預應力錨索在基坑支護工程中的應用

馬傳尚，趙利杰

（中國有色金屬工業第六冶金建設有限公司，河南 鄭州 450006）

本文以駐馬店西班牙小鎮項目5#樓深基坑項目為例，5#樓所在區域地下水水位埋深7.0m左右，筏板埋深9.0m，且相鄰高層地下車庫已經施工，5#樓花園洋房基礎距車庫基坑較近（最近處約3.5m），基礎高差3.9m～9.0m，地基土直立邊坡允許高度為2.9m，現場又不滿足放坡開挖條件。在施工期間，為保證地下車庫地基穩定和方便現場施工，基坑側壁（西側、南側、北側）采用樁錨結構支護設計形式。考慮到雨季沖涮和浸水引起的土體強度下降，建議基坑側壁（東側）在放坡的同時，進行其它支護（土釘墻）形式。

1 工程地質水文條件

工程勘察報告，本場地地下水為第四系松散巖類空隙潛水，勘察期間地下水穩定水位埋深在5.48m～7.23m(絕對高程78.19m～79.68m)之間，在施工中需要做降水設計，局部開挖時如遇地下水僅可用輕型井點降水和明排。

2 基坑樁錨支護作用原理及結構形式

2.1 作用原理

樁錨支護是由側壁抗滑樁和預應力錨索系統組合而成的支護體系，它是在巖石錨桿理論研究比較成熟的基礎上發展起來的一種擋土結構，其支護原理是充分利用了邊坡抗滑樁伸入基底部分的被動土壓力來阻擋基坑側壁的主動土壓力，再利用錨固于基坑側壁的預應力錨索的抗拉拔力對抗滑樁施加拉力作為抗滑樁的支撐體系，通過對抗滑樁施加拉力減少側壁土壓力對樁身產生的水平位移，即阻擋基坑邊坡下滑的抗滑力主要來源于抗滑樁提供的阻滑力和錨索所提供的拉力。

2.2 基坑樁錨支護的設計結構形式

本項目依據地勘報告中的地質、水文、周邊環境和工期等方面綜合評定后，對基坑支護結構進行設計，確定基坑降水采用管井井點和集水明排降水，基坑支護結構形式采用樁錨支護，樁錨支護結構主要為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁和預應力錨索組成，支護設計信息如下。

（1）支護樁型為鉆孔灌注樁，樁間距1.2m，樁徑600mm，樁長16m，嵌固段深度7.0m。樁頂設冠梁，冠梁截面600×800mm。鉆孔灌注樁及冠梁均采用C30混凝土。排樁支護結構面層噴射80mm厚砼，強度等級C20，內設φ6@250×250鋼筋網、14@1500十字形壓筋，鋼筋網以20@2000錨筋固定，錨筋與壓筋十字形焊接。

（2）預應力錨索由錨固段、自由段、錨索腰梁、錨索墊板和錨具組成。錨索采用5根S15.2的鋼絞線，錨索水平間距及豎向間距均為2.4m。自由段長度5m，錨固段長度13-15m，預加力300KN。本工程預應力錨索腰梁采用22#槽鋼制作，預應力錨索墊板采用290×250×20的Q235鋼制作，腰梁綴板采用200×200×10的Q235鋼制作。

3 預應力錨索施工

鋼筋混凝土灌注樁和鋼筋混凝土冠梁檢測合格后，對基礎坑進行開挖，在開挖過程中按照設計要求進行預應力錨索的施工。

3.1 測量定位

基坑開挖到錨索面下500mm～1000mm時，按基坑支護設計圖紙要求，將錨索的設計位置和標高測放側壁上，并作好明顯標志。

3.2 鉆孔

鉆孔作業采用型號為XMZ130錨桿鉆機，鉆孔前把鉆機安先就位，按照側壁樁位標志，調整鉆桿的位置、傾角，符合要求后進行鉆孔。并在施工時，及時檢查鉆桿的角度和深度，若出現偏差，要及時釆取糾正措施。

3.3 錨索的制作與安放

錨索的制作在應加工棚完成，鋼鉸線下料前，鋼絞線的工作范圍內應硬化，應保證鋼絞線作業面潔凈，確保鋼絞線不受泥土等污染。

錨索的下料長度應等于錨頭以內的錨索設計長度和錨頭外露長度，其中外露長度包括腰梁高度、張拉千斤頂高度、工具錨板及工作錨板厚度和預留長度（一般取300mm）。

預應力錨索下料長度計算：L=1+a+b+0.3

式中：L—錨索下料長度；1—錨索設計長度；a—外錨頭厚度；b—錨具總長(包括鋼墊板、螺母、千斤頂)。

安放錨索時，為保證錨索中心與鉆孔同心和防止錨索和注漿管扭曲、壓彎，應在錨索束上安裝定位支架，定位支架間距不大于2m，注漿管宜隨錨索一同放入孔內，注漿管端部距孔底為50mm～100mm。在自由段內鋼絞線采用多重防腐、隔離措施，自由段一般采用除銹、刷瀝青底漆和瀝青玻纖布纏裹處理。

