論可回收預應力錨索在基坑支護中的應用研究

陳書明

(福建建工集團有限責任公司 福建福州 350003)

0 引言

當前，深基坑支護結構形式普遍采用于城市建筑中的地下室基坑工程建設中，要求在施工前選擇支護方案時，既要考慮到施工的安全可靠和可操作性，又要做到經濟合理。從長期看，可回收式預應擴孔錨索施工將會較大節約施工成本，而且產品回收對周邊建筑的影響較小，還能節約社會資源，并取得可觀的社會效益。回收后未破壞的鋼絞線又可以利用在其他項目工程中,具有材料充分利用、環保、節省費用等優點。

1 工程案例

福州高新區馬排安置房一期工程，位于閩侯縣福州高新區馬排村，地上27層，地下1層，分為南、北區2個獨立地下室，總建筑面積為37 115 m2，基礎約有6.20 m～6.40 m埋置深度，工程東側緊臨居民住宅，無放坡開挖和內支撐支護的條件。根據該場地的水文、地質,周邊環境等條件分析,該工程基坑深度需要開挖至淤泥層和細中砂層，基坑支護采用排樁+擴孔式錨索，上部1.5 m～2.0 m范圍采用1∶1.2放披，卸載平臺寬度為0.50 m～3.0 m。支擋排樁采用SMW工法樁型鋼水泥土攪拌墻[1]，即在三軸水泥攪拌樁之間插入型鋼HM488×300×11×18,樁間距為900 mm；三軸水泥攪拌樁樁徑為650,樁中心距為450 mm，在冠梁處施工預應力擴孔錨索，為保證臨近建筑物地下空間的利用和避免后期施工困難，采用可回收式錨索(3ΦS15.2無粘結鋼絞線)形式，在地下室結構施工完成且周邊回填土之前，用拉力機拔出予以回收，如圖1所示。

圖1 型鋼混凝土攪拌墻+可回收式錨索示意圖

2 工程地質條件

該項目臨近閩江沿岸地區，水系發達，經勘探報告顯示，工程場地巖土層主要為粉質粘土、淤泥、細中砂、淤泥質土和碎卵石層，下部為花崗巖及其風化產物[2]。勘察的巖土層自上而下可劃分為①粉質粘土、②淤泥、③細中砂、④淤泥質土、⑤細中砂、⑥碎卵石、⑦砂土狀強風化花崗巖、⑧碎塊狀強風化花崗巖和⑨中等風化花崗巖，共計9層。 開挖范圍內的土層為①粉質粘土、②淤泥、③細中砂三個土質分布，而錨索底端必須穿過④淤泥質土層伸入⑤細中砂的土質層。

3 可回收式錨索工作機理

該工程采用的可拆卸錨索為強度等級≥1860 MPa的預應力無粘結鋼絞線，承載體應采用鋼質承載體，頂推式快速解鎖回收錨索。可拆卸錨索由導向頭、承載板、連接頭、隔離塑料管、鋼絞線張拉承壓板和錨具組成(圖2)。其回收工作原理：使用千斤頂將中間1根回收索卸荷后，拔出回收索，使錨環往中心孔方向縮回，部分夾套脫開松弛，從而解除對2個工作索的前端夾持，方便快速拔出工作索，達到回收目的[3]。

圖2 可回收錨索大樣圖

回收機理是：基于錨索裝置，可回收錨索鋼絞線分為一根回收索和若干根(1～5)工作索；回收索不張拉，在基坑支護中不施加預應力，僅作為解鎖手段用千斤頂在回收時拔出，使錨環縮回夾套脫開，從而工作索前端夾持解除，其數量為1根；工作索必須張拉鎖定，按設計要求施加預應力，數量按設計要求。錨索的拉力作用先傳遞給錨具，再由錨具傳力給凝固達到設計強度的噴漿混凝土，然后傳遞給周邊土層中，形成由端部受力的承壓式錨索體系[4]。

與傳統的錨索(錨索或鋼筋與注漿體形成整體，無法拔出永久埋置于土層中)不同的是，可回收錨索端部處于承壓狀態，隔離塑料管內部填充防漏劑與注漿體隔離，錨索處于自由伸長狀態。錨索承載力作用，一部分為錨索錨固段與孔壁之間產生的摩阻力，另一部分為錨索的端阻力；依靠錨索周邊土體的抗剪強度提供抵抗力,并起到擋土作用，錨索錨固段剪應力分布如圖3所示。

圖3 錨索錨固段剪應力分布示意圖

4 可回收式錨索施工及質量控制

可回收式預應力錨索的施工工序為:鉆孔噴漿→拔出鉆桿→頂入錨索桿體→拔出鉆桿復噴→注入水泥漿(二次注漿)→錨固體凝固→張拉→鎖定→回收。

錨索在地下室施工完畢，基坑周邊回填土前進行錨索回收，是本基坑支護工程的關鍵工序。根據地質報告，由于此地段距閩江較近，地下含水量豐富，水位較高，其施工難度大，降水和基坑監測在施工中應同時進行。

可回收錨索(預應力錨具各構配件詳見圖4)的具體實施步驟為：①將2根工作索3和1根回收索4分別穿入有對應孔位的錨墊板20、張拉錨環21，其中，回收索4穿在中心孔內，回收索4無需安裝夾片，同時在張拉錨固時無需張拉回收索4。將工作索3與錨環對應錐孔內安裝工作第二夾片22；②當混凝土達到要求時，用專用張拉機具(千斤頂)按施工規范，對錨索進行荷載張拉至設計值最后錨定；③待完成基坑基礎施工，土方回填前，按設計要求，需對錨索進行回收，先用張拉機具千斤頂將回收索4加荷拉拔，再將工作索上咬合的工作第二夾片22卸載并推卸，待千斤頂升長20 cm時退出；用人工抽拔回收索4和工作索3，至此完成錨索整體工作內容。

