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浅谈预应力锚索在深基坑支护中的应用摘要随着我国经济建设的发展，城市规模不断扩大，建筑用地面积日趋紧张，建筑业呈现出跨越式发展的趋势。大规模的高层建筑地基基础与地下室、大型地下商场、地下停车场、地下车站、地下交通枢纽、地下变电站等的建设中都面临着深基坑工程的问题。由于工程地质和水文地质条件复杂多变、环境保护要求越来越高、基坑工程规模向超大面积和大深度方向发展、工期进度及资源节约等开发条件要求日益复杂。建筑工程不断创新发展，出现了逆作法等多种施工方法和新型施工工艺，对于要求更高的深基坑支护工程提供了强有力的技术支持和质量保障。预应力技术的引进无疑是很好的例证。关键字：深基坑，逆作法，深基坑支护，预应力目录1绪论11.1研究背景及意义11.2国内外研究现状12深基坑支护预应力锚索的概述22.1预应力锚索的定义与原理22.1.1定义与原理22.1.2预应力锚索的特点及应用场合22.2预应力锚索施工工艺解析32.2.1施工工艺流程及操作要点32.3质量控制43现阶段预应力锚索施工过程中存在的问题53.1破坏形态53.2质量通病54针对施工现状对于预应力锚索施工提出解决措施。64.1技术措施64.1.1技术交底64.1.2预应力锚索施工质量检测64.2安全技术措施75以青岛国际创新园二期项目基坑支护工程为例做预应力锚索的研究75.1工程概况75.2工程地质条件85.3施工方案105.3.1设计变更11结论13参考文献1421绪论1.1研究背景及意义进入21世纪以来，在经济全球化大潮的影响下，我国建筑行业取得了长足的发展，从可持续发展的角度来说，合理使用开发土地资源向着更广的维度发展大势所趋。建筑物更加注重地下空间的充分利用，出现了大量的地下停车场、地下商场等诸多公共设施，如地铁、地下通道，这些工程都脱离不开土方开挖之后的深基坑支护，深基坑支护对于建筑物地下结构的稳定性起着至关重要的作用。由于岩层性质的不确定性，尤其是不稳定土层，因此对于深基坑支护方案、施工方法、施工工艺的选择都产生了决定性的影响。尽管深基坑支护的施工方法很多，但是每一种深基坑施工都有各自的适用条件和一定的局限性，所以要根据岩土特性，谨慎选择适当的深基坑支护避免建筑工程质量事故发生。在垂直开挖或是小坡度放坡支护中多会采用桩锚结构，大多采用刚性桩与预应力锚索作为主要施工工艺。在现实工程中能较好的保证工程质量，预应力锚索作为一种施工简单、高效的施工方法极大地缩短了工期，降低了成本，符合建筑工程可持续发展。1.2国内外研究现状据统计，我国建成的高层建筑累计已超过1.3亿平方米,高度超过100m的超高层建筑已超过200幢。高层建筑最深的地下室基坑为6层，深度-26.2m。国外已达13层。由此可见深基坑支护技术日趋成熟，理论研究也在不断丰富发展，其中预应力成果颇丰。在预应力锚索的抗腐蚀性、长期耐久性等方面。对于已服役建筑工程的预应力锚索做了研究得出了全长粘接的预应力锚索的注浆质量、钻孔精度及砂浆防护体的厚度等对预应力锚索的运行年限有很大的影响。 (2)通过对现场开挖资料的分析,得出了预应力锚索在运行多年后钢绞线的腐蚀规律呈“分段式”分布,根据所处外部环境的不同呈现不同的腐蚀特征,即严重腐蚀区、轻微腐蚀区和无腐蚀区。 (3)通过对已服役锚索预应力衰减规律的长期现场监测,揭示了锚索预应力的长期变化规律以及在不同影响因素下的变化特征和规律,即预应力锚索在完成张拉锁定后的40天内,预应力锚索应力衰减明显,尤其在前10天应力衰减显著,40天内应力衰减程度达到张拉锁定值的20%,后期应力衰减不明显,应力衰减缓慢,但总趋势是继续衰减。 (4)通过数值仿真试验可知,钻孔弯曲造成的预应力损失对锚索的加固效果有一定影响,钻孔弯曲越大,造成的预应力损失也越大,同时预应力锚索对岩体的加固效果减弱也越明显,钻孔增加角度与预应力锚索在岩体上产生的应力大小呈反比线性关系；预应力锚索长期运行后预应力的损失对岩体产生的应力值、位移值都有一定影响,但对加固范围的影响不是很明显；预应力锚索对岩体产生的应力值及位移值损失幅度与预应力的损失幅度呈正比线性关系。