中国有色金属工业第六冶金建设有限公司 河南省郑州市 450000
摘要：合理使用开发土地资源向着更广的维度发展是大势所趋，例如大量的地下停车场、地下商场等诸多公共设施。诸如上述地下工程离不开土方开挖的深基坑支护，深基坑支护对于建筑物地下结构的稳定性起着至关重要的作用；因此对深基坑支护方案、施工方法、施工工艺的选择尤显重要。在垂直开挖或是小坡度放坡支护中多会采用桩锚结构，预应力锚索作为一种施工简单、高效的施工方法极大地缩短工期，降低成本，符合建筑工程可持续发展。本文以亚星悦都深基坑支护为例，着重阐述了灌注桩和预应力锚索在基坑支护工程应用中的施工工艺及技术要求。
关键词：预应力锚索；基坑；支护；施工工艺；
1前言
本工程33高层商住一体，地下车库三层。由于6#楼深基坑区域相邻已有长江1#楼18层高层住宅及一层地下车库，6#楼基础距车库基坑较近，基础高差3.9-9.0m，为保护地下车库基坑侧壁采用桩锚结构支护设计形式。确定地基土直立边坡允许高度为2.9m，无法满足直立开挖要求。结合场地条件和前期施工经验，宜采用放坡和台阶式开挖。由于深度较大，考虑到雨季冲涮和浸水引起的土体强度下降，建议在放坡的同时，基坑四周进行必要的支护。
2工程地质水文条件、土层计算参数
2.1工程地质条件
第（1）层：耕植土，灰褐色，层底埋深：0.30～1.00m，层厚：0.3～1.0m，平均厚度0.51m，层底标高：83.94～85.53，平均值84.95。
第（2）层：粉质粘土，灰黄色，硬塑～可塑，层底埋深：4.6～6.6m；层厚：3.8～6.1m，平均厚度：5.13m；层底标高：78.49～81.43，平均值79.82。
第（3）层：粉质粘土，褐灰色，饱和，可塑，层底埋深：7.2～16.3m；层厚：1.4～11.0m，平均厚度：2.95m；层底标高：69.43～78.50，平均值76.88。
第（4）层：粉质粘土，褐红色、棕黄色，硬塑、局部可塑。层底埋深：9.1～12.8m；层厚：1.5～4.4m，平均厚度：3.25m；层底标高：72.80～76.60，平均值73.89。
2.2土层计算参数信息
表1 计算参数
3基坑桩锚支护作用原理及结构形式
3.l作用原理
桩锚支护是将受拉杆件的一端固定在开挖基坑的稳定地层中，另一端与围护桩相联的基坑支护体系，它是在岩石锚杆理论研究比较成熟的基础上发展起来的一种挡土结构，安全经济的特点使它广泛应用于边坡和深基坑支护工程中。其支护原理是综合了抗滑桩和锚索的支护原理，即阻挡基坑边坡下滑的抗滑力主要来源于锚杆所提供的锚固力和抗滑桩提供的阻滑力。桩锚支护体系主要由护坡桩，土层锚杆，围檩和锁口梁4部分组成，在基坑地下水位较高的地方，支护桩后还有防渗堵漏的水泥土墙等，它们之间相互联系，相互影响，相互作用，形成一个有机整体。桩锚支护体系其主要特点是采用锚杆取代基坑支护内支撑，给支护排桩提供锚拉力，以减小支护排桩的位移与内力，并将基坑的变形控制在允许的范围内。
3.2基坑桩锚支护的设计结构形式
基坑支护结构形式采用桩锚支护设计：
(1)支护桩桩型为钻孔灌注桩，桩间距1.2m，桩径600mm，桩长16m，嵌固段深度7.0m。桩顶设冠梁，冠梁截面600×800mm。钻孔灌注桩及冠梁均采用C30混凝土。排桩支护结构面层喷射80mm厚砼，强度等级C20，内设φ6@250×250钢筋网、14@1500十字形压筋，钢筋网以20@2000锚筋固定，锚筋与压筋十字形焊接。
图1 锚索立面示意图
（2）锚索采用3根S15.2的钢绞线，锚索水平间距及竖向间距均为2.4m。自由段长度5m，锚固段长度13-15m，预加力150KN。
