深基坑支护工程中预应力锚索现场试验研究及质量管理措施

陈远荣

湖南省第六工程有限公司 湖南长沙 410000

摘要：本文以郴州五岭新天地三期•锦马时代中心超高层建筑的深基坑工程为例，介绍了在复杂地质条件下深基坑的设计结构，并重点对其中的预应力锚索施工进行了研究。通过对预应力锚索前期的拉拔试验与后期的验收试验进行分析，介绍了如何通过对施工过程进行质量管理来实现设计中锚索需达到的较高抗拉强度。结合对基坑周边的监测数据进行分析，说明质量管理的正确性，研究结论可为类似的工程施工提供指导和参考。

关键词：深基坑；复杂地质；锚索施工；管理措施

0引言

桩锚支护结构是我国使用最多的基坑支护形式，具有控制变形能力强、工程造价低、施工方便、应用广泛等特点^[1]。在地质条件和周边环境比较复杂的垂直开挖或小坡度放坡支护中，多采用桩锚结构，其主要施工工艺多采用刚性桩与预应力锚索配合^[2-5]。郴州五岭新天地三期•锦马时代中心项目的深基坑工程中使用的锚索，其极限拉拔值与设计的锚索材料本身可实现的力学性能相差仅约10%，所以如何在锚索施工过程中对其进行质量管理显得尤为重要。

1 工程概况与地质条件

五岭新天地三期•锦马时代中心是郴州锦欣置业有限公司打造的集商务办公、五星级酒店、时尚商业、娱乐中心和高档住宅为一体的城市地标综合体，项目位于郴州市中心，北侧为湘南地勘院小区、南边紧邻五岭新天地商场，东边为鑫沙院小区，西面依靠燕泉南路，由整体地下室及地上A、B、C共3座塔楼（均带有裙楼）构成。总建筑面积约28万平方米。其中基坑支护高度约18~19m，安全等级为一级，结构重要性系数1.1，为临时性基坑支护，设计使用年限2年。基坑边周长约300米，面积约11479平方米。沿基坑四周从平面上分成6段、沿深度方向以冠梁顶分界，基坑四周分段采取：冠梁以上土方放坡或加土钉墙或钢花管注浆喷锚支护、挂网喷浆护面；冠梁以下采取旋挖钻孔灌注咬合桩、预应力锚索拉锚或内支撑支护。

项目所属地貌为岩溶盆地，支护桩端持力层为中风灰岩层，内灰岩岩面起伏大，溶沟、溶槽、溶洞及暗河发育，灰岩上部均匀性较差，根据其工程特性及指标共划分为6个工程地质主层，2个亚层。如下表：

表1 岩土层承载力特征值表

2 基坑支护设计方案

沿基坑四周从平面上分成6段（见基坑支护平面示意图图1）、沿深度方向以冠梁顶分界，基坑四周分段采取：冠梁以上土方放坡或加土钉墙或钢花管注浆喷锚支护、挂网喷浆护面；冠梁以下采取旋挖钻孔灌注桩、预应力锚索拉锚或内支撑支护。

图2为具体的桩锚截面布置图，其中设计锚索长度为17~43m，间距为2.3 m，锚孔直径 172mm，杆材为 6φ^S15.2 和 7φ^S15.2钢绞线，采用预应力锚索，锚索钻孔水平夹角按施工段分别为18°、20°、30°、35°度，锚固体用M30水泥浆，要求7天龄期时f_c＞20MPa；10天龄期时f_c＞25MPa；分二次注浆，一次注浆压力≥0.5MPa，二次注浆压力≥2.0MPa。

3预应力锚索试验

3.1基本试验

锚索的施工质量对于深基坑安全至关重要。本工程进行了锚索基本拉拔试验，其预估的最大试验荷载分别为1373kN、1481kN、965kN和1166kN均为设计标准值的1.8倍。具体实施过程遵循《建筑基坑支护规程》（JGJ120-2012）要求。根据锚索基本试验所得到的荷载-位移 P-S 曲线、荷载-弹性位移P-S_e曲线和荷载-塑性位移P-S_p曲线见图3。

锚索抗拔基本试验结果详见下表2。根据锚索试验结果可知，6φ^S15.2锚索极限抗拔承载力为最大试验荷载（965kN、1166kN），锚头最大位移 107.39 ~139.42mm，回弹量54.05~93.17mm；7φ^S15.2锚索极限抗拔承载力为最大试验荷载（1373kN、1481kN），锚头最大位移 92.83~195.80mm，回弹量49.59~156.46mm。每级加载时产生的位移量均大于锚索杆体材料的伸长量，表明土层锚索其变形除材料自身弹性变形外，锚固体承担主要的轴向压应变，实测锚杆抗拔承载力极限值均可满足设计标准值的1.8倍。