2深基坑支护预应力锚索的概述2.1预应力锚索的定义与原理2.1.1定义与原理（1）预应力锚索：由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端（锚杆）锚固在坚硬的岩层中（称内锚头），然后在另一个自由端（称外锚头）进行张拉，从而对岩层施加压力对不稳定岩体进行锚固，这种方法称预应力锚索，简称锚索。预应力锚索的杆体材料可以是钢筋或者是钢绞线1。（2）预应力工作原理：预应力锚索是一种把钢绞线埋入岩层内部进行预应力的施工技术，传递主体结构的支护应力到深部稳定岩层的主动支护方式。锚索安设锁紧后，锚索集中应力以45度压力（拉力为合力）分线传递到支护结构物上，在预应力作用下，围岩产生压缩，可是围岩在锚索的弹性压缩下形成“承载拱”，提高了围岩的整体性和内在抗力，增加其强度，同时增大围岩的稳定程度。锚索支护能使结构物与围岩连锁在一起共同作用，能使围岩发挥出更大的承载作用，有利于表面结构的稳定，并把结构和共同工作的围岩介质组成复合体，被结构锚固的岩层能更有效地承受负荷产生的拉力和剪力，而且这些力的传递深度也比未经锚固结构的作用大得多。2.1.2预应力锚索的特点及应用场合（1）特点：预应力锚索支护一般分为自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索（对穿预应力锚索）和普通预应力锚索两种。普通预应力锚索又分为拉力型、压力型、拉压复合型锚索，锚索数量不一2。（2）应用场合：预应力锚索一般用于深基坑支护中的桩锚结构，与刚性桩结合使用。也经常用于隧道、地铁侧壁支护，以及特殊山体护坡中，锚索数量不一，同时也要根据基坑支护工程的勘查报告来确定施工设备与施工工艺，必须严格根据设计进行施工。2.2预应力锚索施工工艺解析2.2.1施工工艺流程及操作要点施工工艺流程图：施工准备加工锚索做梁张拉养护补浆或二次注浆注浆置入锚索清孔测量放线钻机就位成孔施工操作要点：（1）钻孔：施工时根据设计要求，不同的锚索选用不同直径的钻头。施工排架搭设要牢固，钻机定位准确，水平孔须用2mm/m精度的水平尺校核钻机钻杆水平，测量仪测定钻进方向角。锚索孔开孔偏差不得大于10cm，端头锚的孔斜误差不得大于孔深的2，对穿锚不得大于1。钻孔孔径不应小于施工图纸和厂家产品说明规定的要求。（2）锚索加工：锚索制作在有防雨设施的加工厂完成。按实际孔深满足张拉和设计要求的最小长度进行下料。下料前仔细检查钢绞线的表面，没有损伤的钢丝或钢绞线才能使用。编制锚索中，钢绞线在隔离架上的孔位要一一对应锚索捆扎完毕，应采取保护措施防止钢绞线锈蚀，运输过程中应防止锚索发生弯曲、扭转和损伤。（3）注浆配合比：锚索砂浆配比根据试验确定，当采用纯水泥浆灌注时，水灰比应取0.40.5。无粘结锚索的锚固段和自由段一次灌浆形成。锚固段灌浆压力0.3MPa0.5MPa，排气管回浓浆后即以0.5MPa的压力闭浆，闭浆时间30min。自由段灌浆压力不小于0.8MPa。（4）张拉锁定：首先进行试验束的张拉，分为单股预紧和整束分级张拉两个阶段，张拉各级加载稳压前后，均量测钢绞线的伸长值与回缩值，若实测伸长值与理论伸长值相差超过10%或小于5%，应停止张拉，查明原因后才能重新张拉。对于有补张拉的锚索应在张拉7d后进行。锚束张拉的设备和仪器应进行定期配套标定，其间隔期不得超过6个月。超过标定间隔期的设备和仪器或遭猛烈碰撞的仪表，必须重新标定后才能使用。（5）锚头保护：张拉结束，将锚具外大于15cm的钢绞线用切割片割除，割除施压一定要轻，严禁产生高温，以免锚夹片处应力损失，最好加水或加油冷却。2.3质量控制（一）保证项目（1）锚杆工程所用原材料、钢材、水泥浆、水泥砂浆标号必须符合设计要求。