预应力锚索在深基坑支护中的应用

预应力锚索在深基坑支护中的应用摘要:该文介绍了预应力锚索技术在地铁车站工程深基坑边坡支护中的应用情况,较好地解决了工程施工中由于锚索张拉力损失过大、不能达到设计要求,从而导致基坑变形的问题,保证了基坑及周围建筑物的安全,为工程后期施工创造了有利条件。关键词:锚索;深基坑;支护前言深基坑开挖采取多种多样的支护形式,而采用预应力锚索的支护形式至今日益引起人们的关注,该技术可有效地限制基坑土壁侧位移,保证基坑开挖和紧临基坑建筑物的安全。但由于锚索抗拔力受地层条件、材料强度、张拉机具等影响较大,容易出现锚固力不足的现象,导致基坑边坡变形。变形过大会造成周边建筑物结构破坏,影响其正常使用;变形严重时甚至会造成塌方。因此,施工中确保锚索锚固力达到设计值无疑对基坑的安全性影响重大。1工程概况广州市轨道交通三号线汉溪站车站总长为162m,基坑底宽为为36.5~42.5m,开挖深度约17.3m。车站采用明挖法施工,结构类型为现浇钢筋混凝土框架结构。基坑边坡采用预应力锚索+喷混凝土支护形式,锚索采用直径为15.2mm、强度为1860MPa的钢绞线作为杆体材料,锚索纵横间距为1500mm,钻孔总数约1220个。坡面挂双层Ф12@150×150钢筋网,喷射25cm厚C15混凝土。预应力锚索设计参数如表1所示:2工程地质及水文地质条件根据广州市基岩地质构造位置图,车站场地地貌为海相冲积平原区,地形波状起伏。场地位于市桥断隆区北部,下伏基岩为震旦系(Z)混合岩,风化带厚度大,无断裂构造。地基土构成及岩性特征如下:①人工填土:以素填土为主,部分为杂填土。由粉质粘土、砂等组成,厚薄不均,厚度为0.30～5.40m。②粉砂:混有少量中砂,饱和、松散,含约15%的粘粒,厚度为2.30m。③粉质粘土:含少量砂,深灰色、湿、软塑,厚度为1.50m。④淤泥质粉质粘土:饱和,流塑状,含有机质,埋藏浅,厚度薄,厚度为1.80m。⑤砂质粘性土:混有少量粘性土,呈可塑状,残留约15%的石英颗粒,遇水易软化。埋藏深度不一,厚薄不均。层厚为1.80～18.90m,平均厚度为12.00m。场地地下水有基岩孔隙、裂隙承压水一种类型。主要赋存于基岩强风化孔隙、裂隙中,由大气降水及上覆盖土层孔隙水补给。3预应力锚索施工3.1钻孔该工程孔位成梅花型布置,水平间距为1500mm,排距为1500mm,与水平成设计夹角,孔径Φ200。施工中采用XY-2型钻机,Φ200钻头开孔,原浆护壁,硬质合金钻头钻进。钻进时,先启动水泵,使冲洗液(水)从钻杆中心流向孔底,在一定水压力(0.15~0.30MPa)下,水流携带钻削下来的土屑从钻杆与孔壁间的孔隙处排出。钻进时要不断供浆冲洗,始终保持孔口水位,并根据地质条件控制钻进速度,一般以300～400mm/min为宜。待钻至规定深度后,继续用水反复冲洗钻孔中的泥砂。3.2锚索安放1)钢绞线下料钢绞线下料长度应等于锚索设计长度加上喷射混凝土厚度、腰梁宽度及张拉长度,张拉长度计算公式如下:L=l1+2(l1+100)+l2+l3式中l为构件孔道自由段长度;l1为工作锚厚度;l2为千斤顶预留长度;l3为夹片式工具锚厚度。经计算钢绞线张拉长度L=800mm。断好的钢绞线长度要求基本一致,偏差不大于5cm。端部用铁丝绑扎牢,不得参差不齐或散架。2)钢绞线安放钢绞线要求顺直,使用前清除表面的油污及锈膜。自由段涂抹黄油后用塑料管包裹,与锚固体连接处用铁丝绑牢。为保证钢绞线在孔中处于居中位置,防止自由段产生过大的挠度和插入钻孔时不搅动土壁,并保证拉杆有足够的水泥浆保护层,沿杆体轴线方向锚固段每隔2.0m设置一个定位器,自由段每隔2.5～3.0m设置一个定位架,两定位架之间的钢绞线用铁丝捆绑牢固。定位架安装如图1所示:钢绞线锚索采用人工通过锚杆架送入孔中完成,注浆管随锚索绑在一起同时放入孔内,注浆管口距孔底50cm。放置时,要求操作人员均匀用力,若发现孔壁坍塌,应重新透孔、清孔,直至能顺利送入锚杆为止。3.3注浆锚索注浆采用水灰比为0.45～0.50的纯水泥浆,注浆压力为0.5~1.0MPa,用KBY-50/70型砂浆泵供浆。常压注浆采用砂浆泵将浆液经压浆管输送至孔底,再由孔底返出孔口,待孔口溢出浆液,才可以停止注浆,并封堵孔口。注浆前用水引路,润湿输浆管道。注浆时,应注意管口始终处于浆面以下,随时活动注浆管。