預應力土層錨桿技術(shù)是一種高效、經(jīng)濟的巖土體加固技術(shù),已在地下圍巖和邊坡工程中得到廣泛應用。目前,隨著(zhù)城市建設的迅速發(fā)展,城市用地越來(lái)越緊張,為了充分提高地下空間的利用率,高層建筑地下部分也不斷增加,基坑也越來(lái)越大,越來(lái)越深。深基坑支護施工除了要求必須滿(mǎn)足自身結構的安全、保證地下室施工安全順利進(jìn)行、確保周邊環(huán)境與建筑物、道路管線(xiàn)的安全外,同時(shí)還必須實(shí)現施工對周邊的環(huán)境影響最少,降低地下污染、降低造價(jià)的目的。而預應力土層錨桿技術(shù),其不僅可決定支擋結構的穩定性,而且還能有效控制基坑變形,在深基坑支護中起著(zhù)相當重要的作用。因此,本文將主要對預應力土層錨桿在深基坑支護中的應用進(jìn)行一些探討。

　　1預應力土層錨桿技術(shù)的工作機理

　　預應力土層錨桿技術(shù),是指利用專(zhuān)用土層錨桿施工機械,將其一端與擋土樁、墻聯(lián)結,另一端錨固在地基的土層中,通過(guò)對錨固段灌注高強度等級水泥砂漿,使其錨固段砂漿體達到一定的設計強度,以承受樁、墻的土壓力、水壓力等水平荷載,利用地層的錨固力維持樁、墻的穩定,為不使樁、墻的位移太大,錨桿在安裝后即在錨桿頂部施加張拉應力,使得錨錠板帶動(dòng)錨固體發(fā)生位移趨勢,錨固體與周?chē)�土體產(chǎn)生抗拔摩阻力,通過(guò)錨具與鋼臺座反作用于混凝土連續墻,對深基坑起支護作用。

　　2預應力錨桿的作用

　　在深基坑支護中,預應力錨桿一般選用鋼鉸線(xiàn)作為預應力筋,利用對其自由段預拉的彈性回縮力對支護結構施以預設的應力,使支護結構得以穩定,則其作用有以下幾點(diǎn):

　　2.1施加預應力實(shí)現荷載平衡

　　其是指將結構中的預應力筋和錨具看作施載體將其從結構中脫離,把預應力的作用視為一相應荷載(稱(chēng)為反荷載或是平衡荷載),由其于外荷載相平衡的條件,去反求預應力的大小、

　　預應力筋的布筋及其彎曲形狀等。這樣,即可把結構當成是受到平衡荷載和外荷載作用的非預應力結構來(lái)計算,為支護的設計和分析提供了依據,是支護結構穩定的保證。

　　2.2預加應力使土體和錨固體一體化的加固作用

　　通過(guò)預加應力,使自由段處的土體預壓,使得原來(lái)土壓力方向發(fā)生了改變,阻礙了滑移面的產(chǎn)生,從而抵消了基坑開(kāi)挖時(shí)釋放的土壓力,有效地控制了土體的變形;可使錨固體與土體進(jìn)行協(xié)調結合,形成一體化的加固作用,提高基坑的整體穩定性。

　　但需注意的一點(diǎn)是,由于預應力錨桿是在基坑自穩、土體未產(chǎn)生變形的基礎上才產(chǎn)生作用的,因此,下步開(kāi)挖需在錨桿張拉,施加預應力之后進(jìn)行。

　　3基坑支護結構的設計要求

　　3.1支護結構的設計

　　(1)基坑支護結構應考慮其結構水平變形、地下水的變化對周邊環(huán)境的水平和豎向變形的影響。

　　(2)基坑支護結構均應進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計算,計算內容包括:根據基坑支護形式及其受力特點(diǎn)進(jìn)行土體穩定性計算;基坑支護結構的受壓、受彎、受剪承載力計算;當有錨桿或支撐時(shí),應對其進(jìn)行承載力計算和穩定性驗算。