（2）锚固体的直径、标高、深度和倾角必须符合设计要求。（3）锚杆的组装和安放必须符合岩土锚杆(索)技术规程CECS22_2005的要求。（4）锚杆的张拉、锁定和防锈处理必须符合设计和施工规范的要求。（5）土层锚杆的试验和监测必须符合设计和施工规范的规定。（二） 基本项目（1）水泥、砂浆及接驳器必须经过试验，并符合设计和施工规范的要求，有合格的试验资料。（2）在进行张拉和锁定时，台座的承压面应平整，并与锚杆的轴线方向垂直。（3）进行基本试验时，所施加最大试验荷载（QMAX）不应超过钢丝、钢绞线、钢筋强度标准值的0.8倍。（4）基本试验所得的总弹性位移应超过自由段理论弹性伸长的80%，且小于自由段长度与1/2 锚固段长度之和的理论弹性伸长。（三） 允许偏差（1）锚杆水平方向孔距误差不应大于50MM，垂直方向孔距误差不应大于100MM。（2）钻孔底部的偏斜尺寸不应大于锚杆长度的3%。（3）锚杆孔深不应小于设计长度，也不宜大于设计长度的1%。（4）锚杆锚头部分的防腐处理应符合设计要求。3现阶段预应力锚索施工过程中存在的问题3.1破坏形态（1）钢绞线与浆体材料一同被拔出。（2）锚索孔周围岩强度不足，围岩破坏。（3）钢绞线本身被拉断。（4）钢绞线与浆体粘结面开裂。3.2质量通病（1）预应力锚索加工过程中原材受腐蚀严重。（2）预应力锚索自由端波纹管长度不足、支架间距过大。（3）机械成孔过程中震动过大引起塌孔、清孔不彻底沉渣过多，成孔垂直度偏差太大。（4）注浆过程中水灰比达不到设计要求。（5）补浆不充分或者是过早补浆。（6）二次注浆时，注浆压力达不到设计要求。（7）预应力锚索张拉过程中未按设计要求分级张拉，张拉达不到设计值。4针对施工现状对于预应力锚索施工提出解决措施。4.1技术措施4.1.1技术交底（1）根据设计要求和土层条件，认真编制施工组织设计，选择合理的钻进方法，认真操作，防止发生钻孔坍塌、掉块、涌砂和缩径，保证锚杆顺利安插和顺利灌注。（2）按设计要求正确组装锚杆，正确绑扎，认真安插，确保锚杆安装质量。（3）按设计要求严格控制水泥浆水泥砂浆配合比，掌握搅拌质量，并使注浆设备和管路处于良好工作状态。（4）根据所用锚杆类型正确选用锚具，并正确安装台座和张拉设备，保证试验数据准确可靠。（5）对施工劳务班组进行严格的安全质量技术交底，现场技术施工人员负责建筑工程质量监控。4.1.2预应力锚索施工质量检测预应力锚索检测一般分为原材试验、成品基本试验与验收试验，对于特殊岩层要做蠕变试验。建筑工程施工过程中新进场原材达到试验数量时必须要严格按照监测规范移交送检。检测报告必须留有足够数量填报资料，如水泥3天、28天试验报告、钢绞线原材检测实验报告等基本试验，对于任何一种新型锚索，或锚索用于未应用过的地层时，必须进行极限抗拔试验，锚索极限抗拔试验采用的地层条件、杆体材料、锚索参数和施工工艺必须与工程锚索相同，试验数量为总数的5%且不应少于3根。验收试验，验收试验的锚杆数量不得少于锚杆总数的5%，且不得少于3根。对有特殊要求的工程，可按设计要求增加验收锚杆的数量。蠕变试验，对于塑性指数大于17的土层锚杆、极度风化的泥质岩层中或节理裂隙发育张开且填充油粘性土的岩层中的锚杆，应进行蠕变试验。用作蠕变试验的锚杆不得少于3根3。4.2安全技术措施（1）施工前应认真进行技术交底，施工中应明确分工，统一指挥。（2）各种设备应处于完好状态。（3）张拉设备应牢靠，试验时应采取防范措施，防止夹具飞出伤人。（4）注浆管路应畅通，防止塞泵、塞管。（5）机械设备的运转部位应有安全防护装置。（6）电器设备应设接地、接零，并由持证人员安装操作，电缆、电线必须架空。（7）施工人员进入现场应戴安全帽，操作人员应精神集中，遵守有关安全规程。（8）锚杆钻机应安设安全可靠的反力装置。（9）在有地下承压水地层钻进，孔口必须设置可靠的防喷装置，一旦发生漏水涌砂时能及时封住孔口。（10）锚杆各条钢筋的连接要牢靠，严防在张拉时发生脱扣现象。