3.4 漿塞制作

孔口注漿塞一般用無紡布制作。外形為一段纏裹在錨索自由段上的環形袋，一般纏裹長度為2m，注漿前一般先用用0.2MPa～0.4MPa的壓力將注漿塞注滿水泥漿，待其強度達到20MPa后再進行錨索高壓注漿。

3.5 攪漿與注漿

錨索注漿一般采用二次注漿法。第一次注漿采用強度不小于30MPa早強水泥砂漿，注漿壓力為0.4MPa～0.6MPa。第二次注漿前，第一次注漿體同條件試塊強度應達到5MPa時，才能進行二次注漿，并在注漿管的出漿口應采取逆止措施，二次注漿的壓力不應小于1.5MPa。

3.6 腰梁安裝

腰梁工字鋼連接處采用兩塊水平蓋板（規格：200mm×75mm×10mm）滿焊焊接于工字鋼的翼緣板上，兩側翼緣板各焊接一塊；采用兩塊垂直蓋板（規格：200mm×158mm×10mm）滿焊焊接于工字鋼的腹板上，兩側腹板各焊接一塊。工字鋼與灌注樁之間的間隙用薄鋼板加塞，施工腰梁時，錨墊板通過楔形塊調整斜度，使錨墊板的中心孔洞與錨索相對應，使錨索平直順滑穿過錨墊板。

3.7 預應力錨索張拉與鎖定

預應力錨索張拉前，應對液壓千斤頂、壓力表、液壓油泵進行檢驗和標定；工具錨和錨墊板應與錨索軸中心線垂直，液壓千斤頂就位時，需注意工具錨、錨墊板、錨環與錨索在同一中心線上。錨索的張拉應設計張拉順序進行，本項目采取“隔一拉一”的方式張拉鎖定。

錨索張拉分四級張拉，四級拉力分別為設計拉力的0.25P、0.5P、0.75P、1.10P，每次張拉達到設計拉力后，要求穩壓后，及時量測錨索伸長量，及時與計算表的理論伸長量進行核對無異常后，方可進行下一級張拉。

預應力錨索張拉計算實例：預應力錨索采用5Φs15.2高強度低松弛鋼絞線，強度級別為1860Mpa，公稱直徑15.24mm，公稱面積140mm2，彈性模量為195000N/mm2。

預應力鋼絞線的設計施加應力為300KN。

預應力鋼絞線錨固段長度不小于5m（以5m計算），工作長度為100cm，計算長度以6m計算。

（1）理論總伸長量計算公式：△L=PL/AE

式中：P-預應力鋼絞線的平均張拉力（N）；

L-預應力鋼絞線的長度（mm）；

A-預應力鋼絞線的公稱面積，取140mm2；

E-預應力鋼絞線的彈性模量，取195000N/mm2。

（2）張拉設備標定校準方程：

P=0.022980F+0.409927

式中：P-壓力指示器示值(MPa)；F-標準力值(KN)。

（3）分級張拉理論伸長值及油表讀數值計算：

當施加壓力=25%σcon=0.25＊300KN=75KN時；

當施加壓力=50%σcon=0.5＊300KN=150KN時；

當施加壓力=75%σcon=0.75＊300KN=225KN時；

當施加壓力=110%σcon=1.1＊300KN=330KN時；伸長值及油表讀數如下表：

表1 A-1分級張拉伸長值及油表讀數

正式張拉前，為使整束鋼鉸線均勻受力，在成束鋼絞線張拉之前，先用小千斤頂對單根的鋼鉸線，分別進行單根預拉緊，一般預加應力為10%的設計張拉力。張拉墻，應檢查錨具間的各部位間接觸緊密。為預應力滿足設計要求，應在張拉完畢后6d～10d，應對預應力進行檢測，若有明顯應力損失，須進行補償張拉。以便補償錨索的松弛和地層的蠕變等因素造成的預應力損失。

4 監測

土方開挖、基坑使用期間委托具備資質的第三方監測單位對基坑及周邊環境進行變形監測。監測單位根據監測要求和技術規范制定詳細監測方案。

表2 監測內容及預警值

在基坑開挖，邊坡防護施工期間，每天檢測不少于一次，直至開挖停止后連續三天的監測數據穩定后。可適當減少檢測頻率，當出基坑周邊地面出現裂縫和沉降、支護結構水平位移增大、周邊建筑物出現傾斜、裂縫、沉降或基坑出現異常的滲水或漏水，基坑外地面荷載増加等各種環境條件變化和異常情況時，應立即進行連續監測，直至連續三天的監測數值趨于穩定，穩定期間的監測頻率每周不少于2次。

5 結語

本工程基坑支護通過采用灌注樁和預應力錨索的組合應用，有效解決了5#樓基礎距車庫距離近、高差大的難題，且沒有內部支撐，方便機械施工作業，縮短了項目工期。充分說明樁錨支護體系，適用于建筑環境復雜、場地狹小，周邊荷載較大等基礎工程，具有良好的經濟性、場地適應性和施工便捷性。