　　(3)當場(chǎng)地內有地下水時(shí),應對地下水控制進(jìn)行計算,如對其抗滲透穩定性驗算、基坑底突涌穩定性驗算、以支護結構設計要求進(jìn)行地下水控制計算等。

　　3.2預應力錨桿的設計

　　(1)設計計算。錨桿預應力值的確定對于錨桿的應用起決定性作用,它不僅要考慮安全與經(jīng)濟性,而且對變形的控制尤為重要。因此,預應力錨桿在設計計算時(shí),錨桿預應力值應滿(mǎn)足基坑支擋結構的穩定力;在支護體系中,錨桿預應力值應由支擋結構各部位所承受的土壓力(采用土釘支護時(shí),土壓力用抗拔力代替)乘以安全系數計算而來(lái);預應力錨桿參數(錨桿長(cháng)度、自由段長(cháng)度、預應力筋個(gè)數、傾斜角等)應由預應力值和所勘察的土性參數結合而確定;當基坑穩定性滿(mǎn)足各錨桿參數計算后,再對整體進(jìn)行穩定計算,如滿(mǎn)足要求,則進(jìn)行下一步工作。

　　(2)試驗資料。由于深基坑支護時(shí),開(kāi)挖后與勘察資料不盡相同,為此,在施工前應先進(jìn)行現場(chǎng)試驗,以獲得完整的試驗資料,如通過(guò)分級加載下錨頭的位移值,了解預應力錨桿的受力變化特性;通過(guò)抗拔實(shí)驗,得出錨桿的極限承載力,使其荷載比β≤0.55,以最大限度發(fā)揮預應力錨桿的錨固作用;通過(guò)試驗了解預應力設計值與極限承載力的關(guān)系,從而了解支護結構的安全可靠性。

　　4施工工藝

　　4.1鉆孔

　　(1)在鉆進(jìn)過(guò)程中應合理掌握鉆進(jìn)參數和鉆進(jìn)速度,防止出現埋鉆、卡鉆等各種孔內事故;對土層錨桿的自由段鉆進(jìn)速度可稍快,對錨固段則應稍慢一點(diǎn)。

　　(2)采用干作業(yè)法鉆孔時(shí),要注意鉆進(jìn)速度,避免“別鉆”;鉆孔完畢后,為減少孔內虛土,應先將孔內土充分倒出,再拔鉆桿。

　　(3)采用濕作業(yè)法成孔時(shí),要注意鉆進(jìn)時(shí)要不斷供水沖洗,始終保持孔口水位,并根據地質(zhì)條件控制鉆進(jìn)速度,一般以300mm/min～400mm/min為宜,每節鉆桿鉆進(jìn)后在接鉆桿前,一定要用水反復沖洗孔底沉渣,直至溢出清水為止,然后拔出鉆桿。

　　4.2預應力筋的制作與安裝

　　(1)預應力筋應平直、順直、除油除銹,并做防腐處理;對鋼筋拉桿,先涂一層環(huán)氧防腐漆冷底子油,待干燥后,在涂一層環(huán)氧玻璃鋼,待其固化后,再纏繞兩層聚乙烯塑料薄膜;對自由段的鋼絞線(xiàn),要套聚丙烯防護套。

　　(2)鋼絞線(xiàn)如涂有油脂,在固定段要仔細加以清理,以免影響與錨固體的黏結;除銹后要盡快放入鉆孔并灌漿,以免再生銹。

　　(3)安放錨桿桿體時(shí),應防止桿體扭曲、壓彎,注漿管宜隨錨桿一同放入孔內,管端距孔底為50mm～100mm,桿體放入角度與鉆孔傾角保持一致,安好后使桿體始終處于鉆孔中心。

　　(4)若發(fā)現孔壁坍塌,應重新透孔、清孔,直至能順利送入錨桿為止。

　　4.3灌漿

　　(1)灌漿材料選用灰砂比為1∶1或1∶0.5(重量比),水灰比0.38～0.45的水泥砂漿或是水灰比0.4～0.45的水泥凈漿;水泥宜使用普通的硅酸鹽水泥;水泥漿液的抗壓強度要大于25MPa,塑性流動(dòng)時(shí)間要在22s以下,可用時(shí)間應在30min～60min,必要時(shí)可加入一定量的外加劑或摻和劑,但要攪拌均勻,整個(gè)澆注時(shí)間須控制在≤4min。

