破碎地质深基坑预应力锚索支护施工技术方法研究与探讨

郑云雷

（中铁建华南建设有限公司）

1 工程概况

1.1 工程位置

该工程位于广州市番禺区，清河东路南侧，盛兴大街北侧，广场西路东侧，广场东路西侧，斜置于番禺广场及南侧公园地块内，中间横跨兴泰路。站位东侧为中银大厦，北侧为番禺区政府，西侧为科尔海悦酒店、白云机场番禺候机楼、盛泰花园（北区）、盛泰花园（南区），南侧为中央公园。

1.2 工程地质

根据地质断面资料表明，自上而下依次为人工填土、粉质黏土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩，微风化花岗岩深度22.5m～51.3m；地下水主要赋存在强风化带和中风化带中，赋存不均一。岩石裂隙发育不均匀且大部分被泥质充填，水量较丰富、具有承压性。

1.3 工程设计

图1 地质剖面图

基坑总长540m，标准段基坑宽度50m，深度40m。车站两端头内支撑采用5 道混凝土支撑；车站中间位置地连墙采用吊脚墙形式、二道（三道）混凝土支撑、锚索支护，地连墙共204 幅，厚1.2m。本文重点阐述基坑中间位置锚索支护施工工艺的技术探讨。

锚索设计长为22.5m，锚固段长度10m，自由端长度约12.5m，共套有Ф15.2 钢绞线4 根，以向下20°锚入强风化岩层中，设计轴向抗拔力为460KN；混凝土腰梁为四边形，高为60cm，主筋为9 根C20 螺纹钢，箍筋为A10 圆钢，间距为150mm，保护层为30mm，混凝土等级为C40。

图2 锚索混凝土腰梁设计图

2 预应力锚索支护工艺流程及施工方法

预应力锚索施工的重点工序为钻孔、锚索制作、注浆及应力张拉，这些工序质量直接决定着基坑支护效果，详细的施工工艺见流程图（图3）。

图3 锚索施工工艺流程图

2.1 施工准备

基坑开挖至腰梁底以下50cm，横向预留8m 施工平台，将平台整平，并压实，地下连续墙面不平整部位采用风镐破除，破除完后采用同地下连续墙配比砂浆进行修补平。

2.2 测量放样

按设计坐标先将锚索孔位置准确放样在地连墙上，并在锚索孔开孔部位做好标记，同时向上引出一个控制点，便于控制钻杆角度，并对其进行编号，防止发生错误；锚孔定位偏差不得超过±20mm。

2.3 钻机就位

现场施工钻机采用履带式凿岩机，直接移动至作业平台，调整钻杆，按照测量放样点位置调整钻进角度。

2.4 钻进、成孔

成孔是锚索安装的重要环节。锚索成孔直径为Ф150，采用全长跟套管钻进，以防止塌孔涌水。钻进过程中调整好钻杆角度，并用测量工具检查钻杆偏斜、及时纠偏，确保锚索孔满足设计及规范要求。同时根据地质和地下水情况，调整钻速、钻进压力等施工参数，做好施工记录，为防止孔深不符合设计要求，现场成孔长度比设计长30cm。锚索锚固段长度若满足嵌入微风化岩10.0m 可提前终孔。若提前入岩或钻至设计要求的入岩位置而未入岩，则必须立即通知勘察技术人员到达现场加以处理（图4）。

图4 钻孔作业

钻孔控制要点：

⑴钻杆钻孔不得扰动周围地层；

⑵钻孔前根据设计要求和地层条件定出孔位做出标记；

⑶锚索孔位误差不应大于10cm，钻头直径应不小于设计孔径；

⑷锚索孔的偏斜率不应大于设计要求的2%；

⑸钻孔深度不应小于设计长度，也不宜大于设计长度50cm；

锚索成孔深度原则上必须达到设计要求。锚索施工前应进行试成孔，当孔深达到岩层面深度位置时应改用岩芯管抽取芯样，以验证锚索下部岩性情况。

2.5 清孔

钻孔完成后应采用高压水或高压风清孔，将孔内岩石粉尘、泥土碎块清除干净，以避免在注浆过程中与水泥浆混合后降低水泥浆强度和孔壁粘结力。

2.6 锚索制作及安装

预应力锚索束包括锚固段、自由伸长段和张拉工作段三部分组成。按设计要求采用3～5 根直径φ15.2mm高强低弛预应力钢绞线，抗拉强度标准值为1860N/mm2，设计抗拉强度为1320N/mm2。锚索束采用人工安装；施工前，核对锚索孔编号，确认无误后再次清孔，缓缓将锚索束放入孔内（图5）。

