1、试析深基坑预应力锚索设计施工存在问题及对策摘 要 预应力锚索广泛用于建筑各领域，文章通过对深基坑预应力锚索施工存在的问题进行分析和研究，分析原因和风险，结合工程现状和现行国家及行业规范，提出相应的解决办法。 关键词 预应力；锚索；注浆；支护 作者简介 李立海，广西津牛建筑工程有限公司，广西 南宁，530001 中图分类号 TU7 文献标识码 A 文章编号 1007-7723（2013）02-0051-0003 目前全国各地都出现了超高层建筑的建设，随之而来的就是深基坑支护的施工，支护形式比较多，采用预应力锚索支护形式的设计，已得到了业内广泛的使用。因锚索抗拔力与地质条件变化、张拉锁定值、施工质
2、量等因素影响比较大，易造成初始锁定值偏小现象的出现，从而引起基坑支护变形增大，无法满足设计预期目标，变形过大，有可能出现险情无法挽回。故在施工过程中务必按设计和规范要求施工，确保每一道工序符合规范要求。 一、工程概况 龙光世纪项目工程位于南宁市东盟商务区中菲路南侧，拟建城市综合体，主楼高约 380m（82 层） ，副楼高约 170m，设置 5 层地下室，地下室埋深约 25m。原地面标高为 104.00m115.00m。基坑底部标高为82.00m。因此，基坑开挖深度为 22.0033.00m。开挖面积约为 2.13 万平方，周长约为 589.4m。基坑周边环境比较复杂，东、南面均有建筑物，西、北
3、面为市政道路。 地质情况如下：根据勘察报告地面地质调查、钻探、现场测试及室内试验结果，场地内上覆地基土主要由新近期人工填土（Qml） 、第四系坡、残积相（Q3el）的粘性土、粉砂及下伏第三系（E）风化泥砂岩层组成。其岩性特征自上而下分述如下： 1. 素填土（Qml）：黄、灰黄，松散状态，各向异性。主要成分为泥岩弃土及粘性土，混约 5%20%的碎石角砾。回填时间约 35 年，未完成自重固结，属于欠固结土，具高压缩性及湿陷性，分布于场地表层大部分地段，厚约 0.305.10m。 2. 粉质粘土（Q3el）：黄、棕黄色，局部夹灰白色，呈硬塑状态，具中压缩性，摇震反应无，光泽反应稍光滑，干强度中，韧性
4、中，为粉质泥岩风化残积层。局部混少量铁锰质氧化物结核颗粒，发育网纹闭合状微风化裂隙，裂隙面附着有褐黑色铁锰质氧化物。标准贯入试验实测锤击数平均值为 24 击，分布于场地局部地段的地表浅部，厚约1.003.10m。 3. 粉砂（Q3el）：黄、棕黄色，湿，稍密状态，中压缩性，为粉砂岩风化残积层。砂粒呈亚圆或次棱角状，分选性好，磨圆度中等，母岩成份主要为砂岩及石英碎粒等。分布于局部地段的地表浅部，厚约3.008.00m。 4. 强风化泥岩1（E）：灰色，硬塑状态，局部坚硬状，强风化程度，指甲易刻划，夹粉质泥岩，与粉砂岩呈互层状产出，柱状岩芯，采取率 100%。标准贯入试验实测锤击数平均值为 72.
