預(yù)應(yīng)力錨索在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

馬傳尚，趙利杰

（中國有色金屬工業(yè)第六冶金建設(shè)有限公司，河南 鄭州 450006）

本文以駐馬店西班牙小鎮(zhèn)項(xiàng)目5#樓深基坑項(xiàng)目為例，5#樓所在區(qū)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(jīng)施工，5#樓花園洋房基礎(chǔ)距車庫基坑較近（最近處約3.5m），基礎(chǔ)高差3.9m～9.0m，地基土直立邊坡允許高度為2.9m，現(xiàn)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(wěn)定和方便現(xiàn)場施工，基坑側(cè)壁（西側(cè)、南側(cè)、北側(cè)）采用樁錨結(jié)構(gòu)支護(hù)設(shè)計(jì)形式?？紤]到雨季沖涮和浸水引起的土體強(qiáng)度下降，建議基坑側(cè)壁（東側(cè)）在放坡的同時(shí)，進(jìn)行其它支護(hù)（土釘墻）形式。

1 工程地質(zhì)水文條件

工程勘察報(bào)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(wěn)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(shè)計(jì)，局部開挖時(shí)如遇地下水僅可用輕型井點(diǎn)降水和明排。

2 基坑樁錨支護(hù)作用原理及結(jié)構(gòu)形式

2.1 作用原理

樁錨支護(hù)是由側(cè)壁抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索系統(tǒng)組合而成的支護(hù)體系，它是在巖石錨桿理論研究比較成熟的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種擋土結(jié)構(gòu)，其支護(hù)原理是充分利用了邊坡抗滑樁伸入基底部分的被動(dòng)土壓力來阻擋基坑側(cè)壁的主動(dòng)土壓力，再利用錨固于基坑側(cè)壁的預(yù)應(yīng)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(cè)壁土壓力對樁身產(chǎn)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(hù)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式

本項(xiàng)目依據(jù)地勘報(bào)告中的地質(zhì)、水文、周邊環(huán)境和工期等方面綜合評(píng)定后，對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定基坑降水采用管井井點(diǎn)和集水明排降水，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式采用樁錨支護(hù)，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)主要為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力錨索組成，支護(hù)設(shè)計(jì)信息如下。

（1）支護(hù)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(shè)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(hù)結(jié)構(gòu)面層噴射80mm厚砼，強(qiáng)度等級(jí)C20，內(nèi)設(shè)φ6@250×250鋼筋網(wǎng)、14@1500十字形壓筋，鋼筋網(wǎng)以20@2000錨筋固定，錨筋與壓筋十字形焊接。

（2）預(yù)應(yīng)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(yù)加力300KN。本工程預(yù)應(yīng)力錨索腰梁采用22#槽鋼制作，預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(chǔ)坑進(jìn)行開挖，在開挖過程中按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索的施工。

3.1 測量定位

基坑開挖到錨索面下500mm～1000mm時(shí)，按基坑支護(hù)設(shè)計(jì)圖紙要求，將錨索的設(shè)計(jì)位置和標(biāo)高測放側(cè)壁上，并作好明顯標(biāo)志。

3.2 鉆孔

鉆孔作業(yè)采用型號(hào)為XMZ130錨桿鉆機(jī)，鉆孔前把鉆機(jī)安先就位，按照側(cè)壁樁位標(biāo)志，調(diào)整鉆桿的位置、傾角，符合要求后進(jìn)行鉆孔。并在施工時(shí)，及時(shí)檢查鉆桿的角度和深度，若出現(xiàn)偏差，要及時(shí)釆取糾正措施。

3.3 錨索的制作與安放

錨索的制作在應(yīng)加工棚完成，鋼鉸線下料前，鋼絞線的工作范圍內(nèi)應(yīng)硬化，應(yīng)保證鋼絞線作業(yè)面潔凈，確保鋼絞線不受泥土等污染。

錨索的下料長度應(yīng)等于錨頭以內(nèi)的錨索設(shè)計(jì)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(yù)留長度（一般取300mm）。

預(yù)應(yīng)力錨索下料長度計(jì)算：L=1+a+b+0.3

式中：L—錨索下料長度；1—錨索設(shè)計(jì)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(shí)，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(yīng)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(nèi)，注漿管端部距孔底為50mm～100mm。在自由段內(nèi)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(huán)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(qiáng)度達(dá)到20MPa后再進(jìn)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(qiáng)度不小于30MPa早強(qiáng)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(qiáng)度應(yīng)達(dá)到5MPa時(shí)，才能進(jìn)行二次注漿，并在注漿管的出漿口應(yīng)采取逆止措施，二次注漿的壓力不應(yīng)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(guī)格：200mm×75mm×10mm）滿焊焊接于工字鋼的翼緣板上，兩側(cè)翼緣板各焊接一塊；采用兩塊垂直蓋板（規(guī)格：200mm×158mm×10mm）滿焊焊接于工字鋼的腹板上，兩側(cè)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(shí)，錨墊板通過楔形塊調(diào)整斜度，使錨墊板的中心孔洞與錨索相對應(yīng)，使錨索平直順滑穿過錨墊板。

