預(yù)應(yīng)力土層錨桿在深基坑支護(hù)施工中的應(yīng)用

劉映光

（廣西投資集團(tuán)建設(shè)實(shí)業(yè)有限公司，廣西 南寧 530000）

預(yù)應(yīng)力土層錨桿技術(shù)是一種高效、經(jīng)濟(jì)的巖土體加固技術(shù)，已在地下圍巖和邊坡工程中得到廣泛應(yīng)用。目前，隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，城市用地越來越緊張，為了充分提高地下空間的利用率，高層建筑地下部分也不斷增加，基坑也越來越大，越來越深。深基坑支護(hù)施工除了要求必須滿足自身結(jié)構(gòu)的安全、保證地下室施工安全順利進(jìn)行、確保周邊環(huán)境與建筑物、道路管線的安全外，同時(shí)還必須實(shí)現(xiàn)施工對(duì)周邊的環(huán)境影響最少，降低地下污染、降低造價(jià)的目的。而預(yù)應(yīng)力土層錨桿技術(shù)，其不僅可決定支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且還能有效控制基坑變形，在深基坑支護(hù)中起著相當(dāng)重要的作用。因此，本文將主要對(duì)預(yù)應(yīng)力土層錨桿在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行一些探討。

1 預(yù)應(yīng)力土層錨桿技術(shù)的工作機(jī)理

預(yù)應(yīng)力土層錨桿技術(shù)，是指利用專用土層錨桿施工機(jī)械，將其一端與擋土樁、墻聯(lián)結(jié)，另一端錨固在地基的土層中，通過對(duì)錨固段灌注高強(qiáng)度等級(jí)水泥砂漿，使其錨固段砂漿體達(dá)到一定的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，以承受樁、墻的土壓力、水壓力等水平荷載，利用地層的錨固力維持樁、墻的穩(wěn)定，為不使樁、墻的位移太大，錨桿在安裝后即在錨桿頂部施加張拉應(yīng)力，使得錨錠板帶動(dòng)錨固體發(fā)生位移趨勢(shì)，錨固體與周圍土體產(chǎn)生抗拔摩阻力，通過錨具與鋼臺(tái)座反作用于混凝土連續(xù)墻，對(duì)深基坑起支護(hù)作用。

2 預(yù)應(yīng)力錨桿的作用

在深基坑支護(hù)中，預(yù)應(yīng)力錨桿一般選用鋼鉸線作為預(yù)應(yīng)力筋，利用對(duì)其自由段預(yù)拉的彈性回縮力對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施以預(yù)設(shè)的應(yīng)力，使支護(hù)結(jié)構(gòu)得以穩(wěn)定，則其作用有以下幾點(diǎn)：

2.1 施加預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)荷載平衡

其是指將結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力筋和錨具看作施載體將其從結(jié)構(gòu)中脫離，把預(yù)應(yīng)力的作用視為一相應(yīng)荷載（稱為反荷載或是平衡荷載），由其于外荷載相平衡的條件，去反求預(yù)應(yīng)力的大小、預(yù)應(yīng)力筋的布筋及其彎曲形狀等。這樣，即可把結(jié)構(gòu)當(dāng)成是受到平衡荷載和外荷載作用的非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)來計(jì)算，為支護(hù)的設(shè)計(jì)和分析提供了依據(jù)，是支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的保證。

2.2 預(yù)加應(yīng)力使土體和錨固體一體化的加固作用

通過預(yù)加應(yīng)力，使自由段處的土體預(yù)壓，使得原來土壓力方向發(fā)生了改變，阻礙了滑移面的產(chǎn)生，從而抵消了基坑開挖時(shí)釋放的土壓力，有效地控制了土體的變形；可使錨固體與土體進(jìn)行協(xié)調(diào)結(jié)合，形成一體化的加固作用，提高基坑的整體穩(wěn)定性。

但需注意的一點(diǎn)是，由于預(yù)應(yīng)力錨桿是在基坑自穩(wěn)、土體未產(chǎn)生變形的基礎(chǔ)上才產(chǎn)生作用的，因此，下步開挖需在錨桿張拉，施加預(yù)應(yīng)力之后進(jìn)行。

3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

（1）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)水平變形、地下水的變化對(duì)周邊環(huán)境的水平和豎向變形的影響。

（2）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容包括：根據(jù)基坑支護(hù)形式及其受力特點(diǎn)進(jìn)行土體穩(wěn)定性計(jì)算；基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的受壓、受彎、受剪承載力計(jì)算；當(dāng)有錨桿或支撐時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行承載力計(jì)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算。