5、5 击。分布于场地部分钻孔上部。层厚 1.3022.00。 5. 强风化粉砂岩（E）：黄色，坚硬状态，成分以粉砂岩为主，局部夹泥质粉砂岩，与泥岩呈互层状产出，岩芯易散呈散砂状，少量呈短柱状。具层理构造，强风化程度，结构大部分被破坏，易钻进，浸水后易软化，岩芯采取率 70%90%。标准贯入试验实测锤击数平均值为 61.6击，岩石坚硬程度为软岩，岩体完程度为较破碎，岩体基本质量等级为级。该层分布于地表下中部，层厚 1.5036.50m。 6. 中风化砂岩（E）：黄色，坚硬状态，成分以粉砂岩为主，局部夹泥质粉砂岩，岩芯呈短柱状居多，局部呈中柱状。具层理构造，中风化程度，浸水后易软化，岩芯采取率 70
6、90%。岩体完程度为较完整，岩体基本质量等级为级。该层分布于地表下部。 根据试验指标统计结果，结合现场鉴别，并参照周围类似工程资料及经验，提出本工程各岩土层的主要物理力学指标建议值见下表 1： 场地水文地质条件，据钻探揭露，在勘察深度范围内，场地内有一层地下水，即第三系粉砂岩孔隙裂隙中的孔隙裂隙水。 赋存于第三系泥质粉砂岩、粉砂岩的孔隙、裂隙内，其补给源主要来自场地外围地下水侧向径流，地下水位、水质、水量变化主要受季节气候影响，动态相对稳定。本含水层具有层位多、层间水力联系差、层间地下水位不统一的特点，施工期间地下水初见水位与含水层顶板一致，稳定水位标高约 95.57113.50m，年地下水位
7、变化幅度为 23m。 本工程场地周围为道路，基坑边坡失稳将危及周围道路及行人的安全；据钻挖揭露，基坑边坡类型主要为极软岩岩质边坡，局部为土质边坡，泥岩层具胀缩性，基坑施工后边坡高度约为 25m，场地内含孔隙水，对工程有不利影响，如果边坡失稳破坏后果严重，依高层建筑岩土工程勘察规程 （JGJ 72-2004）中第 8.7.2 款综合考虑，基坑工程安全等级为一级。 设计基坑围护结构形式采用桩锚支护设计方案，单桩直径为1000mm，锚索采用 fptk=1860Mpa 的 36X75 钢绞线，成孔直径150mm；锚索长 1326m，倾角 30。 二、设计存在的问题及防治对策 （一）分析原因 1. 设计
8、锚索初始锁定值过小。采用锚索支护体系，如初始锁定值过小，使得支护体系产生一定量变形后，而必然进一步张拉锚索，导致锚索初始预应力上升。 2. 设计未要求在全面施工锚索前，进行基本试验。就本项目岩土层条件的多变性，如不进行基本试验，就无法知道锚索的极限承载力和锚索参数的合理性。 3. 设计锚索自由段长度过短。自由段长度过短，对后期施工施加初始预应力时，由于锚索的弹性变形量过小，出现锚具夹片回缩等松动情况，都可能造成比较大的预应力损失。 4. 腰梁混凝土设计强度过低。由于混凝土强度低于 C25，当进行预应力张拉锁定时，混凝土很容易开裂，造成锁定失败。 （二）防治对策 1. 对于地层和被锚固结构位移控
9、制要求高的项目，在设计锚索初始预应力值时，宜为锚索的拉力设计值。避免后期通过支护体系变形，而使得锚索预应力锁定值增加，达到预先控制位移量的目的。 2. 由于该项目岩土层条件存在多变性，没有任何可参考或借鉴的资料，且有不同地层条件，为了准确地确定锚索的极限承载力，最终设计增加基本试验锚索组数来确定锚索极限承载力和锚索参数的合理性，为锚索调整设计和施工提供依据。 3. 由于锚索自由段长度问题，直接影响到初始预应力损失。因此，锚索的自由段长度不应小于 5.0m。以该项目工程为例，锚索自由段长度由原来的 7m，调整到 812m，以确保锚索施加初始预应力时减少因松动等因素造成初始预应力值损失，也保证了锚
10、索、被锚固结构物和地层的稳定性，将锚固段锚入在合适的地层内。 4. 根据岩土锚杆技术规程 （CEC22：2005）规定，传力结构应具有足够的强度和刚度。传力结构的混凝土强度等级不应低于 C25。 三、施工存在的问题及防治对策 （一）钻孔施工不符合设计要求 1. 原因分析 （1）孔底未清理。孔内泥浆未清除出孔，造成锚固段钢绞线表面覆盖泥浆降低水泥砂浆与锚索的粘结强度。 （2）钻孔倾角不符合设计要求，直接影响锚索的作用力。 2. 防治对策 （1）采用高压水，将孔内的泥浆等杂物全部清除出孔外，直至流出清水为止。 （2）钻机就位前，先检查钻机是否安置牢固，定出孔位，作出标记，倾角是否达到设计要求，可采