（3）本工程预应力锚索腰梁采用22#槽钢制作，预应力锚索垫板采用290×250×20的Q235钢制作，腰梁缀板采用200×200×10的Q235钢制作。
其中锚索结构由内锚固段、自由段和外锚固段组成。
图2 预应力锚索结构图
4主要设备和材料及要求
（1）主要设备：旋挖钻机、锚杆钻机、空压机、高压泵、低压泵、泥浆搅拌机、切割机、电焊机、高压油泵、张拉机等。
（2）主要材料：钻头、钻具、电气焊、钢绞线、锚板与夹片、H型钢、0VM锚具、架线环等特殊配套工具。
（3）材料要求：钢绞线质量必须符合国标要求，进货渠道须可靠，需要供货单位资质证明书、近两年业绩证明、单位信誉证明、出厂合格证书，收货后应见证取样验收报告单，合符要求后方可使用。此外验收时还应验证钢绞线外观、包装、出厂日期、直径、重量、长度等。锚具供货与钢绞线一样，另锚具必须与所选钢绞线匹配。
5基坑桩锚支护施工
5.1围护桩施工工艺流程
围护桩采用长螺旋钻压灌式施工工艺，其工艺流程如下：
图3 螺旋桩施工流程图
5.2施工工艺要点
（1）成孔：采用长螺旋钻机，进行钻孔施工。钻杆钻至设计标高后泵送220±20mm塌落度混凝土，边提钻边灌注，直到孔口。用钻机卷扬机迅速吊起钢筋笼，对准孔口，由3-4人用力下放，然后用特制的大功率振动锤将钢筋笼振送到位，并将钢筋笼顶标高控制准确后固定。
（2）开始浇筑混凝土时，先由钻机司机鸣哨示意，泵车负责人开始泵送混凝土并向钻机司机鸣哨回应，钻机司机在收到明确回应后开始提钻。
（3）钢筋笼制作：钢筋笼严格按设计图纸和施工规范进行绑扎成型，钢筋笼竖向钢筋伸至帽梁长度应超过帽梁中线；钢筋笼成品经监理检验合格后，用吊装设备（吊车或钻机）吊放入桩孔。
（4）钢筋笼吊放：钢筋笼吊放入孔后，应使钢筋笼与桩孔同心，本工程采取均匀配筋，并在计算的基础上进行加强。
（5）钻孔灌注桩桩顶设计标高处的混凝土强度必须确保满足设计强度要求（不低于C30混凝土），桩顶设计标高处不得有浮碴。施工应控制最后一次灌注量，桩顶不得偏低，应凿除的泛浆高度，必须保证暴露的桩顶混凝土达到强度设计值。
（6）帽梁施工：护坡桩桩完成一定数量后，开始帽梁施工。帽梁施工前应凿去桩顶浮浆并清理干净。帽梁钢筋按设计图纸绑扎，主钢筋保护层不小于20mm，梁内侧支木模，外侧采用土模；混凝土浇注时，采用振捣棒振捣密实。
（7）桩间土支护施工，绑扎钢筋网，上下间距每1.0m采用Φ14压筋在相邻护坡桩钻100mm深小孔置入压筋固定在桩上，桩与桩之间击入0.5m钢筋固定钢筋网片，喷射50mm厚C20混凝土面层。
5.3预应力锚索施工
5.3.1测量放点
施工前，测量放点定位，按图纸要求准确测定每根锚索的标高位置，并作好明显标志。
5.3.2钻孔
基坑分层开挖到锚索设计位置，钻孔施作锚索。钻孔作业采用型号为QZ-150K的潜孔钻机，钻孔前把钻机安装在作业平台上，调整钻机的位置、倾角，符合要求后进行钻孔。钻孔位置要确保正确，并在施工时，钻孔的偏移情况按定段检测的方法进行，若偏移情况不好，要及时釆取措施纠正。钻杆节数要标记好，以便核实钻孔深度。
5.3.3锚索杆体的制作与安放
锚索的制作在设有防雨设施的加工棚完成，钢铰线下料前，将钢绞线放在平坦干净的水泥地面上。
锚索体的长度等于锚头以内的长度加外露长度。外露长度包括撑脚高度、张拉千斤顶高度、工具锚板及工作锚板厚度与预留长度（一般为200mm）。
预应力锚索下料长度计算：
L=1十a十b十0.3
式中：L一锚索下料长度
1一锚索设计长度
a--外锚头厚度
b一锚具总长（包括钢垫板、螺母、千斤顶）
