预应力锚杆和钻孔灌注桩组合基坑支护施工工法
预应力锚杆和钻孔灌注桩组合基坑支护施工工法
【摘要】介绍了预应力锚杆和钻孔灌注桩组合基坑支护施工工法特点、工艺原理、施工工艺、主要材料及机具、质量控制措施，环保措施、安全措施，该工法一方面通过钻孔灌注桩来承担支护结构上的荷载，另一方面通过预应力锚杆将拉力传递到稳定的土体，使锚固体不发生位移。
【关键词】基坑；预应力锚杆；钻孔灌注桩；施工工法
【Abstract】The construction method characteristic, principles of craft, construction craft, main material, machines and quality control measure, environmental protection measure, safety measure of foundation pit support and protection with prestressed anchor bar and bored cast-in-situ pile are introduced. The part of load from support and protection structure is undertaken by bored cast-in-situ pile, at the same time, the tension is transmitted into the stable soil body by prestressed anchor bar, and there isn’t displacement on anchor body.
【Key words】Foundation pit；Prestressed anchor bar,Bored cast-in-situ pile;Construction method
1. 前言
预应力锚杆在土层中斜向成孔，依靠锚固体与土体之间的摩擦力、拉杆与锚固体的握裹力以及锚杆强度的共同作用来承受部分作用于支护结构上的荷载。预应力锚杆改变了基坑的受力状态，减小了基坑坑壁位移，维护了结构物的稳定。
预应力锚杆和钻孔灌注桩组合基坑支护方法一方面通过钻孔灌注桩来承担支护结构上的荷载，另一方面通过预应力锚杆将拉力传递到稳定的土体，即锚杆穿过滑动面或不稳定区深入土体深层，利用对锚杆施加张拉应力，使锚固体不发生位移趋势。
2. 工法特点
2.1进行锚杆施工作业的空间不大，适用于各种地形和场地。
2.2由锚杆代替内支撑，可降低造价，改善施工条件。
2.3锚杆拉力可通过抗拔试验确定，因此可保证足够的安全度。
2.4通过对锚杆施加预拉力来控制支护结构的侧向位移。
3. 适用范围
本工法适用于深基坑支护工程，特别适用于邻近有建筑物或地下管线而不允许有较大变形的基坑支护工程。
4. 工艺原理
4.1钻孔灌注桩和预应力锚杆通过围梁形成二元挡土围护结构，该支护体系通过整体刚度来控制基坑变形。一方面通过钻孔灌注桩进行挡土，另一方面，通过预应力锚杆将支护结构承受的力传递给稳定地层，对锚杆施加张拉应力，有利于锚固体与土体之间的摩擦力、拉杆与锚固体的握裹力以及锚杆强度的共同作用，使锚固体系保持稳定。
4.2预应力锚杆由锚头、自由段和锚固段组成，是一种将拉力传至稳定土层的结构体系，锚头是用于锁定锚杆拉力的部件，由锚具、托板、螺帽等组成；自由段是将锚头拉力传至锚固段的中间区段，由钢绞束、注浆体和防腐构造组成；锚固段将作用在锚头的拉力传递给稳定地层。
5. 施工工艺
5.1工艺流程。 钻孔灌注桩施工→锚孔定位→钻孔→插锚杆→第一次注浆→第二次注浆→围梁施工→张拉封锚→施工监测。
5.2钻孔灌注桩施工。
5.2.1施工工艺流程采用如下：钻孔灌注桩桩机就位→成孔→第一次清孔→钢筋笼吊装→安装混凝土导管→第二次清孔→安装漏斗、隔水栓→灌注水下混凝土→拆除导管、漏斗。
5.2.2导管埋入混凝土面的深度为2～4m，在灌注过程中，导管应勤提勤拆。每隔15min将导管上下活动几次。在混凝土灌注过程中，要始终控制好导管内混凝土表面至泥浆面的高度，以灌注时孔内混凝土均匀缓慢上升、泥浆无剧烈翻滚为佳。
5.2.3在灌注混凝土的施工中，确保混凝土浇筑的连续性。每盘混凝土时间间隔应不大于0.5h，若有一定的时间间隔，每隔10min在小范围内上下活动导管2～3 次，延长混凝土的初凝时间。