图5 锚索制作及安装

⑴锚索在钻孔的同时于现场进行制作，钢绞线线下料长度为锚索设计长度、锚头高度、千斤顶长度、工具锚和工作及张拉操作余量的总和；钢绞线截断余量取50mm。

⑵将截好的钢绞线平顺地放在作业台架上，量出锚固段和锚索设计长度，分别作出标记；在锚固段的范围内穿对中定位架，间距1m，两对中支架之间采用Φ2 铅丝扎紧；自由段每米也用铅丝扎一道紧固环，并用PVC软管穿套；在锚固段的范围内锚索架线环每隔1.5m 间隔设置，自由段每2m 设置一道，最后，在锚索端头套上导向帽。

⑶按设计图纸要求，安装注浆管，采用两根Φ20 硬塑料管。注浆管出浆口距离孔底应保持50mm～100mm，注浆管与锚索采用铅丝绑扎固定。

⑷锚索应除锈除污垢，自由端涂抹黄油，作防腐处理后再外套PVC 管，锚固段锚索架线环每隔1.5m 间隔设置，自由段每2m 设置一道，相邻两隔离架之间安设束线环并对锚索进行绑扎固定。各钢绞线应保持大致平行并保证承载体位于孔的中部，锚固段锚索束钢绞线外保护层厚度应确保不小于25mm。

⑸锚索防腐措施：

①自由段采用除锈、刷沥青船底漆、沥青玻纤布缠裹其层数不少于二层，并装入套管中，套管两端100mm～200mm 长度范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定；

②锚固段应除锈，砂浆保护层厚度应不小于25mm。

③张拉完成后锚头的锚具以及外露钢绞线应做防锈处理，挂设钢筋网罩、采用强度等级不低于C30 混凝土现浇封闭。

⑹锚索制作完毕后进行自检，确认质量合格后报监理检查验收签认，验收完的锚索应集中放置于干燥清洁场区，并覆盖保护备用；制作好的锚索应尽早使用，不宜长期存放。

⑺锚索制作安装卡控要点：

①每根钢绞线均应仔细检查表面是否有刻痕、机械损伤、严重锈蚀，不合格品必须剔除，锚索束下料完成后，锚固段如有油脂、污渍必须擦洗干净、确保锚固力。

②钢绞线应采用切割机下料，严禁使用氧割、电焊条切割，下料好的钢绞线应放置在平顺的工作平台上，不同长度规格的钢绞线分类摆放，并用篷布进行覆盖，严防被雨淋和暴晒。

③钢绞线束下料完成后应及时编号挂牌，其下料长度应在设计长度的基础上考虑腰梁厚度以及张拉工作长度。

⑻每孔锚索的锚固段长度10m～12m，注浆管与锚索一起编入锚索束，从承载板中的孔中穿过。锚索束编制完成，对每一单元承载体锚索分别标识区分，同时对锚索束对应锚孔进行编号。

⑼锚索束编号后转运至已完成的锚索孔旁，入孔前用高压水或高压风再次清孔。锚索束安装时应缓慢匀速送入锚索孔内，安装过程中不得旋转锚索束，避免锚索束扭曲，并随时检查隔离架及固定扎丝是否牢靠，当发现有损坏、移动、偏斜、脱落等现象时应及时处理，必要时应拔出锚索束重新更换，确保锚索束推送至设计深度后注浆管畅通。