　　(2)一次灌漿法

　　一次灌漿宜選用灰砂比1∶1～1∶2,水灰比0.38～0.45的水泥砂漿;灌漿時(shí),將灌漿管推入拉桿孔內,在拉桿孔端注入錨漿,并以0.4MPa左右的灌注壓力開(kāi)始灌漿;在灌漿的過(guò)程中,應逐步將灌漿管向外拔出,但灌漿口應始終處于漿面以下;待孔口溢出漿液時(shí),可停止注漿,拔出灌漿管;灌漿時(shí),壓力不宜過(guò)大,以免吹散漿液和砂漿,待漿液或砂漿回流到孔口時(shí),用水泥袋紙等搗入孔內,再用濕黏土封堵孔口,并嚴密搗實(shí),再以0.4MPa～0.6MPa的壓力進(jìn)行補灌,穩壓數分鐘后即可完成。

　　(3)二次灌漿法

　　二次灌漿時(shí),應先灌注錨固段,待所灌注的水泥漿具備一定強度后,對其進(jìn)行張拉,然后再灌注非錨固段;灌漿時(shí),對靠近地表面的土層錨桿,避免引起地表面膨脹隆起,其灌漿壓力控制在0.22MPa左右;對垂直孔或傾斜度大的孔,可采用人工填塞搗實(shí)法進(jìn)行灌漿;灌漿結束后,應用清水沖洗灌漿管,直至管內流出清水為止;注漿完畢應將外露的鋼筋清洗干凈,并保護好。

　　4.4張拉與鎖定

　　(1)土層錨桿灌漿后,待錨固體強度大于15MPa并達到設計強度的75%時(shí),方可進(jìn)行預應力張拉。

　　(2)為避免張拉對相鄰錨桿的影響,應采用跳張法,即隔一或隔二張拉,以盡量減少相鄰錨桿張拉引起的預應力損失;錨桿正式張拉前,要取設計拉力的10%～20%,并對錨桿預張拉1～2次。

　　(3)錨桿張拉要求定時(shí)分級加荷載進(jìn)行,張拉時(shí)由專(zhuān)人操縱機械、記錄和觀(guān)測數據,并隨時(shí)畫(huà)出錨桿荷載——變位曲線(xiàn)圖,作為判斷錨桿質(zhì)量的依據。

　　(4)當拉桿預應力沒(méi)有明顯衰減時(shí),即可鎖定錨桿;為避免張拉值過(guò)小,預應力作用無(wú)法發(fā)揮,或是張拉值過(guò)大,預應力受傷,則張拉值應控制在設計值的110%左右,以考慮鎖定時(shí)夾片回縮力損失,張拉鎖定的有效應力基本與設計值相等。

　　(5)錨桿鎖定后,若發(fā)現有明顯預應力損失時(shí),應進(jìn)行補償張拉。

　　4.5施工注意事項

　　(1)張拉設備應牢靠,錨桿各條鋼筋的連接要牢靠,以防止張拉時(shí)發(fā)生脫扣現象;應檢查高壓灌漿管的暢通,以防止塞泵、塞管,甚至于管爆裂傷人。

　　(2)電氣設備應設接地、接零,并做好安全防范措施,以做好安全用電。

　　(3)施工現場(chǎng)的泥漿水要及時(shí)處理,使其經(jīng)排水溝流到沉淀池,再排入集水坑用水泵排走。

　　(4)錨桿的非錨固段及錨頭部分要及時(shí)做防腐處理,永久性錨桿必須進(jìn)行雙層防腐,即涂以瀝青等防腐材料后須再采用混凝土密封;臨時(shí)性錨桿宜采用瀝青進(jìn)行簡(jiǎn)單防腐。