3.7 預(yù)應(yīng)力錨索張拉與鎖定

預(yù)應(yīng)力錨索張拉前，應(yīng)對液壓千斤頂、壓力表、液壓油泵進(jìn)行檢驗(yàn)和標(biāo)定；工具錨和錨墊板應(yīng)與錨索軸中心線垂直，液壓千斤頂就位時(shí)，需注意工具錨、錨墊板、錨環(huán)與錨索在同一中心線上。錨索的張拉應(yīng)設(shè)計(jì)張拉順序進(jìn)行，本項(xiàng)目采取“隔一拉一”的方式張拉鎖定。

錨索張拉分四級(jí)張拉，四級(jí)拉力分別為設(shè)計(jì)拉力的0.25P、0.5P、0.75P、1.10P，每次張拉達(dá)到設(shè)計(jì)拉力后，要求穩(wěn)壓后，及時(shí)量測錨索伸長量，及時(shí)與計(jì)算表的理論伸長量進(jìn)行核對無異常后，方可進(jìn)行下一級(jí)張拉。

預(yù)應(yīng)力錨索張拉計(jì)算實(shí)例：預(yù)應(yīng)力錨索采用5Φs15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，強(qiáng)度級(jí)別為1860Mpa，公稱直徑15.24mm，公稱面積140mm2，彈性模量為195000N/mm2。

預(yù)應(yīng)力鋼絞線的設(shè)計(jì)施加應(yīng)力為300KN。

預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨固段長度不小于5m（以5m計(jì)算），工作長度為100cm，計(jì)算長度以6m計(jì)算。

（1）理論總伸長量計(jì)算公式：△L=PL/AE

式中：P-預(yù)應(yīng)力鋼絞線的平均張拉力（N）；

L-預(yù)應(yīng)力鋼絞線的長度（mm）；

A-預(yù)應(yīng)力鋼絞線的公稱面積，取140mm2；

E-預(yù)應(yīng)力鋼絞線的彈性模量，取195000N/mm2。

（2）張拉設(shè)備標(biāo)定校準(zhǔn)方程：

P=0.022980F+0.409927

式中：P-壓力指示器示值(MPa)；F-標(biāo)準(zhǔn)力值(KN)。

（3）分級(jí)張拉理論伸長值及油表讀數(shù)值計(jì)算：

當(dāng)施加壓力=25%σcon=0.25＊300KN=75KN時(shí)；

當(dāng)施加壓力=50%σcon=0.5＊300KN=150KN時(shí)；

當(dāng)施加壓力=75%σcon=0.75＊300KN=225KN時(shí)；

當(dāng)施加壓力=110%σcon=1.1＊300KN=330KN時(shí)；伸長值及油表讀數(shù)如下表：

表1 A-1分級(jí)張拉伸長值及油表讀數(shù)

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(jìn)行單根預(yù)拉緊，一般預(yù)加應(yīng)力為10%的設(shè)計(jì)張拉力。張拉墻，應(yīng)檢查錨具間的各部位間接觸緊密。為預(yù)應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)在張拉完畢后6d～10d，應(yīng)對預(yù)應(yīng)力進(jìn)行檢測，若有明顯應(yīng)力損失，須進(jìn)行補(bǔ)償張拉。以便補(bǔ)償錨索的松弛和地層的蠕變等因素造成的預(yù)應(yīng)力損失。

4 監(jiān)測

土方開挖、基坑使用期間委托具備資質(zhì)的第三方監(jiān)測單位對基坑及周邊環(huán)境進(jìn)行變形監(jiān)測。監(jiān)測單位根據(jù)監(jiān)測要求和技術(shù)規(guī)范制定詳細(xì)監(jiān)測方案。

表2 監(jiān)測內(nèi)容及預(yù)警值

在基坑開挖，邊坡防護(hù)施工期間，每天檢測不少于一次，直至開挖停止后連續(xù)三天的監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后。可適當(dāng)減少檢測頻率，當(dāng)出基坑周邊地面出現(xiàn)裂縫和沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移增大、周邊建筑物出現(xiàn)傾斜、裂縫、沉降或基坑出現(xiàn)異常的滲水或漏水，基坑外地面荷載増加等各種環(huán)境條件變化和異常情況時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，直至連續(xù)三天的監(jiān)測數(shù)值趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定期間的監(jiān)測頻率每周不少于2次。

5 結(jié)語

本工程基坑支護(hù)通過采用灌注樁和預(yù)應(yīng)力錨索的組合應(yīng)用，有效解決了5#樓基礎(chǔ)距車庫距離近、高差大的難題，且沒有內(nèi)部支撐，方便機(jī)械施工作業(yè)，縮短了項(xiàng)目工期。充分說明樁錨支護(hù)體系，適用于建筑環(huán)境復(fù)雜、場地狹小，周邊荷載較大等基礎(chǔ)工程，具有良好的經(jīng)濟(jì)性、場地適應(yīng)性和施工便捷性。