2.7 锚索注浆

⑴锚索束注浆采用P·O42.5R 普通硅酸盐水泥纯浆，采用两次注浆施工工艺，第一次注浆为孔底压浆，注浆管随锚索束一并放入到孔底，由底向外压浆，直至孔口冒出浓浆，一次注浆压力0.5～1.0MPa；第二次注浆在第一次压浆初凝之后4～8 小时，利用预先埋设的注浆管对锚固段进行高压劈裂注浆，二次注浆压力控制在2.0～2.5MPa；止浆标准：当浆压达1.0MPa 时，灌浆量0.5L/min，稳压15min。

⑵注浆液采用水泥浆，水灰比为0.45～0.55，水泥用量为50～55kg/m。水泥用42.5 级普通硅酸盐水泥，加适量的早强剂，浆液固结体28 天强度要求达到30MPa。

⑶锚索束注浆实际水泥浆量一般都要大于理论设计方量，现场施工时在溢浆孔流出水泥浆液后暂停注浆，静止1～2 分钟，待水泥浆液面稳定后再次补浆，确保锚固体注浆充实。注浆完成后及时清洗注浆管、注浆枪和注浆套管，做好施工记录。

⑷锚索注浆为二次注浆，注浆导管采用两根Φ20硬塑料管；注浆管采用硬塑料管制作，锚固端与自由段采用止浆塞进行堵塞封闭。

2.8 钢筋砼腰梁施工

图6 腰梁钢筋及模板安装

⑴钢筋混凝土腰梁采用现浇C40 混凝土浇筑。腰梁混凝土浇筑前，先将腰梁高度范围内地连墙表面剥皮、露出新鲜混凝土，在腰梁宽度范围内用C20 混凝土浇筑一层垫层，涂刷脱模剂或采取其他防粘措施，再钢筋绑扎，纵向主筋钢筋接头应尽量设置在相邻锚索跨中三分之一部位并错开布置，钢筋接头数量及错开间距应满足设计和规范要求。如遇锚索束与腰梁钢筋相互干扰时，可调整腰梁钢筋。混凝土浇筑时，对于锚索束部位要加强振捣，可以采用50 振捣棒为主、辅助30 振捣棒振捣，确保混凝土振捣密实。

⑵锚索腰梁施工前需在地连墙墙面植4 根锚固长度不小于220mm 的HRB400 级φ22 钢筋,采用冲击钻孔φ25 置放钢筋，孔内灌改性环氧树脂粘剂。

⑶植筋应采用A 级植筋胶，严禁使用不饱和聚酯树脂和醇酸树脂作为胶粘剂；采用的胶粘剂，必须进行粘结抗剪强度检验。植筋前，混凝土表面应进行凿毛，并用钢丝刷刷除表面油污、垢物，去掉表层粉刷层及疏松层，应清除至坚实基层。锚孔应避开地连墙主筋，对于无法使用的废孔，应采用化学锚固胶或高强度等级的环氧树脂水泥砂浆填实。

2.9 锚索束张拉、锁定及封锚

锚索注浆体强度及腰梁砼强度满足设计要求后，方可进行张拉作业。张拉前，应将千斤顶和压力表送到正规检测单位进行标定，取得校准证书，利用校准证书计算实际张拉数值，并制作好张拉锁定记录表。

表1 锚索预应力张拉数值

锚索张拉应有序分级进行。正式张拉前，应取轴向拉力设计值的0.1～0.2 倍，预张拉2 次，使其各部分紧密接触，锚索束钢绞线完全平直。锚索张拉程序应按照规范要求《锚索张拉荷载分级和位移观测时间表》进行。锚索的锁定拉力取锚索的轴向抗拔力设计值的65%～75%。锚索锁定前先张拉至设计拉力的1.1 倍并稳压15min，检查伸长量并记录后卸荷至锁定荷载进行锁定，具体锚索张拉荷载分级及位移观测时间应遵循《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）有关要求进行。

