預應力土層錨桿在深基坑支護施工中的應用

摘要:本文主要從預應力土層錨桿技術的工作機理、作用、基坑支護結構的設計要求、施工工藝及施工注意事項要求等方面進行闡述。

關鍵詞:預應力土層錨桿;深基坑支護

中圖分類號:TU753 文獻標識碼:A 文章編號:1000-8136(2010)03-0029-02

預應力土層錨桿技術是一種高效、經濟的巖土體加固技術，已在地下圍巖和邊坡工程中得到廣泛應用。目前，隨著城市建設的迅速發展，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。深基坑支護施工除了要求必須滿足自身結構的安全、保證地下室施工安全順利進行、確保周邊環境與建筑物、道路管線的安全外，同時還必須實現施工對周邊的環境影響最少，降低地下污染、降低造價的目的。而預應力土層錨桿技術，其不僅可決定支擋結構的穩定性，而且還能有效控制基坑變形，在深基坑支護中起著相當重要的作用。因此，本文將主要對預應力土層錨桿在深基坑支護中的應用進行一些探討。

1預應力土層錨桿技術的工作機理

預應力土層錨桿技術，是指利用專用土層錨桿施工機械，將其一端與擋土樁、墻聯結，另一端錨固在地基的土層中，通過對錨固段灌注高強度等級水泥砂漿，使其錨固段砂漿體達到一定的設計強度，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力，使得錨錠板帶動錨固體發生位移趨勢，錨固體與周圍土體產生抗拔摩阻力，通過錨具與鋼臺座反作用于混凝土連續墻，對深基坑起支護作用。

2預應力錨桿的作用

在深基坑支護中，預應力錨桿一般選用鋼鉸線作為預應力筋，利用對其自由段預拉的彈性回縮力對支護結構施以預設的應力，使支護結構得以穩定，則其作用有以下幾點:

2.1施加預應力實現荷載平衡

其是指將結構中的預應力筋和錨具看作施載體將其從結構中脫離，把預應力的作用視為一相應荷載(稱為反荷載或是平衡荷載)，由其于外荷載相平衡的條件，去反求預應力的大小、

預應力筋的布筋及其彎曲形狀等。這樣，即可把結構當成是受到平衡荷載和外荷載作用的非預應力結構來計算，為支護的設計和分析提供了依據，是支護結構穩定的保證。

2.2預加應力使土體和錨固體一體化的加固作用

通過預加應力，使自由段處的土體預壓，使得原來土壓力方向發生了改變，阻礙了滑移面的產生，從而抵消了基坑開挖時釋放的土壓力，有效地控制了土體的變形;可使錨固體與土體進行協調結合，形成一體化的加固作用，提高基坑的整體穩定性。

但需注意的一點是，由于預應力錨桿是在基坑自穩、土體未產生變形的基礎上才產生作用的，因此，下步開挖需在錨桿張拉，施加預應力之后進行。

3基坑支護結構的設計要求

3.1支護結構的設計

(1)基坑支護結構應考慮其結構水平變形、地下水的變化對周邊環境的水平和豎向變形的影響。

(2)基坑支護結構均應進行承載能力極限狀態的計算，計算內容包括:根據基坑支護形式及其受力特點進行土體穩定性計算;基坑支護結構的受壓、受彎、受剪承載力計算;當有錨桿或支撐時，應對其進行承載力計算和穩定性驗算。

(3)當場地內有地下水時，應對地下水控制進行計算，如對其抗滲透穩定性驗算、基坑底突涌穩定性驗算、以支護結構設計要求進行地下水控制計算等。

3.2預應力錨桿的設計

(1)設計計算。錨桿預應力值的確定對于錨桿的應用起決定性作用，它不僅要考慮安全與經濟性，而且對變形的控制尤為重要。因此，預應力錨桿在設計計算時，錨桿預應力值應滿足基坑支擋結構的穩定力;在支護體系中，錨桿預應力值應由支擋結構各部位所承受的土壓力(采用土釘支護時，土壓力用抗拔力代替)乘以安全系數計算而來;預應力錨桿參數(錨桿長度、自由段長度、預應力筋個數、傾斜角等)應由預應力值和所勘察的土性參數結合而確定;當基坑穩定性滿足各錨桿參數計算后，再對整體進行穩定計算，如滿足要求，則進行下一步工作。