注浆完成后,将外露的钢绞线清洗干净,并保护好。初凝硬化后若浆体不饱满时,再以0.4~0.6MPa的压力进行补浆,稳定数分钟即完成。注浆后自然养护不少于7d,在灌浆体硬化之前,不能承受外力或由外力引起的锚杆移动。浆液硬化后不能充满锚固体时,应进行补浆,注浆量不得小于计算量,其充盈系数为1.1～1.3。3.4锚索张拉与锁定该工程锚具采用VLM锚具,用液压千斤顶进行张拉锁定。根据锚索承受荷载的大小,采用YCW150型千斤顶和2YBZ2-80型油泵。锚索张拉前须对千斤顶和压力表进行配套标定,并绘出油压—张拉力曲线。锚索注浆后,锚索锚固段浆液达到设计强度的80%以上后进行张拉锁定。锚索张拉前先施加一级荷载(即10%的锚拉力),使各部紧固伏贴和杆体完全平直,保证张拉数据准确。然后按表2所示的控制拉力分级加载,加载速度以100MPa/min为宜,每级加载完成后稳定5～10min。张拉采用超张拉,最后一次控制力为设计张拉力的1.1倍,加载完成后稳定时间不小于15min,然后退至锁定荷载锁定,荷载锁定取设计张拉力的1.0倍。应力的施加要缓慢、匀速。每达到一级控制荷载时,记录千斤顶伸长值和油泵压力表读数。锚索张拉力用压力表读数控制为主,同时用测力计及钢绞线伸长值校核辅助控制。确保钢铰线的实测伸长值在理论计算值的-5%～10%之间。当钢绞线伸长量与实际测量值误差超过规范要求时,应停止张拉并分析原因。4提高锚固力的几点措施4.1钻孔方面保证钻孔的倾斜角度符合设计要求,钻机就位后,要校正孔位的垂直、水平角度偏差。孔壁要平直,以便安放杆体和注浆。要随时注意调整好锚孔位置(上下左右及角度),防止高低参差不齐和相互交错。钻进后要反复提插孔内钻杆,并用水冲洗直至出清水,再接下一节钻杆。为了使锚固端发挥最大的锚固作用,孔壁不得坍陷和松动,否则会影响拉杆的安放和锚索的承载力。4.2杆体安放方面普通的定位架3个脚长度相等,相邻2个脚均成60夹角(见图2),不能保证钢绞线下方的水泥浆有足够的厚度,甚至造成杆体与孔壁直接接触。定位架改进后,将其中的2个脚长度加长,且这2个长脚的夹角减小为45,安装时长脚的一端向下。可保证钢绞线在孔中处于居中位置,钢绞线四周均匀包裹足够厚度(大于20mm)的水泥浆,从而提高锚固力。定位架大样如图2所示。4.3清孔方面如果孔底的泥砂不能用水清洗干净,水泥浆注进后,与泥砂混合,降低了自身的强度,减小了端部的锚固力。所以,孔底用清水清洗干净后,必须用高压风将孔底积水和泥砂吹出,可以增强水泥浆的强度,提高锚固力。同时为防止塌孔,清孔结束后应及时进行注浆施工。5施工效果及评价该工程锚索施工共1220组,每条锚索张拉施工时都有详细的记录,经过对张拉结果分析,实测张拉值均在设计允许范围内,数据离散性小,张拉质量高,预应力钢绞线实际张拉荷载满足设计要求,张拉合格率达到100%。锚索施工结束后,按设计要求进行了验收试验来检测承载力,试验数量按锚索总数的5%选取,共61组。经过有资质的计量中心试验,张拉荷载全部达到设计要求。该工程的“地基基础”分部工程一次性通过分部验收,质量等级评定为“优良”。另外,在基坑开挖及主体结构施工过程中,为保证基坑及周边建筑物的安全,随时掌握基坑边坡及周围建筑各种变形情况,建立了沉降、位移观测系统。在基坑周边设置水平位移观测点16个,周围建筑物沉降观测点7个。经过近3个月的跟踪观测,基坑周边没有明显的位移和裂缝,周围建筑物的最大沉降量也未超过警戒值。实践证明预应力锚索应用在深基坑支护中是非常成功的。6几点体会1)预应力锚索施工前,应先选择与处理工程地质情况相类似地段进行锚索试验,以选择符合本工程需要的锚索型式和材料设备。2)锚索测力器要和张拉千斤顶配套标定,根据标定相关曲线,可以判断测力器的质量和适用性。3)用锚索加固处理的工程部位,应有目的布置几种监测仪器,如多点位移计、钻孔倾斜仪等,以便评价处理工程的安全稳定性和锚索工作状态。4)锚索监测单位要固定,监测资料要统一管理,监测仪器要定期校验,确保监测资料的系统性和可靠性。7结语当前,我国建筑市场对深基坑支护的安全性特别重视,各支护工程的设计、施工方案都要经过专家论证和严格审批,目的是确保基坑稳定,保障人员安全。本工程在提高锚索锚固力方面采取了具体措施,保证了基坑的安全稳定,消除了施工中最大的安全隐患,为工程顺利进行提供了保障。实践证明,措施是可行的,效果是显著的,可供类似工程参考。