锚索张拉后，如发现张拉力达不到设计要求时，必须与设计沟通并采取相应补救措施后方可继续基坑开挖。锚索锁定后，如发现有明显预应力损失，应进行补偿张拉。

图7 预应力张拉

锚索张拉时注意事项：

⑴锚索张拉前检查钢筋砼腰梁和锚垫板的承压面必须平整，并与锚索束的轴线垂直，不满足要求时采用薄钢板加垫调整。

⑵张拉施工前必须委托专业机构对千斤顶和压力表进行标定和调试校准。

⑶锚具安装与锚垫板、千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚索孔及锚索束轴线在一条直线上，不得弯压或偏折锚索束端头，确保承载体及钢绞线受理均衡。

⑷锚索束张拉采用分级张拉，即第一次张拉至10%，使钢绞线绷紧后放张，紧固工具锚后再次张拉至10%，记录伸长量，第二次张拉至20%，稳压5min 后记录伸长量，第三次张拉至110%，稳压15 分钟后卸荷至100%，记录伸长量后锁定，锚索束张拉采取张拉力与伸长量双控。在锚索束张拉锁定完成后48 小时内要加强应力监测，如发现应力松弛，要详细检查原因并采取补张拉措施。

⑸锚索束张拉锁定完成后观察3 天，如未出现异常情况，可以进入封锚施工。封锚前先将距锚具5cm 以外的钢绞线束采用砂轮机切除，对外露锚具和钢绞线采取防腐处理，按设计要求用C30 混凝土立模将锚头浇筑在混凝土内。

⑹锚索束张拉锁定完成后要定期监测预应力，当预应力损失时超过设计值10%以上时，应实施二次张拉以达到设计锁定拉力。

⑺所有锚索外部张拉段长度不小于1.2m，严禁剪断，便于后期检测，补偿张拉使用。

3 锚索施工质量控制要点

⑴钻孔深度宜大于设计深度50cm，防止预应力筋出现松弛问题，造成预应力小于设计要求。

⑵严格控制孔位、钻孔倾角偏差，钻孔孔位的允许偏差小于50mm，钻孔倾角的允许偏差为3°，避免因施工误差造成的应力减少。

⑶及时做好千斤顶、锚具、液压表等仪器和设备的标定工作。

⑷加强张拉过程管控，实施记录，确保锚索张拉实际值与理论值偏差小于±6%。

⑸加强预应力筋质量验收工作，预应力束断丝、滑丝不得超过总数的0.5%，且一束内断丝、滑丝不超过1根，否则不能使用。

4 锚索施工质量检测

⑴锚索正式施工前，应按设计要求选取一定数量的锚索束进行基本试验，详细记录施工参数，以便在正式施工时选取施工设备、调整施工工艺参数。

⑵锚索质量检测应符合下列规定：

①锚索锚固力应进行抗拔试验，试验数量为锚索束总数量的5%且不得少于6 根。具体抗拔验收试验应按《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22:2005）要求执行。

②锚索的最大试验荷载应取锚索轴向抗拔力的1.4 倍。

⑶锚索施工每次注浆时，应制作水泥浆试块，试块数量应满足设计及规范要求。

⑶检测工作结束后应提交包括工程概况、检测方案、检测原理及方法、检测仪器设备、检测资料分析处理方法和检测结论、以及建议的质量检测报告：

⑸当检测结果不合格的数量超过规范要求时，应按要求加大检测数量，检测方法和数量应按质量监督机构要求确定。道路和房屋及围护结构的变位情况，如发现有开裂和变形较大等现象时，立即停止基坑开挖，迅速召集有关人员研究分析，做出有效的加固措施。

⑹锚索应力监测点，应按设计要求均匀布置并在一些关键部位加强布设；锚索的应力监测根数不应少于锚索总数的5%，且不应少于5 根。

5 技术应用效果及结论

本工程破碎地质深基坑采取预应力锚索支护技术，和传统的混凝土支撑、钢管支撑等支护体系相比，能够利用原地层结构自身强度，节约了材料，减少了支护结构，提供了良好的土方开挖作业空间，并解决了后续支撑拆除安全风险，并在工期上节约了时间。

在施工过程中，只要严格控制钻孔、注浆和预应力张拉工艺施工质量，基坑侧墙各项监测数据值在规范允许范围之间，可以达到基坑支护的预期效果。