一种可回收式锚索在基坑施工前的试验分析

一种可回收式锚索在基坑施工前的试验分析

张进

中国建筑土木建设有限公司云南昆明650206

摘要：根据项目地质情况，在基坑施工前进行可回收锚索试验，对P型可回收式锚索的承载力及回收性能进行研究，根据试验结果调整锚索设计参数。

关键词：基坑支护；可回收式锚索；锚索试验

引言

随着城市化进程的推进，城市可用土地日益减少，为满足城市发展需求，地下空间的开发已成为趋势，深基坑工程随之应用而生。为保证深基坑的稳定性，桩-锚结构是基坑支护常见措施之一，其中普通的锚索张拉将对地下空间形成大量障碍物，不利于城市地铁、综合管廊及周边地下空间施工，并造成钢绞线资源的极大浪费，而且大多数城市已经下文规定锚索不得超出建筑用地红线，必须进行回收，因此可会收式锚索的应用将逐步呈现在基坑支护工程中。因每个项目地质情况差异，基坑施工前须进行可回收式锚索试验，根据试验结果，验证钢绞线回收率是否符合要求，确定项目锚索施工最终设计参数。

一、可回收式锚索基本情况

可回收式锚索属于压力型锚索，其构造与普通锚索构造大致相同，分为锚固段、自由段和张拉段三部分。之所以叫可回收式锚索，指回收锚索钢绞线，虽然不能全部清除锚索障碍物，，但锚索钢绞线被拆除后所剩的水泥浆在地层中同碎石、片石一样，对该区域以后地下施工形成不了障碍。

二、工艺原理

本文结合P型可回收式锚索在昆明市某项目进行锚索试验，对锚索的结构、施工工艺、锚索承载力、，锚索回收率进行研究，通过试验结果，为基坑桩-锚结构确定最终锚索设计参数，改进锚索试验过程中存在的缺陷。

P型可回收锚索属于压力分散型锚索，由承载体、塑料套管、可回收装置、无黏结钢绞线组成，关键工序是钢绞线回收、两次高压注浆、机械成孔等。

P型可回收式锚索的承载体为厂家制造，设置2个承载体，4根钢绞线，每个承载体上连接两根钢绞线，承载体间距为6m，锚固段为20m，锚索张拉原理为夹具台座受力并将拉拔力传递给承载体，承载体通过机械力及摩擦力将拉拔力传递给周围注浆体，注浆体再以压应力的方式分散并将力传递给锚固段的注浆体，最后锚固段注浆体通过剪应力的方式将力传递到周围岩土体中。钢绞线回收采用卡锁机械式回收，将锚索外露的自由段用铁锤将钢绞线延锚固段推进一段距离，接着用卡锁式扳手将钢绞线自由段锁死，扳手向逆时针方向旋转，施加与紧固方向相反的力，使钢绞线与可回收装置分开，人工将其抽出。锚索结构详图1、图2所示。

P型可回收锚索在对钢绞线进行拆除的前提必须保证：①有2m以上的操作面；②沿锚索方向必须有2m以上的自由段，且保证有钢绞线有不小于0.8外露；③保证钢绞线套管完好，锚头封闭完好，套管内无水泥浆进入。

三、锚索试验概况

1、试验目的

根据昆明市某项目地勘报告，基坑开挖深度范围内揭露的土层主要为杂填土、软粘土和泥炭质土；坑底以下影响基坑支护的土层主要为粘土、软粘土和泥炭质土等，地质条件复杂地质较差，属于昆明常见软弱土层，施工前必须先进行锚索基本试验和蠕变试验，以验证锚索在软弱土层的黏结抗拉拔力及可回收性能，通过试验结果选择合适锚索类型或调整设计参数，满足施工需求，确保桩-锚结构的安全，并通过锚索施工中的缺陷，改进锚索制作、成孔、注浆、张拉、回收等施工工艺。

图1锚索实图图2锚索大样图

2、锚索试验参数

试验数量为4束钢绞线6颗，其中3颗基本试验，3颗蠕变试验，锚索张拉的预估极限抗拔承载力为320KN，试验参数和试验位置如下表：

四、施工工艺

1、锚索的制作安装

根据设计要求锚索选用4根强度标准值为1860MPa、直径为15.24的钢绞线制作，锚索在施工现场制作，用成品钢绞线切割成29.5m每段（钢绞线超出设计长度1.5m，保证外露长度满足张拉需求），按设计要求绑扎金箍环、承载体、导向探头、安装可回收装置，4根钢绞线上分别套上φ22聚乙烯套管，并安装两根φ22注浆管。将制作好的锚索搬运至钻机平台，并用导向探头探孔，无阻碍时人工推送入孔，推动时不得使锚索转动，避免局部构件损坏。若下锚时被卡住，及时拔出，对拔出的锚索仔细检查其配件安装固定是否有松动、损坏，必须时从新组装；拔出锚索后，需对锚孔进行清孔后，再次送入锚索。