5以青岛国际创新园二期项目基坑支护工程为例做预应力锚索的研究5.1工程概况青岛国际创新园二期工程位于青岛市松岭路以西，新锦路以南，科技城环路以北。拟建建筑物包括6栋2033层高层写字楼、6栋37层裙楼、1栋13层健身中心及1座2层大型地下车库。基坑周长1150.0m，基地绝对标高31.9339.83m，场区现状地面平均绝对标高约40.0958.21m，基坑开挖深度约8.018.6m。本工程基坑采用分层分段开挖,分层高度不宜超过2m，分段长度不超过300m，与支护施工配合进行，下层土石方开挖应在上层支护面及锚杆锚固体强度达到设计强度的70%后进行，开挖临近设计坡面应采用机械修坡，减少扰动。5.2工程地质条件（1）地形与地貌地形：拟建场地现地形呈东高西低之势，起伏大，勘察期间场地南侧中部局部已经进行开挖，临近一期工程地下室外墙侧已基本挖至设计基底，孔口地面标高36.5260.59m，最大高差24.07m。地貌：拟建场地地貌类型属剥蚀缓坡。（2）土层特性根据岩土工程勘察报告，基坑开挖影响深度范围内共有以下地层：第1层：素填土褐黄色，干，松散稍密，成份以砂砾、碎石及岩屑等硬质物为主，回填时间约510年。该层在拟建场地内分布较广泛，在南侧局部地段已被挖除。揭露厚度0.207.20m，平均厚度2.78m，层底标高37.2155.02m，层底埋深0.207.20m。第2层：粉质粘土灰褐色、黄褐色，可塑，见有Fe质锈染，切面稍有光泽，干强度与韧性中等，无摇震反应，局部含砂较多。该层在拟建场地内分布较广泛，主要揭露于场地北部及西部。揭露厚度0.8010.70m，平均厚度4.18m，层底标高29.2344.46m，层底埋深2.8012.30m。第3层：强风化花岗岩黄褐色、肉红色，风化强烈，裂隙发育，原岩结构与构造已基本破坏，岩芯手搓成砂砾状，采用合金钻头泥浆护壁回转钻进较易，矿物成份以石英、长石为主。该层在拟建场地内分布较广泛，南侧临近一期工程的局部地段该层已被挖除。揭露厚度0.4014.40m，平均厚度2.23m，层底标高28.3358.05m，层底埋深0.5014.80m。第4层：强风化煌斑岩黄绿色，主要矿物成分为长石、角闪石和黑云母，风化强烈，原岩结构已基本破坏，无法辩认，岩芯呈砂砾状，手捻有粉土感，节理、裂隙密集发育，节理面上有明显暗色矿物浸染。该层在拟建场地内分布极其有限，最大视厚度为4.60m。第5层：强风化正长岩浅肉红色，风化强烈，裂隙发育，原岩结构与构造已基本破坏，岩芯手搓成砂砾状，主要矿物成分为长石、石英。该层在拟建场地内分布极其有限，最大视厚度为7.20m。第6层：中风化花岗岩肉红色，粗粒结构，块状构造，构造节理和风化裂隙较发育，多为高角度节理，节理面呈闭合微张状，部分节理面见少量暗色矿物浸染，矿物成份以石英、长石为主，使用合金钻头泥浆护壁循环钻进较困难，金刚石钻头方可钻进，岩芯多呈碎块状短柱状，锤击声较清脆，易沿节理面裂开。该层在拟建场地内分布较广泛，在东侧部分钻孔中由于岩脉侵入而缺失。揭露厚度1.0023.90m，平均厚度10.09m，层底标高18.5356.75m，层底埋深1.0025.50m。第7层：中风化煌斑岩黄绿色，斑状结构，块状构造，主要矿物成分为长石、角闪石和黑云母，风化较强烈，节理、裂隙较发育，部分裂隙面可见少量暗色矿物侵染，岩芯成碎块短柱状，锤击声较闷，锤击易碎。该层在拟建场地内分布极其有限，最大视厚度为10.40m。第8层：中风化正长岩浅肉红色，紫红色，中、粗粒结构，块状构造，主要矿物成份为长石、石英，风化较强烈，节理、裂隙较发育，岩芯成碎块短柱状，取芯率较低，锤击声较沉闷，锤击易碎。该层在拟建场地内分布较有限，主要分布于场地东侧。最大视厚度为29.70m。（2）水文地质条件勘察期间，拟建场地在勘察深度范围内未揭露地下水4。5.3施工方案根据现场勘查以及岩土特性本基坑支护工程局部单元采用钢管桩与预应力锚索（也就是锚杆）、格构梁、面层相结合的支护方式。施工图纸及相关参数如下：施工流