试析深基坑预应力锚索设计施工存在的问题及对策

２０１３年第０２期　（总第１５３期）　沿海企业与科技　ＮＯ．０２，２０１３　（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ　ＮＯ．１５３）　ＣＯＡＳＴＡＬ　ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥＳ　ＡＮＤ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　试析深基坑预应力锚索设计施工存在的问题　及对策　李立海　［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］１ｏ０７—７７２３（２Ｏ１３）Ｏ２一ｏｏ５卜０００３　未完成自重　目前全国各地都出现了超高层建筑的建设，　２０％的碎石角砾。回填时间约３～５年，随之而来的就是深基坑支护的施工，支护形式比　固结，属于欠固结土，具高压缩性及湿陷性，分布　较多，采用预应力锚索支护形式的设计，已得到了　于场地表层大部分地段，厚约０．３０—５．１０ｍ。　业内广泛的使用。因锚索抗拔力与地质条件变化、　２．粉质粘土②（Ｑ　）：黄、棕黄色，局部夹灰白　张拉锁定值、施工质量等因素影响比较大，易造成　色，呈硬塑状态，具中压缩性，摇震反应无，光泽反　初始锁定值偏小现象的出现，从而引起基坑支护　应稍光滑，干强度中，韧性中，为粉质泥岩风化残　变形增大，无法满足设计预期目标，变形过大，有　积层。局部混少量铁锰质氧化物结核颗粒，发育网　可能出现险情无法挽回。故在施工过程中务必按　纹闭合状微风化裂隙，裂隙面附着有褐黑色铁锰　设计和规范要求施工，确保每一道工序符合规范　质氧化物。标准贯人试验实测锤击数平均值为２４　要求。　击，分布于场地局部地段的地表浅部，厚约１．００—　一、工程概况　３．１０ｍ。　３．粉砂③（Ｑ，　）：黄、棕黄色，湿，稍密状态，中　龙光世纪项目工程位于南宁市东盟商务区中　压缩性，为粉砂岩风化残积层。砂粒呈亚圆或次棱　菲路南侧，拟建城市综合体，主楼高约３８０ｍ（８２　角状，分选性好，磨圆度中等，母岩成份主要为砂　层），副楼高约１７０ｍ，设置５层地下室，地下室埋深　岩及石英碎粒等。分布于局部地段的地表浅部，厚　约２５ｍ。原地面标高为１０４．００ｍ　１　１５．００ｍ。基坑底　约３．ＯＯ一８．００ｍ。　部标高为８２．００ｍ。因此，基坑开挖深度为　４．强风化泥岩④１（Ｅ）：灰色，硬塑状态，局部　２２．ｏ０～３３．００ｍ。开挖面积约为２．１３万平方，周长约　坚硬状，强风化程度，指甲易刻划，夹粉质泥岩，与　为５８９．４ｍ。基坑周边环境比较复杂，东、南面均有　粉砂岩呈互层状产出，柱状岩芯，采取率１００％。标　建筑物，西、北面为市政道路。　准贯入试验实测锤击数平均值为７２．５击。分布于　地质情况如下：根据勘察报告地面地质调查、　场地部分钻孔上部。层厚１．３０～２２．００。　钻探、现场测试及室内试验结果，场地内上覆地基　５．强风化粉砂岩④（Ｅ）：黄色，坚硬状态，成分　土主要由新近期人工填土（Ｑ　）、第四系坡、残积相　以粉砂岩为主，局部夹泥质粉砂岩，与泥岩呈互层　（Ｑ　）的粘性土、粉砂及下伏第三系（Ｅ）风化泥砂岩　状产出，岩芯易散呈散砂状，少量呈短柱状。具层　层组成。其岩性特征自上而下分述如下：　理构造，强风化程度，结构大部分被破坏，易钻进，　１．素填土①（Ｑ“）：黄、灰黄，松散状态，各向异　浸水后易软化，岩芯采取率７０％　９０％。标准贯入　性。主要成分为泥岩弃土及粘性土，混约５％　试验实测锤击数平均值为６　１．６击，岩石坚硬程度　５１　为软岩，岩体完程度为较破碎，岩体基本质量等级　后易软化，岩芯采取率７０～９０％。岩体完程度为较　为Ｖ级。该层分布于地表下中部，层厚１．５０～　３６．５０ｍ。　完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。该层分布于地表　下部。　６．中风化砂岩（Ｅ）⑤：黄色，坚硬状态，成分以　根据试验指标统计结果，结合现场鉴别，并参　粉砂岩为主，局部夹泥质粉砂岩，岩芯呈短柱状居　照周围类似工程资料及经验，提出本工程各岩土　多，局部呈中柱状。