2、机械成孔

采用全套管施工工艺成孔，成孔直径D=180mm，成孔末端预留500mm沉渣段，成孔过程中进行清水清孔。钻机开孔前，用测斜仪反复测量钻杆角度，确定是否满足设计要求，每钻进4m用测斜仪测量一次钻杆角度，若有偏差及时调整。在钻孔过程中控制锚孔角度在允许偏差内（±10mm）。

3、锚索注浆

锚索注将才用二次高压注浆工艺，用三缸泥浆泵进行注浆，注浆液位P•O42.5的纯水泥浆，水灰比位0.50，水泥掺和量不少于100Kg/m，第一次注浆压力为0.5MPa~0.8MPa，第二次注浆压力控制在2.50~3.0Mpa，第二次注浆时间在第一次注浆时间结束后6~12h后进行。

4、锚索养护

锚索注浆后进行不少于28天养护，且保证注浆体无侧限压强度不小于30MPa。

5、锚索张拉垫板施工

锚索张拉垫板采用C30砼垫板，板厚500mm，具体做法详图3。

6、锚索试验

试验选用YCW-150Q-200B型穿心顶及油泵进行分级加、卸荷载；利用现场砼承载板提供的荷载反力，穿心顶置于承载板上，对锚索施加抗拔力，采用游标卡尺及百分表测读锚头位移量。

图3锚索张拉垫板做法大样

6.1试验锚索方法

锚索试验按《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012内附录A.基本试验及蠕变试验要点规定进行。基本试验最大荷载不小于预估破坏荷载，不超过其极限强度标准值得0.85倍，多循环加载，必须拉到极限破坏。多循环加载试验的加载分级与锚头位移观测时间详表1。

表1多循环加载试验的加载分级与锚头位移观测时间

蠕变试验根据设计提供的轴向拉力标准值进行加载分级及按规范要求进行观测，详表2。

表2蠕变试验的加载分级与锚头观测时间

每级荷载按时间间隔1min、5min、10min、15min、30min、45min、60min、90min、120min记录蠕变量。

7、锚索回收

用卡锁式扳手将钢绞线自由段锁死，扳手向逆时针方向旋转，施加与紧固方向相反的力，使钢绞线与可回收装置分开，人工将其抽出。

五、试验锚索结果

基本试验：3根锚索基本试验最大荷载为166kN~210kN之间，极限荷载最大值为180kN、最小值为90kN,平均值为120kN,极限荷载取值为90kN，不满足桩锚设计要求；

蠕变试验：3根锚索蠕变试验最大荷载为175kN~205kN之间，极限荷载均为160kN，极限荷载作用下蠕变率在1.33mm~6.78mm之间，锚头位移不收敛，不桩锚设计要求；

六、锚索试验总结

①锚索设计长度结合地勘报告，锚固段集中在粘土层和泥炭质土层，该土层锚索侧摩阻力较小，达不到较高抗拔力，不满足桩锚设计要求，后续设计需进行锚索角度及长度调整，让锚索锚固段在摩擦阻力较大土层；

②P型锚具可回收式锚索，施工操作简便，锚索钢绞线回收率为100%，其中人工回收钢绞线18颗，回收率75%，千斤顶辅助回收6颗；

③P型可回收锚索暂无法满足设计要求，可选用不同类型的锚索多次试验，确定最适合本基坑的锚索类型；

④施工过程中，严格控制水泥砂浆水灰比，必须按设计要求配比；

⑤两次喷浆的压力控制必须符合设计要求，第二次喷浆必须保证锚孔水泥浆饱满密实。

七、结束语

随着城市建筑越发密集，防止地下锚索对临近地下空间的后续开发形成障碍，可回收锚索的运用已成为建筑行业的趋势。每个工程项目因地质情况均不相同，可回收锚索在土层的侧摩阻力具有较大差异性，为确保项目基坑作业安全，桩-锚结构稳定及保证锚索的回收率，基坑作业前，须进行可回收锚索试验，通过锚索试验结果，确定桩-锚结构可回收锚索设计参数，为基坑支护的安全性提供一份保障，为城市地下空间开发减少障碍。