11、用钻孔测斜仪控制钻孔方向。 （二）锚杆制作不规范 1. 原因分析 （1）架线环被取下，因锚索在下放过程中比较困难，工人随意取下部分架线环，造成钢绞线间距不符合规范要求，保护层厚度无法达到规范要求，锚索容易被腐蚀。 （2）锚索自由段不进行防腐处理，且自由段与锚固段交界处只是简单进行塑料管口密封，易造成自由段被腐蚀，减少使用年限；只进行塑料管口密封，未用铅丝绑紧，易在压力注浆过程中，挤推塑料管位移，使得自由段长度变小，无法符合设计要求的长度，从而影响后期张拉锁定工作。 2. 防治对策 （1）施工锚杆前，做好施工交底工作，对随意将架线环被取下的，应重新安装，锚索下放的过程，需要管理人员全程跟踪监督。
12、 （2）锚索自由段在进行除油污、除锈，并进行防腐处理；锚索自由段应采用塑料管包裹，与锚固段交界处除进行塑料管口密封外，还应进行铅丝绑紧。 （三）注浆常见问题 1. 原因分析 （1）不按配合比要求下料配浆，掺水过多，掺砂过少，使得水泥砂浆的强度达不到要求。 （2）注浆滞后。成孔后，等待注浆的时间过长，孔壁失稳，造成垮孔。 （3）未采用注浆管注浆。第一次注浆未采用注浆管，而直接从孔口注浆，使得锚固段注浆不饱满，甚至无水泥砂浆。 2. 防治对策 （1）注浆材料应根据设计要求确定，不得对杆体产生不良影响。宜选用灰砂比 10.511 的水泥砂浆或水灰比 0.450.50 的纯水泥浆，必要时可加入一定量的
13、外加剂或掺合料。注浆浆液应搅拌均匀，管理人员必须到位监督，严禁擅自加水，严防杂质混入浆液，采用比重计进行每盘浆体检查是否达到设计要求。 （2）成孔后，立即下放锚索，进行第一次注浆，不易滞后太长时间。对在不稳定的地层中，或地层受扰动导致水土流失而危及邻近建筑物或公用设施的稳定性时，宜采用套管护壁钻孔。 （3）第一次注浆应采用注浆管注浆，当孔口溢出浆液时，可以停止注浆，这样可以确保锚固段砂浆饱满。 （四）张拉锁定 1. 原因分析 （1）张拉锁定过程中未考虑锚具夹片回缩量、张拉角度等因素影响，无法锁定至设计初始锁定值。造成支护后期变形增大，无法达到设计预期效果，对支护体系安全产生较大影响。 （2）对
14、张拉的顺序未预先确定方案，随意性张拉。 （3）锚固段浆体或腰梁混凝土未达到设计要求的强度就进行张拉施工。 2. 防治对策 （1）首先在施工中必须确保锚索自由段的设计长度，验收试验中最大试验荷载下，实际弹性变形应超过该荷载下杆体自由段长度理论弹性伸长值的 80%，且小于杆体自由段长度与（上接第 53 页）1/2 锚固段长度之和的理论性伸长值；弹性变形量是否符合以上要求，对张拉后的应力损失起着非常大的作用。其次，引起预应力损失的因素还有：张拉端锚具变形和预应力筋内缩、预应力筋的摩擦、预应力筋的应力松弛等；因此，在张拉锁定前，应综合考虑以上影响因素计算最终理论初始锁定值，实施张拉施工，锁定后出现损失
15、超过 10%以上，未达到设计要求，须采用二次补偿张拉措施进行调整。以该项目为例，初始锁定后 3 天，通过读取锚索应力计数据，计算出由 155KN 降至 105KN，预应力锁定值损失高达 33.3%，立即进行二次补偿张拉措施，二次补偿张拉至 185KN，补偿张拉后 10 天，预应力降至 149KN 并稳定，符合设计要求。 （2）张拉锁定时，必须按照预先制定的方案实施，以减少对邻近锚索的影响。 （3）锚索张拉时注浆体和混凝土台座抗压强度必须符合下表 2 要求（以该项目为例）： 四、结 语 在现代建筑行业各领域中，锚索得到了广泛应用，实际设计施工中也出现不少的问题，本文就设计施工中常见的问题，一一进
16、行原因分析并提出解决的对策。要想有效地防治锚索设计施工中的问题，必须从设计开始严格控制设计质量，在施工管理上，严把材料关，严格执行设计及规范要求，每道工序必须全程跟踪监督，这样才能够最大限度地减少质量问题的发生，以确保工程质量的预期目标。 参考文献 1陈安敏，顾金才，沈俊，曹金刚.预应力锚索的长度与预应力值对其加固效果的影响J.岩石力学与工程学报，2002， （6）. 2何思明.预应力锚索作用机理研究D.西南交通大学，2004. 3张狄龙.波纹管孔道预应力摩擦损失检测与研究D.中国建筑科学研究院，2008. 4中国建筑科学研究院.JGJ120-99 建筑基坑支护技术规程S.北京：中国建筑工业出版社，1999. 5李建林，邓华锋，黄建文，王乐华，杨学堂.卸荷岩体锚固预应力损失的影响因素分析J.岩土力学，2005， （S1）