5.3锚孔定位。锚杆钻机就位时应准确，底座应垫平，钻杆的倾斜角度应用罗盘校核，角度偏差不大于2?，高差不超过30mm。成孔施工前应在场地中挖好排水沟，以避免因泥浆随意排放而影响施工。
5.4钻孔。
5.4.1施钻时钻头要对准锚杆孔孔位标识下钻，最大孔位偏差不得大于100mm，初始时应用小功率缓慢钻进，钻进约500mm后，校正钻孔方向，全功率钻进。为了准确控制钻孔的角度，在施钻时要由当班技术员用地质罗盘控制钻杆方向，使钻孔角度偏差控制在 2?以内。钻孔深度通过在钻杆上所作标记控制，要求钻孔深度不小于杆体有效长度，并不大于设计孔深200mm。
5.4.2锚杆钻机钻进过程中，泥浆性能根据地质情况进行调整。当钻到粘土层时，泥浆比重采用1.05×103Kg/m3~1.1×103Kg/m3；当钻到砂层时，泥浆比重采用1.2×103Kg/ m3~1.3×103Kg/m3。
5.4.3钻机钻进速度为0.3～0.5m/min，退出速度为0.5～0.6m/min。
5.5清孔。采用往复式压浆泵进行大泵量清孔3～5min，把孔内沉渣和孔壁泥皮冲洗干净，孔底沉渣小于等于300mm。
5.6锚杆加工制作 。
5.6.1锚杆自由段采用涂防锈油并外包二层塑料薄膜的处理方法，保证钢绞束与注入的水泥净浆体隔离，在拉力的作用下，锚杆自由段进行充分的弹性拉伸，将预应力有效传递到锚固段。
5.6.2在锚杆制作中，锚杆锚固段设置定位架，定位架间距为2m，外径小于钻孔直径10mm。
5.7插锚杆。
5.7.1插锚杆工人必须熟悉各个孔的孔向，以便杆体能够一次性顺利插入。插杆要缓慢、匀速，切忌扰动杆体，造成浆液下掉和注浆不密实，采用棉纱将孔口临时封口。
5.7.2安插锚杆前先将托板、螺帽戴上，防止插杆过程中浆液污染杆体丝口，避免丝门损坏而使螺帽不能顺利安装，当丝口被污染要及时清理。
5.8注浆。
5.8.1注浆管是随着钢绞线一起埋在孔内的，并每间隔0.5 m钻一对注浆孔，用胶布将小孔包扎好，以防止浆液堵塞该注浆管。
5.8.2第一次注浆分锚固段注浆、自由段注浆。锚固段注浆是顺着钻杆注浆，水泥浆液通过钻杆送到锚孔底部。注浆压力从开始的0.5 MPa逐渐加大至2.0MPa；水泥浆液从钻头底部顺着已扰动的地层充填和包裹锚固段的锚杆。当水泥浆灌注到锚杆自由段附近时，停止注浆，并开动钻机卸掉上部的钻杆。接着开始自由段注浆，注浆压力约为0.5MPa，随着灌注的水泥浆液的上升，慢慢拔出一次注浆管和起拔孔内套管。
5.8.3第二次注浆与第一次注浆的间隔时间在8～12h为宜。第二次注浆的压力从2.5MPa注浆升高，直到注不进浆液为止。注浆过程采用稳定的低～中等灌浆速率，在灌浆全过程中逐渐提高压力，使浆液向土体逐渐扩散。
5.9围梁制作。围梁紧贴竖向钻孔灌注桩，围梁基槽宽度应较围梁宽大100mm左右，以留下足够的立模空间，待模板拆除后再进行回填。基槽内铺设20mm 厚砂浆作为找平层，若遇局部架空则采用M7.5浆砌片石嵌补，然后在其上进行围梁钢筋绑扎。
5.10张拉锁定。
5.10.1锚杆养护8d～10d后，当锚固体强度大于15MPa，并不小于预定强度的75％，方可进行预张拉。
5.10.2张拉程序采取如下：先取10%预定轴向力进行预张拉,使各部位紧密接触。张拉时按预定荷载的10%逐级加荷, 每级荷载的观测时间在5min以上，并待变形稳定后方可进行下一级荷载的张拉，达到预定荷载并稳定10min后, 卸荷至80%预定值锁定。
5.10.3张拉锁定系统事先经过标定，并将油压表的读数换算成张拉压力进行控制。在锁定过程中，采用锚杆预定承载力进行校核，即锚杆按预定承载力100％张拉持载5min后按预定承载力的70％锁定。
5.11施工监测。
5.11.1施工监测包括：
(1)锚杆的轴力监测，根据锚杆应力监测情况，在锚杆应力损失过大时对锚杆进行二次张拉；
(2)支护位移的量测；
(3)地表开裂状态的观察；
(4)附近建筑物和重要管线等设施的变形测量和裂缝观察；
(5)基坑渗水、漏水和基坑内外的地下水位变化。
5.11.2在土方开挖期间对于基坑边坡土体顶部水平位移和支护结构侧移必须每日观测不少于一次。当基坑开挖深度增大或发现变形发展较大时，必须加大监测频率；当变形急剧发展或出现破坏预兆时，必须对变形情况加密监测。
6. 主要材料及施工机具
6.1主要材料。锚杆浆液水灰比采用0.4～0.45，水泥浆液的配比是水泥∶水∶早强剂∶膨胀剂 = 1∶(0. 45～0. 5)∶(0. 007～0. 01)∶0. 07。