（3）當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)有地下水時(shí)，應(yīng)對(duì)地下水控制進(jìn)行計(jì)算，如對(duì)其抗?jié)B透穩(wěn)定性驗(yàn)算、基坑底突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算、以支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行地下水控制計(jì)算等。

3.2 預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)計(jì)算。錨桿預(yù)應(yīng)力值的確定對(duì)于錨桿的應(yīng)用起決定性作用，它不僅要考慮安全與經(jīng)濟(jì)性，而且對(duì)變形的控制尤為重要。因此，預(yù)應(yīng)力錨桿在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，錨桿預(yù)應(yīng)力值應(yīng)滿足基坑支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定力；在支護(hù)體系中，錨桿預(yù)應(yīng)力值應(yīng)由支擋結(jié)構(gòu)各部位所承受的土壓力（采用土釘支護(hù)時(shí)，土壓力用抗拔力代替）乘以安全系數(shù)計(jì)算而來；預(yù)應(yīng)力錨桿參數(shù)（錨桿長度、自由段長度、預(yù)應(yīng)力筋個(gè)數(shù)、傾斜角等）應(yīng)由預(yù)應(yīng)力值和所勘察的土性參數(shù)結(jié)合而確定；當(dāng)基坑穩(wěn)定性滿足各錨桿參數(shù)計(jì)算后，再對(duì)整體進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，如滿足要求，則進(jìn)行下一步工作。

（2）試驗(yàn)資料。由于深基坑支護(hù)時(shí)，開挖后與勘察資料不盡相同，為此，在施工前應(yīng)先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以獲得完整的試驗(yàn)資料，如通過分級(jí)加載下錨頭的位移值，了解預(yù)應(yīng)力錨桿的受力變化特性；通過抗拔實(shí)驗(yàn)，得出錨桿的極限承載力，使其荷載比β≤0.55，以最大限度發(fā)揮預(yù)應(yīng)力錨桿的錨固作用；通過試驗(yàn)了解預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值與極限承載力的關(guān)系，從而了解支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全可靠性。

4 施工工藝

4.1 鉆孔

（1）在鉆進(jìn)過程中應(yīng)合理掌握鉆進(jìn)參數(shù)和鉆進(jìn)速度，防止出現(xiàn)埋鉆、卡鉆等各種孔內(nèi)事故；對(duì)土層錨桿的自由段鉆進(jìn)速度可稍快，對(duì)錨固段則應(yīng)稍慢一點(diǎn)。

（2）采用干作業(yè)法鉆孔時(shí)，要注意鉆進(jìn)速度，避免“別鉆”；鉆孔完畢后，為減少孔內(nèi)虛土，應(yīng)先將孔內(nèi)土充分倒出，再拔鉆桿。

（3）采用濕作業(yè)法成孔時(shí)，要注意鉆進(jìn)時(shí)要不斷供水沖洗，始終保持孔口水位，并根據(jù)地質(zhì)條件控制鉆進(jìn)速度，一般以300 mm/min～400 mm/min為宜，每節(jié)鉆桿鉆進(jìn)后在接鉆桿前，一定要用水反復(fù)沖洗孔底沉渣，直至溢出清水為止，然后拔出鉆桿。

4.2 預(yù)應(yīng)力筋的制作與安裝

（1）預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)平直、順直、除油除銹，并做防腐處理；對(duì)鋼筋拉桿，先涂一層環(huán)氧防腐漆冷底子油，待干燥后，在涂一層環(huán)氧玻璃鋼，待其固化后，再纏繞兩層聚乙烯塑料薄膜；對(duì)自由段的鋼絞線，要套聚丙烯防護(hù)套。

（2）鋼絞線如涂有油脂，在固定段要仔細(xì)加以清理，以免影響與錨固體的黏結(jié)；除銹后要盡快放入鉆孔并灌漿，以免再生銹。

（3）安放錨桿桿體時(shí)，應(yīng)防止桿體扭曲、壓彎，注漿管宜隨錨桿一同放入孔內(nèi)，管端距孔底為50 mm～100 mm，桿體放入角度與鉆孔傾角保持一致，安好后使桿體始終處于鉆孔中心。

（4）若發(fā)現(xiàn)孔壁坍塌，應(yīng)重新透孔、清孔，直至能順利送入錨桿為止。

4.3 灌漿

（1）灌漿材料選用灰砂比為1∶1或1∶0.5（重量比），水灰比0.38～0.45的水泥砂漿或是水灰比0.4～0.45的水泥凈漿；水泥宜使用普通的硅酸鹽水泥；水泥漿液的抗壓強(qiáng)度要大于25 MPa，塑性流動(dòng)時(shí)間要在22 s以下，可用時(shí)間應(yīng)在30 min～60 min，必要時(shí)可加入一定量的外加劑或摻和劑，但要攪拌均勻，整個(gè)澆注時(shí)間須控制在≤4 min。