下料时，钢绞线的切割宜用砂轮切割机，勿用电焊或气割，以免钢丝受热损伤而降低其抗拉强度。单根锚索钢绞线不宜用接头，确实需要接头则必须用挤压式或套管式接头并且应错开2.0m以上。
张拉段每隔2m设置一道对中支架，端头2m区段内加密到1m。对中支架应保证其所在位置处锚索体的注浆厚度大于10mm，对中支架之间扎铅丝一道，锚索入孔前应逐段剪去铅丝。钢铰线成束后，要检查其长度、组装直径、钢铰线有无交叉和重迭等，进行验收合格后方可使用。
安放锚杆杆体时，防止杆体扭曲、压弯，注浆管宜随锚杆一同放入孔内，管端距孔L底为5O～100cm，杆体放入角度与钻孔倾角保持一致，安好后使杆体始终处于钻孔中心。入孔时，来回抽动锚索体，且送入孔道的速度应均匀，防止损坏锚索体和使锚索体整体扭转。锚固段安装一根排气管和一根灌浆管，灌浆管由孔口经张拉段，穿过定位止浆环直至导向帽，用于锚固段注浆；排气管由孔口经张拉段穿过定位止浆环即止，用于锚固段注浆时排气。张拉段需专门设一根灌浆管，伸至止浆环附近即可。
5.3.4浆塞制作
孔口注浆塞用无纺布制作。外形为一套在锚索自由段070PVC套管上的环形袋，长度为2m，用0.2～0.4MPa的压力将注浆塞注满水泥浆，待其强度达到20MPa后再进行锚索高压注浆。
5.3.5搅浆与注浆
锚索锚固段采用二次注浆法。一次注浆采用水泥砂浆，水泥采用42.5级早强型普通硅酸盐水泥，注浆压力0.4〜0.6MPa，水泥砂浆的水灰比为0.38，灰砂比为1：1〜1：2，注浆体强度不小于30MPa。二次注浆前，要检测一次注浆初凝和一次注浆体的强度，强度达到5MPa时，才能进行二次注浆。
二次注浆的浆液为纯水泥浆，水和水泥比重控制在0.45〜0.5间，注浆压力为5.0MPa，注浆时要稳定压力2min。为使二次注浆达到设计效果，锚固段在一次注浆时要完全注满浆液。将水泥浆过筛放入注浆桶中，开始注浆，待浆液从孔口流出结束第一次注浆。
二次注浆在第一次注浆强度达到5MPa后进行，注浆压力太小将造成砂浆体与孔壁间存在空隙，从而导致摩阻力较小，锚索抗拔力不高，位移较大；严格控制注浆压力，不易过大，防止浆液流失，如注浆压力过大土体将受到破坏，锚索的抗拔力将受到影响，影响基坑的稳定性，在注浆的过程中，要完全满足设计的要求。
5.3.6腰梁安装
工字钢连接处采用两块水平盖板（规格：200mm×75mm×10mm）满焊焊接于工字钢的翼缘板上，两侧翼缘板各焊接一块；采用两块垂直盖板（规格：200mm×158mm×10mm）满焊焊接于工字钢的腹板上，两侧腹板各焊接一块。
所有焊缝必须饱满，不得存在夹渣、气孔、咬肉现象，焊缝高度6mm。
双拼工字钢腰梁接头必须错开连接，接头搭接率为50%。
双拼工字钢内外两侧必须按图纸要求各安装一块刚垫块（规格：260mm×150mm×20mm），外侧钢垫块与护坡桩之间的间隙用钢板，施工锚梁时应使锚垫板中间的孔洞位置准确且与锚索相垂直，保持锚索顺直并位垫块填充垫起于锚梁中间。
5.3.7预应力锚索张拉与锁定
锚索张拉前，应对张拉设备、压力表、千斤顶进行标定；锚索承压垫应平整，并与锚索轴线垂直，千斤顶就位时需注意工具锚、锚环与锚垫板
在同一中心线上。张拉锚索应按一定的程序进行，张拉顺序应考虑邻近锚索的相互影响，锚索间距<1.5m时，考虑群锚效应，采取“隔二拉一”或隔一拉一”的张拉方式锁定。
锚索分三个循环逐级加荷张拉，张拉过程中达到每一级的张拉吨位后按要求稳压才进行下一级的张拉，最后一级张拉力稳压后即可锁定；张拉时升荷速度控制在每分钟控制不超过设计应力的1／1O；卸荷速度每分钟不超过设计应力的1／5；并检查每循环钢绞线伸长值误差是否在理论计算值5％～10％范围内。