3.2验收试验

验收试验采用单循环加荷法，拟加最大试验荷载为轴向拉力标准值的1. 4 倍，其加载等级及位移观测时间根据《建筑基坑支护规程》（JGJ120-2012）表 A.4.2确定，锚头位移测读和加卸载符合A.4.3条的规定。锚索验收试验结果均满足设计要求的1.4倍，锚头最大位移 63.62~120.37mm，最大回弹量 28.13~57.47mm 大于杆体自由端长度理论弹性伸长量 80%（22.14~24.72mm），加载至检测值时锚索位移稳定，锚索拉力值符合设计，并且在后续的监测过程中，锚索的应力值始终在安全范围之类。

4预应力锚索施工质量管理

1、锚索钻孔的倾角关系到锚索施工完毕后其在水平向拉力大小，所以需严格按照设计图纸角度进行施工，而在钻进过程中，由于钻具在冲击压力作用下会导致钻进方向不断下偏，致使钻机上翘，钻孔越长，这种现象就越明显，所以要在钻进过程中注意纠偏或者钻机就位时倾角比设计倾角少1~2度。

2、孔深达到设计深度，而设计的锚固段仍处于破碎或断层等软弱岩层，孔深须延长至稳定岩层为止，保证内锚固段符合设计要求以达到设计强度，对于自由段长度的增加可忽视。这就要求现场管理人员对钻进的速度、钻机现有压力掌控，比如钻孔过程中局部遇塌孔、卡钻，则表明遇到裂隙、夹层或局部破碎区域。比如：钻机钻进过程中大幅度进尺出现“掉钻”现象或者遇到钻机压力迅速下降的情况则表明遇到溶洞，无其他物体喷射出孔，则表明溶洞无填充物及积水、有大量水喷出则溶洞内积水量大、有泥浆喷射而出，表明洞内同时存在填充物及积水。

3、对于总长较长的锚索，下放时不可任由锚索随孔滑下造成孔内出现浮杂影响锚固长度和注浆强度，并且这样下放还会使锚索由于下放过程中的动能随速度增大而造成锚索在孔内形成较大的弯曲与扭转，使得锚索在后续的受力过程中某根钢绞线主要受力而造成该锚索因受力不均发生连续断裂，且钢绞线的断裂面不在同一平面上，发生严重的事故。

4、二次注浆控制方法。二次注浆不仅会劈裂第一次注浆后在钻孔中形成的注浆体，而且浆体还会向钻孔周围岩土体继续扩散，而此时注浆机上的压力表显示的持续压力可作为二次注浆的控制方法。若持续注浆压力明显小于设计要求的劈裂压力，且不会增加，但注浆量不断增加，此时按设计注浆量２倍控制注浆量；若持续注浆压力虽然明显小于设计要求的劈裂压力，但持续压力不断增加，而注浆量不断减小，当满足总注浆量不大于设计注浆量的２倍或稳压5分钟后持续返浆即可停止注浆；若持续注浆压力达到要求，但注浆量较少，则在注浆管承受的范围内加压5分钟，注浆量还无明显增加则停止注浆。

5结语

本工程基坑相对较深，对锚索的施工质量要求很高，通过锚索的基本试验确定了施工质量的控制方法，可很好的符合设计要求。再通过验收试验与周边建筑物、构筑物的监测结果，得到基坑支护结构变形较小，基坑周边建筑物、构筑物基本没有变形，均处于安全状态。说明采用的质量控制方法较好可为类似的工程施工提供指导和参考。

参考文献

[1]王卫东,丁文其,杨秀仁,郑刚,徐中华.基坑工程与地下工程——高效节能、环境低影响及可持续发展新技术[J].土木工程学报,2020,53(07):78-98.

[2]龙腾.双排桩支护结构研究现状[J].湖南科技学院学报,2018,39(05):48-50.

[3]张来安.复杂条件下基坑施工对周边环境及支护结构的影响分析[J].施工技术,2018,47(08):82-86.

[4]龙腾.双排桩支护结构的特点及其主要数值计算方法[J].湖南科技学院学报,2017,38(10):68-70.

[5]李长江,黄耀先.深基坑支护方案现状研究[J].建筑技术开发,2011,38(04):76-79+82.