圖4 預應力錨具各構配件

具體采用人力回收錨索的流程：拆除錨固裝置(解除錨具夾片)→采用千斤頂夾緊回收索，對其施加 2～3T的拉拔力，千斤頂拔出回收索，端部解鎖裝置完成解鎖→直接人力拉出剩余錨索。

施工質量控制：

①鉆孔施工前，根據設計圖紙要求定出并標記好錨索的孔位，允許偏差：鉆孔水平及垂直方向孔距為士100 mm,角度為2°；鉆孔長度應超過設計長度0.5 m；

②預應力錨索擴孔注漿施工時，鉆進速度控制為120 mm/min，水泥使用量不低于250 kg/m，二次注漿不少于50 kg/m水泥用量；錨索注漿采用 42.5級普通硅酸鹽水泥，純水泥注漿。

③預應力錨索采用鉆機在土體中進行鉆孔,通過鉆桿的中空通道,向孔壁周邊高壓旋噴注漿并連續施工作業,形成直徑400 mm的密實水泥砼錨固體；

④中砂層噴錨混凝土施工時，壓力應為20～25 MPa范圍內,鉆桿退至距離孔口3 m左右，應將噴射壓力減至5 MPa以下[5]；

⑤預應力錨索鎖定值為0.8倍錨索軸向拉力標準值(200～250 kN)，預應力錨索軸向拉力標準值按設計剖面圖錨索標注，值冠粱砼強度及錨固體強度達到設計強度80%以上后，方可進行張拉及鎖定。錨索鎖定時,先分五級進行張拉，先達到1.1倍鎖定荷載，再松弛至鎖定荷載持荷進行鎖定，預應力錨索張拉、鎖定如圖4所示。

⑥錨索在施工中，必須留出不少于70 cm張拉工作長度(冠梁外側)。

⑦拆卸錨索施工的最小工作面至少100 cm以上，否則無法進行拆卸錨索的施工。放松卸荷錨索時應注意鋼絞線回彈力，千斤頂施工附近不得站人。

工作錨索拆除與回收的前提條件是，必須嚴格控制無粘結鋼絞線與錨索底部可拆卸式錨固段的“無黏結性”，確保錨索最深處的承載體是光滑和帶半圓弧型的；同時二次注漿的關鍵管控點在于注漿時嚴格封口，確保水泥漿體不進入隔離塑料管內。

5 錨索回收施工過程中遇到的問題及處理措施

(1)錨索鋼絞線隔離塑料管破損，導致水泥漿進入，鋼絞線回收索困難。

處理措施：用千斤頂直接對鎖定的工作鋼絞線施加拉力，緩慢拉出鋼絞線。

(2)留出鎖定的鋼絞線被工人切除，導致回收索長度不足無法解鎖。

處理措施：挖除冠梁后方土體，使錨索有足夠長度回收索進行解鎖。

(3)錨索在混凝土冠梁內卡死，無法進行張拉鎖定。

處理措施：在冠梁施工時，需增加 PVC套管進行隔離，以便順利張拉。

(4)鉆孔時根據施工要求頂入錨索，隔離塑料套管松動，導致二次注漿的水泥漿進入管內。

處理措施：頂入錨索時不能硬頂，隔離塑料套管松動時應將錨索拉出，更換錨索，重新包扎隔離套管后頂入。

(5)在張拉時，拉動回收索，造成工作索無法鎖定。

處理措施：需在專業人員指導下，進行錨索張拉鎖定的施工，張拉前應對工作索和回收索進行標明記號，嚴禁張拉回收索，否則會造成錨索孔報廢。

6 現場實施情況

該工程北、南地塊均進行監測，布置圍護頂部沉降與水平位移監測點，土體深層變形(測斜)監測點、地下水位監測點，道路、地下管線變形(沉降與水平位移)監測點，臨近建筑沉降觀測點、錨索內力監測點。

2018年11月進行錨索支護工程，2019年3月開始回收錨索施工，2019年5月全部回收完成。現場經26次監測，深層土體水平位移累計最大值5.02～11.63(C26#)mm；坡頂位移量0.01～0.47 (P2#) mm,位移速率0.01～0.24(P2#)mm/d,累計位移量0.00～10.10(P54#)mm；坡頂沉降量0.01～0.29(P3#)mm，沉降速率0.01～0.15(P3#)mm/d,累計沉降量3.48～6.63 (P51#)mm；周邊道路及地下管線水平位移沉降量0.01～0.29(D19#)mm，沉降速率0.01～0.15(D19#)mm/d,累計沉降量2.90～4.83(D2#)mm；臨近建筑沉降量-0.27～0.28(J26#)mm,沉降速率-0.14～0.14(J26#)mm/d,累計沉降量0.92～4.01(J14#)mm；錨索內應力150.06～205.93 kN，變化量為-0.28～0.83 kN，累計變化量1.88～6.88 kN。基坑支護結構未見明顯異常現象，周邊環境裂縫無明顯變化，監測結果正常，經建設、監理現場確認，效果良好。

7 結語

該工程采用可回收式預應擴孔錨索基坑支護形式，既保證了基坑支護的施工質量與安全，又能夠消除臨近建筑物利用地下空間的顧慮，具有回收速度快、費用降低、效果良好的特點，對于類似施工空間狹窄而且周邊臨近建筑的地下室及基坑工程，能取得良好的經濟效益，值得進行推廣。