（1）张拉前先安装承压板、锚固传力装置，并对张拉设备进行检查标定。制作出张拉力和压力值间的关系曲线图，作为张拉作业的指导依据。为使钢铰线受力均勻，在成束张拉之前先用小千斤顶对钢铰线分别进行单根张拉预紧，施加10%的设计张拉力。正式张拉前，要对整束锚索预张拉，拉力控制在设计轴心力的10%〜20%，保证锚索的各部位间接触紧密，完全平直。
（2）锚索滑移、钢铰线松弛、温度变化、土体蠕变、锚固桩变形均能造成锚索预应力损失，设置锁定轴力为轴力设计值的0.65倍。待第一次张拉6〜10d后，若预应力有明显损失，须进行补偿张拉。以便补偿锚索的松弛和地层的蠕变等因素造成的预应力损失。
（3）从承压板预留孔插入注浆管直至管口进到锚固段顶面约50cm后开始注浆，边注浆边向外拔注浆管，直至孔口溢出与注浆端浓度相同的浆液。间隔24h后补浆封口。在锚具外5cm处用砂轮切割机切断多余钢铰线，在钢垫板及锚具外覆盖水泥砂浆封锚。
5.3.8锚杆喷射混凝土施工
锚杆喷射混凝土施工锚索施工完后，清理锚梁之间的边坡，然后施工锚杆喷射混凝土，封闭坡面。喷射混凝土与锚梁顶面平齐，以确保坡面排水通畅。
6监测
土方开挖、基坑使用期间委托具备资质的第三方监测单位对基坑及周边环境进行变形监测。监测单位根据监测要求和相关技术规范制定详细监测方案。
6.1监测内容
（1）地面沉降、基坑顶部水平位移；（2）坡顶沉降、水平位移；（3）基坑边坡深层位移；（4）地表裂缝观测；（5）周边管线及建（构）筑物变形；（6）地下水位、降水含砂量；（7）锚杆应力监测。
6.2监测频率
在基坑开挖，边坡防护施工期间，每天不少于一次，直至开挖停止后连续三天的监测数据稳定。当出地面、支护结构或周边建筑物出现裂缝、沉降，遇到降雨，基坑出现异常的渗水或漏水，基坑外地面荷载増加等各种环境条件变化和异常情况时，应立即进行连续监测，直至连续三天的监测数值稳定；监测数据稳定期间，每周少于2次。
6.3变形监测基准点、工作基点布设
（1）设置3个稳定、可靠的基准点，基准点距基坑边缘不小于3倍的基坑深度；
（2）工作基点选在相对稳定和方便使用的位置。在通视条件良好、距离较近、观测项目较少的情况下，可直接将基准点作为工作基点。
（3）监测期间，定期检査工作基点和基准点的稳定性。
（4）巡视检査的方法以目测为主，辅以锤、钎、量尺、放大镜等工器具以及摄像、摄影等设备进行。对自然条件、支护结构、施工工况、周边环境、监测设施等的巡视检査情况应做好记录。检査记录及时整理，并与仪器监测数据综合分析。
（4）巡视检査如发现异常和危险情况，及时通知设计方及其他相关单位。
7结语
本工程基坑支护通过改变腰梁的安装方法，成功地解决了深基坑支护问题。锚索张拉使用的是无黏结钢绞线，与一束钢绞线的长短不一样。在张拉的过程中需要按照一定的顺序采用差异分布张拉方式进行张拉。锚索防护工程施工过程中，严格地遵循施工技术要求进行施工，才能有效地保障防护的质量。应用效果证明，该技术满足基坑支护及周边环境的变形控制要求，支护方案成功。
参考文献：
1 GB 50086-2015 岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范
2 《建筑施工手册》（第五版）
论文作者:王列学
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/3
标签：基坑论文; 注浆论文; 锚固论文; 钻孔论文; 钢筋论文; 预应力论文; 钻机论文; 《基层建设》2019年第11期论文;