6.2主要施工机具。主要施工机具如表1所示。
6.3劳动力组织（见表2）
7. 质量控制
7.1锚杆钻机施工前必须用枕木垫稳，前后设支撑，操作位置铺设机台板，准备就绪后才能开钻。
7.2制作锚杆的钢绞线、锚具、注浆管以及支架都应符合设计要求，具有出厂合格证和试验报告，并按要求现场取样进行复试。
7.3锚杆孔位水平偏差不大于20mm，垂直方向误差小于10mm，钻进过程中，每5m测量一次成孔角度，钻孔底部的偏斜尺寸不应大于锚杆的3％。
表1主要施工机具序号机具名称单位数量1钻孔灌注桩钻机台12锚杆钻机台23注浆泵台34排污泵台15搅拌机台26锚杆张拉机台27往复式压浆泵台18反铲挖土机台19自卸式运土车台110交流电焊机套1表2主要劳动力计划表序号工种名称人数工作内容1项目经理1对施工整个过程进行全面管理2技术负责人1施工技术指导3质量员1质量管理工作4安全员1安全管理工作5钻工4操作钻机、钻孔、移位、维修6泵工2操作压浆泵7测量工2基坑监测8机修工1设备维修保养9电工1设备和照明用电10挖机操作工1挖土11普工6搬运材料、运输等
7.4锚杆入孔前应保证平直，并消除其表面的油渍、铁锈或其他污物，以保证锚杆与浆液的粘结力。
7.5锚杆注浆施工时注浆管要距孔底保持50～100mm距离。在注浆过程中，边灌边提注浆管，保证注浆管管头插入浆液液面下500～800mm，严禁将导管拔出浆液面，以免出现断杆事故。
7.6注浆浆液搅拌均匀，随搅随用，浆液保证在初凝前用完，并严防石块和杂物等混入。若注浆出现间歇，必须采取措施。实际注浆量不得少于锚杆的理论计算量，即注浆充盈系数不得小于1.0。注浆体终凝前严禁扰动锚杆。
8. 安全措施
认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针。在施工过程中施工人员要严格执行岗位责任制条例和安全操作规程，明确各级人员安全职责，抓好安全生产。
8.1基坑周边不得堆放生产物资和施工材料加工场以及通行重型车辆，因场地原因必须设置堆场、加工场或通行车辆时必须对该部位的围护结构采取可靠的加固措施。
8.2基坑周边及支撑上设置的安全通道必须设高1m的围栏，围栏用48的钢管双道横管，用醒目的颜色油漆，围栏侧边用
竹笆遮挡。
8.3要在指定电箱上接现场用电，振捣设备有专用开关箱，并接漏电保护器，接线不得任意接长。电缆线必须架空，严禁落地。
8.4当基坑周围建筑物发生严重开裂、倾斜时，应立即组织人员紧急疏散，并立即进行支撑加固或拆除。
8.5采取措施防止碰撞支护结构或扰动基底原状土，发生异常情况时，应马上停止挖土，并立即查清原因和采取措施。
8.6压浆泵使用过程中，如出现压力骤然上升或下降时，应立即停机检查，排除故障后方可使用；停机检查时，应安全降压后，方可打开管路。输送软管必须连接牢固和密封，不得发生断裂或泄漏现象。
8.7电缆线路应采用“三相五线”接线方式，各种电气设备应处于完好状态，机械设备的运转部位应有安全防护装置，电气设备应可靠接地、接零，并由执证人员安全操作。电缆电线应架空设置。
9. 环保措施
9.1现场设置的泥浆池、排水沟、集水坑架设围护栏杆，同时防止泥浆外溢乱流污染环境。
9.2钻孔灌注桩施工废泥浆及时外运，排水沟保持畅通，集水坑积水随时外排，生活垃圾废水、废渣专人及时清理。
9.3对施工场地道路进行硬化，土方运输中散落在场地的渣土专人清扫干净，晴天有专人对施工通行道路进行清扫洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。
10. 效益分析
某大厦高度为34 m，总建筑面积35880m2，采用框架剪力墙结构，该工程基坑开挖深度6.40m，基坑开挖面积约为3900m2，基坑支护采取预应力锚杆和钻孔灌注桩组合方法。采用本工法施工，施工过程中对基坑进行监测，监测结果表明基坑变形量在规定范围内, 周围道路及地面未出现沉降现象，实施效果理想。
参考文献
［1］土层锚杆设计与施工规范［S］，GBJ97-87. 北京:中国建筑工业出版杜, 1997
［2］建筑地基基础工程施工质量验收规范［S］，GB50202-2002. 北京:中国建筑工业出版杜, 2002
［3］建筑地基基础设计规范［S］，GB 50007-2002. 北京:中国建筑工业出版杜, 2002
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