壁桩在深基坑支护中

的应用

同煤集团宏远工程建设有限责任公司

二○一四年二月

预应力锚索护壁桩在深基坑支护中的应用

一、立项原因及背景

我国近几年城市发展迅速，地面建筑建设速度快，但部分城市内旧有建筑物多，新建建筑物与旧有建筑、城市道路距离短、地下室成为新建建筑的“标配”、旧有防空洞的处理等，这些因素使得“毗邻而建”成为常态，为了尽可能使得旧有建筑得到保护，城市交通不受中断，同时增加施工场地，护壁桩加预应力锚索正越来越多的应用于施工实践。

同煤集团老年大学教学楼工程是该型工程的典型案例，该工程坐落于同煤集团老年大学院内，占地面积593.7㎡：建筑面积2173.85㎡。地下一层，层高为4.2米，地上三层局部四层，建筑物总高度为18.95米，建筑结构形式为框架结构，基础采用柱下独立基础，墙体基础为钢筋混凝土条形基础，本工程基础下为湿陷性黄土层，为消除地基湿陷，将基底下3米的粉土全部挖除然后用3:7灰土分层夯实回填，遇防空洞须局部挖除，基底下设100厚C15素混凝土垫层。本工程基础为深基础，坑底设计标高为-8.8米，遇有防空洞时，可达-10.8米。

拟新建建筑物北侧为一处民房，影响不大，南侧、东侧紧邻老年大学旧教学楼，西侧为通往同煤总医院的交通主干道。若按不支护，高宽比1:0.75放坡开挖，则拟新建建筑物基坑开挖后，南侧、东侧建筑物，西侧公路均须拆除。为避免破坏旧有建筑物和道路，必须采取支护措施，而单独使用预应力锚杆或护壁桩均无法满足施工要求，现决定采用人挖孔护壁桩加预应力锚索进行支护。护壁

桩分布于东、南、西三面，护壁桩桩底标高为-12.000m，桩径为Φ800，间距1.6米，共64根，桩身、冠梁混凝土强度等级为C30。锚索分为两排，分别设置于-4.5米和-6.5米，每套锚索采用2×1086#钢绞线，长度为15米，锚孔孔径为150mm，倾角为10～15°，第一排锚索锚固段长度为12.9米，第二排锚索锚固段为13.6米；索粱为2×18b槽钢，注浆采用二次注浆法，水泥采用普硅42.5水泥，水灰比0.4～0.5。

按支护方案开挖后，南侧边坡距旧建筑物为5.3米，东侧边坡距旧建筑物为5.45米，西侧边坡距公路为3.5米。没有破坏旧有建筑，也基本满足施工场地需要。

二、革新内容及创新点

预应力锚索护壁桩支护法。

1、人挖孔护壁桩加预应力锚索支护法原理：人挖孔灌注桩和预应力锚索通过锁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。一方面通过人挖孔灌注桩进行挡土，另一方面，通过预应力锚锁将支护结构承受的力传递给稳定地层，使锚固体系保持稳定。

2、具体做法为：先进行人挖孔灌注桩及冠梁的施工，待桩身砼养护七天后开始基槽开挖，当基槽开挖至第一道索粱设计深度时进行第一排锚索及索粱的施工，注浆养护七天，且达设计强度70%以上后进行张拉，完成后开挖至第二道索粱设计深度，进行第二排锚索及索粱的施工。

3、工艺流程：人挖孔灌注桩及冠梁施工→锚孔定位→钻孔→插锚杆→第一次注浆→第二次注浆→锁梁施工→张拉封锚→施工监测。

4、人挖孔灌注桩的工艺流程为：放线、定桩位→挖桩孔土方→护壁钢

筋、模板、砼→清理虚土→钢筋笼绑扎就位→浇筑桩身砼

土层采用短镐、锄头、铁锹类工具挖掘，遇坚硬状障碍物或岩层时改为风镐掘进。弃土采用吊桶装载，用人力绞架垂直提升到井口，弃土于离井口1.5m 以外。

护壁钢筋、模板安装：护壁定型组合钢模装好，然后根据桩孔中心点校正模板，保证护壁厚度、桩孔尺寸和垂直度，按设计配护壁钢筋。然后浇筑护壁砼，护壁砼标号C20，每节护壁高1m，逐层取土逐层护壁。

成孔垂直度偏差不大于0.5%，深度和持力层要达到设计要求。桩径几何尺寸不小于设计值；桩平面偏差＜5cm；孔底沉渣厚度为零。

钢筋笼制作完成经检验合格后，采用25T汽吊直接放入桩孔内。

钢筋笼安装完毕验收合格后，进行桩身砼灌注。本工程桩身砼标号为C30，桩身砼采用商品砼一次性浇筑完成不得二次浇筑。

桩身砼浇筑完毕后，制作、安装冠梁钢筋及浇筑冠梁砼。

5、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，高差不超过30mm。

6、钻孔：施钻时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。

清孔。用一根聚乙烯管复核孔深，并以高压风吹孔，待孔内粉尘吹干净，且孔深不少于锚索设计长度时，拔出聚乙烯管，塞好孔口。

7、锚杆加工制作：锚杆自由段采用涂防锈油并外包pvc套管，保证钢绞束与注入的水泥净浆体隔离，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。

在锚杆制作中，锚杆锚固段设置定位架，定位架间距为1m，外径小于钻孔直径10mm。

8、插锚杆：插锚杆工人必须熟悉各个孔的孔向，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，造成塌孔。

9、注浆：注浆管是随着钢绞线一起埋在孔内的，并每间隔0.5m钻一对注浆孔。

第一次注浆：注浆压力为0.5MPa，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。随着灌注的水泥浆液的上升，慢慢拔出注浆管。

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0.5MPa升至2.0MPa，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，使浆液向土体逐渐扩散。

10、锁粱制作安装。索粱采用2×18b槽钢，槽钢的焊接必须满焊且必须满足规范要求。锁头下垫板厚度为8.5mm，槽钢下角度板为楔形，分为两层，第一层为木质，靠近护壁桩一侧做成弧形，第二层为钢垫板，垫于槽钢与木楔之间。

11、张拉锁定。锚杆养护7d后，当锚固体强度大于设计强度的70%时，方可进行预张拉。

张拉程序采取如下：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