具层理构造，中风化程度，浸水　层的主要物理力学指标建议值见下表１：　表１　各岩土层主要物理力学指标建议采用值表　三轴剪切（ＵＵ）　岩土体　天　直　剪　与锚固　然　重　孔　压　体粘结　含　缩　内　’内　内　内　强度特　水　量　度　隙　模　量　擦　摩　聚　力　摩　擦　聚　力　征值　比　角　角　ｆｒｈ　巾　Ｃ　巾　Ｃ　（ＫＰａ）　’ｒ　ｒ　ｅ　ＥｓＩ－２　（度）　（ｋＰａ）　（度）　（ｋＰａ　（，‘）　（ｋＮ／ｍ。）　（ＭＰａ）　）　素填土①　１８．５　５木　１０木　粉质黏土②　２０．Ｏ木　０．８００．　１Ｏ木　５０木　８木　４８＊　３５　粉　砂③　２０．Ｏ木　１Ｏ．０　３０＊　５木　３０宰　５车　７Ｏ　强风化粉砂岩④　ｌ０．７　２１．６　０．３８８　１９．Ｏ　２Ｏ　６Ｏ　ｌ９　５５　１２Ｏ　强风化泥岩④　ｌ０．０枣　２１．Ｏ木　０．４００　２Ｏ．Ｏ　１６　７Ｏ　２０　７Ｏ　１０Ｏ　中风化砂岩⑤　１１．２　２１．８　０．３８３　２５．Ｏ　３５　１４０　２３　１３Ｏ　２０Ｏ　场地水文地质条件，据钻探揭露，在勘察深度　二、设计存在的问题及防治对策　范围内，场地内有一层地下水，即第三系粉砂岩孑Ｌ　隙裂隙中的孔隙裂隙水。　（一）分析原因　赋存于第三系泥质粉砂岩、粉砂岩的孔隙、裂　１．设计锚索初始锁定值过小。采用锚索支护　隙内，其补给源主要来自场地外围地下水侧向径　体系，如初始锁定值过小，使得支护体系产生一定　流，地下水位、水质、水量变化主要受季节气候影　量变形后，而必然进一步张拉锚索，导致锚索初始　响，动态相对稳定。本含水层具有层位多、层间水　预应力上升。　力联系差、层间地下水位不统一的特点，施工期间　２．设计未要求在全面施工锚索前，进行基本　地下水初见水位与含水层顶板一致，稳定水位标　试验。就本项目岩土层条件的多变性，如不进行基　高约９５．５７～１　１３．５０ｍ，年地下水位变化幅度为２～　本试验，就无法知道锚索的极限承载力和锚索参　３ｍｏ　数的合理性。　本工程场地周围为道路，基坑边坡失稳将危　３．设计锚索自由段长度过短。自由段长度过　及周围道路及行人的安全；据钻挖揭露，基坑边坡　短，对后期施工施加初始预应力时，由于锚索的弹　类型主要为极软岩岩质边坡，局部为土质边坡，泥　性变形量过小，出现锚具夹片回缩等松动情况，都　岩层具胀缩性，基坑施工后边坡高度约为２５ｍ，场　可能造成比较大的预应力损失。　地内含孑Ｌ隙水，对工程有不利影响，如果边坡失稳　４．腰梁混凝土设计强度过低。由于混凝土强　破坏后果严重，依《高层建筑岩土工程勘察规程》　度低于Ｃ２５，当进行预应力张拉锁定时，混凝土很　（ＪＧＪ　７２—２００４）中第８．７．２款综合考虑，基坑工程安　容易开裂，造成锁定失败。　全等级为一级。　（二）防治对策　设计基坑围护结构形式采用桩锚支护设计方　１．对于地层和被锚固结构位移控制要求高的　案，单桩直径为ｌＯ００ｍｍ，锚索采用ｆｐｔｋ＝１８６０Ｍｐａ　项目，在设计锚索初始预应力值时，宜为锚索的拉　的３－６Ｘ７　５钢绞线，成孔直径１５Ｏｍｍ；锚索长　力设计值。避免后期通过支护体系变形，而使得锚　１３～２６ｍ，倾角３０。。　索预应力锁定值增加，达到预先控制位移量的目　５２　的。　将架线环被取下的，应重新安装，锚索下放的过　２．由于该项目岩土层条件存在多变性，没有　程，需要管理人员全程跟踪监督。　任何可参考或借鉴的资料，且有不同地层条件，为　（２）锚索自由段在进行除油污、除锈，并进行防　锚索自由段应采用塑料管包裹，与锚固段　了准确地确定锚索的极限承载力，最终设计增加　腐处理；基本试验锚索组数来确定锚索极限承载力和锚索　交界处除进行塑料管口密封外，还应进行铅丝绑　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　紧。　（三）注浆常见问题　１．原因分析　５．０ｍ。以该项目工程为例，锚索自由段长度由原来　（１）不按配合比要求下料配浆，掺水过多，掺砂　使得水泥砂浆的强度达不到要求。　的７ｍ，调整到８－１２ｍ，以确保锚索施加初始预应力　过少，时减少因松动等因素造成初始预应力值损失，也　保证了锚索、被锚固结构物和地层的稳定性，将锚　固段锚人在合适的地层内。　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）孑Ｌ底未清理。