（2）一次灌漿法

一次灌漿宜選用灰砂比1∶1～1∶2，水灰比0.38～0.45的水泥砂漿；灌漿時(shí)，將灌漿管推入拉桿孔內(nèi)，在拉桿孔端注入錨漿，并以0.4 MPa左右的灌注壓力開始灌漿；在灌漿的過程中，應(yīng)逐步將灌漿管向外拔出，但灌漿口應(yīng)始終處于漿面以下；待孔口溢出漿液時(shí)，可停止注漿，拔出灌漿管；灌漿時(shí)，壓力不宜過大，以免吹散漿液和砂漿，待漿液或砂漿回流到孔口時(shí)，用水泥袋紙等搗入孔內(nèi)，再用濕黏土封堵孔口，并嚴(yán)密搗實(shí)，再以0.4 MPa～0.6 MPa的壓力進(jìn)行補(bǔ)灌，穩(wěn)壓數(shù)分鐘后即可完成。

（3）二次灌漿法

二次灌漿時(shí)，應(yīng)先灌注錨固段，待所灌注的水泥漿具備一定強(qiáng)度后，對(duì)其進(jìn)行張拉，然后再灌注非錨固段；灌漿時(shí)，對(duì)靠近地表面的土層錨桿，避免引起地表面膨脹隆起，其灌漿壓力控制在0.22 MPa左右；對(duì)垂直孔或傾斜度大的孔，可采用人工填塞搗實(shí)法進(jìn)行灌漿；灌漿結(jié)束后，應(yīng)用清水沖洗灌漿管，直至管內(nèi)流出清水為止；注漿完畢應(yīng)將外露的鋼筋清洗干凈，并保護(hù)好。

4.4 張拉與鎖定

（1）土層錨桿灌漿后，待錨固體強(qiáng)度大于15 MPa并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75 %時(shí)，方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。

（2）為避免張拉對(duì)相鄰錨桿的影響，應(yīng)采用跳張法，即隔一或隔二張拉，以盡量減少相鄰錨桿張拉引起的預(yù)應(yīng)力損失；錨桿正式張拉前，要取設(shè)計(jì)拉力的10 %～20 %，并對(duì)錨桿預(yù)張拉l～2次。

（3）錨桿張拉要求定時(shí)分級(jí)加荷載進(jìn)行，張拉時(shí)由專人操縱機(jī)械、記錄和觀測(cè)數(shù)據(jù)，并隨時(shí)畫出錨桿荷載——變位曲線圖，作為判斷錨桿質(zhì)量的依據(jù)。

（4）當(dāng)拉桿預(yù)應(yīng)力沒有明顯衰減時(shí)，即可鎖定錨桿；為避免張拉值過小，預(yù)應(yīng)力作用無法發(fā)揮，或是張拉值過大，預(yù)應(yīng)力受傷，則張拉值應(yīng)控制在設(shè)計(jì)值的110 %左右，以考慮鎖定時(shí)夾片回縮力損失，張拉鎖定的有效應(yīng)力基本與設(shè)計(jì)值相等。

（5）錨桿鎖定后，若發(fā)現(xiàn)有明顯預(yù)應(yīng)力損失時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

4.5 施工注意事項(xiàng)

（1）張拉設(shè)備應(yīng)牢靠，錨桿各條鋼筋的連接要牢靠，以防止張拉時(shí)發(fā)生脫扣現(xiàn)象；應(yīng)檢查高壓灌漿管的暢通，以防止塞泵、塞管，甚至于管爆裂傷人。

（2）電氣設(shè)備應(yīng)設(shè)接地、接零，并做好安全防范措施，以做好安全用電。

（3）施工現(xiàn)場(chǎng)的泥漿水要及時(shí)處理，使其經(jīng)排水溝流到沉淀池，再排入集水坑用水泵排走。

（4）錨桿的非錨固段及錨頭部分要及時(shí)做防腐處理，永久性錨桿必須進(jìn)行雙層防腐，即涂以瀝青等防腐材料后須再采用混凝土密封；臨時(shí)性錨桿宜采用瀝青進(jìn)行簡單防腐。

1 《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120－99）

2 蔣曙光.預(yù)應(yīng)力土層錨桿在深基坑支護(hù)中的幾個(gè)問題［J］.發(fā)明與創(chuàng)新，2006（5）