(2)試驗資料。由于深基坑支護時，開挖后與勘察資料不盡相同，為此，在施工前應先進行現場試驗，以獲得完整的試驗資料，如通過分級加載下錨頭的位移值，了解預應力錨桿的受力變化特性;通過抗拔實驗，得出錨桿的極限承載力，使其荷載比β≤0.55，以最大限度發揮預應力錨桿的錨固作用;通過試驗了解預應力設計值與極限承載力的關系，從而了解支護結構的安全可靠性。

4施工工藝

4.1鉆孔

(1)在鉆進過程中應合理掌握鉆進參數和鉆進速度，防止出現埋鉆、卡鉆等各種孔內事故;對土層錨桿的自由段鉆進速度可稍快，對錨固段則應稍慢一點。

(2)采用干作業法鉆孔時，要注意鉆進速度，避免“別鉆”;鉆孔完畢后，為減少孔內虛土，應先將孔內土充分倒出，再拔鉆桿。

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

4.2預應力筋的制作與安裝

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

(2)鋼絞線如涂有油脂，在固定段要仔細加以清理，以免影響與錨固體的黏結;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，應防止桿體扭曲、壓彎，注漿管宜隨錨桿一同放入孔內，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)若發現孔壁坍塌，應重新透孔、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;水泥漿液的抗壓強度要大于25 MPa，塑性流動時間要在22 s以下，可用時間應在30 min～60 min，必要時可加入一定量的外加劑或摻和劑，但要攪拌均勻，整個澆注時間須控制在≤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，將灌漿管推入拉桿孔內，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，應逐步將灌漿管向外拔出，但灌漿口應始終處于漿面以下;待孔口溢出漿液時，可停止注漿，拔出灌漿管;灌漿時，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，用水泥袋紙等搗入孔內，再用濕黏土封堵孔口，并嚴密搗實，再以0.4 MPa～0.6 MPa的壓力進行補灌，穩壓數分鐘后即可完成。

(3)二次灌漿法

二次灌漿時，應先灌注錨固段，待所灌注的水泥漿具備一定強度后，對其進行張拉，然后再灌注非錨固段;灌漿時，對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;對垂直孔或傾斜度大的孔，可采用人工填塞搗實法進行灌漿;灌漿結束后，應用清水沖洗灌漿管，直至管內流出清水為止;注漿完畢應將外露的鋼筋清洗干凈，并保護好。

4.4張拉與鎖定

(1)土層錨桿灌漿后，待錨固體強度大于15 MPa并達到設計強度的75 %時，方可進行預應力張拉。

(2)為避免張拉對相鄰錨桿的影響，應采用跳張法，即隔一或隔二張拉，以盡量減少相鄰錨桿張拉引起的預應力損失;錨桿正式張拉前，要取設計拉力的10 %～20 %，并對錨桿預張拉l～2次。

(3)錨桿張拉要求定時分級加荷載進行，張拉時由專人操縱機械、記錄和觀測數據，并隨時畫出錨桿荷載——變位曲線圖，作為判斷錨桿質量的依據。

(4)當拉桿預應力沒有明顯衰減時，即可鎖定錨桿;為避免張拉值過小，預應力作用無法發揮，或是張拉值過大，預應力受傷，則張拉值應控制在設計值的110 %左右，以考慮鎖定時夾片回縮力損失，張拉鎖定的有效應力基本與設計值相等。

(5)錨桿鎖定后，若發現有明顯預應力損失時，應進行補償張拉。

4.5施工注意事項

(1)張拉設備應牢靠，錨桿各條鋼筋的連接要牢靠，以防止張拉時發生脫扣現象;應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)電氣設備應設接地、接零，并做好安全防范措施，以做好安全用電。

(3)施工現場的泥漿水要及時處理，使其經排水溝流到沉淀池，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做防腐處理，永久性錨桿必須進行雙層防腐，即涂以瀝青等防腐材料后須再采用混凝土密封;臨時性錨桿宜采用瀝青進行簡單防腐。

參考文獻

1 《建筑基坑支護技術規程》(JGJ120-99)

2 蔣曙光.預應力土層錨桿在深基坑支護中的幾個問題[J].發明與創新，2006(5)

The Soil Layer Stock of Prestressing Force Supports and Protects

the Application while Constructing in the Deep Base Hole

Liu Yingguang

Abstract: This text props up the designing requirement of protecting the structure from the working mechanism， function， base hole of the soil layer stock technology of prestressing force mainly， such respects as construction craft and construction precautions are required are explained.

Key words: soil layer stock of prestressing force; the deep base hole is propped up and protected