孑Ｌ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）钻孑Ｌ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　除出孑Ｌ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ｂ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　（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１：０．５～１：１的水　泥砂浆或水灰比０．４５—０．５０的纯水泥浆，必要时可　加入一定量的外加剂或掺合料。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　昆人浆液，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，宜采用套管护壁钻孑Ｌ。　（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（下转第５０页）　５３　产、质量的保证以及企业的凝聚力、文化力等都是　服从、服务于这个工作大局。企业感恩文化是增强　靠全体职工的积极共同努力来完成的。　企业的团结力、向心力、凝聚力、号召力和战斗力　企业关爱职工，职工则关爱企业，企业善待职　的文化，是促进企业健康、快速发展的文化。企业　工，职工则回报企业。人是有感情的，企业对职工　感恩文化不是只“吹吹打打”，歌功颂德的附属品，　　在感情上要着眼于亲情、友情，以人为本，爱心管　而是指引企业一个时期的发展方向，培育人性化、是企业腾飞的助推器。感恩文　理，做到真情、真心、真诚，有人情味。职工的忠心　人情味的职场氛围，是企业的根。企业要多做平衡心理、解疑释惑、温　化博大精深，关键在于执行。但愿感恩的空气充斥　暖人心的工作、给员工鼓舞提气，让职工心通气　我们每个人，感恩的雨露撒遍人间角角落落，让人　顺、精神振奋地投入到工作和经营中去。企业对职　人知道感恩，让人人知恩图报；但愿企业的感恩文　工要尊重、信任、维权，让职工都活得有尊严。当职　化化作和谐社会发展的动力，乘风破浪，再创辉　工感到被信任、被欣赏时，他们的工作效率就会更　煌　高，就有动力把工作做得更好。　企业的最终目的是获得发展，文化建设也要　（上接第５３页）１／２锚固段长度之和的理论性伸长　天，通过读取锚索应力计数据，计算出由１５５ＫＮ降　值；弹性变形量是否符合以上要求，对张拉后的应　至１０５ＫＮ，预应力锁定值损失高达３３．３％，立即进　力损失起着非常大的作用。其次，引起预应力损失　行二次补偿张拉措施，二次补偿张拉至１８５ＫＮ，补　的因素还有：张拉端锚具变形和预应力筋内缩、预　偿张拉后１０天，预应力降至１４９ＫＮ并稳定，符合　应力筋的摩擦、预应力筋的应力松弛等；因此，在　设计要求。　张拉锁定前，应综合考虑以上影响因素计算最终　（２）张拉锁定时，必须按照预先制定的方案实　理论初始锁定值，实施张拉施工，锁定后出现损失　施，以减少对邻近锚索的影响。　超过１０％以上，未达到设计要求，须采用二次补偿　（３）锚索张拉时注浆体和混凝土台座抗压强度　张拉措施进行调整。以该项目为例，初始锁定后３　必须符合下表２要求（以该项目为例）：　表２　锚杆类型　土层锚杆　岩层锚杆　拉力型　拉力型　抗压强度（ＭＰａ）　注浆体　１５　２５　混凝土台座　２０　２５　［参考文献］　四、结语　［１］陈安敏，顾金才，沈俊，曹金刚．预应力锚索的长度与预应　在现代建筑行业各领域中，锚索得到了广泛　力值对其加固效果的影响［门岩石力学与工程学报，　应用，实际设计施工中也出现不少的问题，本文就　２００２，（６）．　设计施工中常见的问题，一一进行原因分析并提　［２］何思明．预应力锚索作用机理研究［Ｄ］．西南交通大学，　２００４．　出解决的对策。要想有效地防治锚索设计施工中　波纹管孔道预应力摩擦损失检测与研究［Ｄ］．中　的问题，必须从设计开始严格控制设计质量，在施　［３］张狄龙．国建筑科学研究院，２００８．　工管理上，严把材料关，严格执行设计及规范要　［４］中国建筑科学研究院ＪｃＪ１２０—９９建筑基坑支护技术规　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。　５０　程［ｓ］．北京：中国建筑－Ｚ－，＿ｌｋ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［门．岩土力学，２００５，（ｓ１）