近年来，随着我国经济建设的发展，在基坑支护方面，大量深基坑工程的出现，促进了设计计算理论和施工工艺的发展和不断完善，已逐步形成了基坑工程学这一新兴学科。根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件，通常采用排桩或地下连续墙、水泥土墙、土钉墙、逆作拱墙、放坡以及以上几种组合使用的基坑支护结构方案。安全有效的基坑支护方法为主体结构的进一步实施创造了充分必要的条件。

 

　　 下面将以广州地区某隧道工程深基坑支护为例，阐述预应力锚杆体系在深基坑支护应用中的可行性及优越性，进而就其在设计、施工等方面的注意事项进行说明。

 

 

　　 该隧道工程全长515m、净宽27m、最大挖深11m。在隧道线与交叉路线交汇处的一定平面范围内采用闭口段隧道，其余部分开口段为U型下沉结构。

 

　　 该场区为城市闹市区，施工期间不允许中断现有交通。因此，本基坑为一级基坑，开挖时不允许支护结构体系本身的失效破坏以及周边土体出现较大变形。

 

 

　　 根据工程现场情况对现有常用的几种支护结构形式进行排除选择。首先是放坡，由于工程场地现有建筑物、构筑物密集且基坑等级要求较高，因此放坡方法在此不宜单独或结合其它方法采用；第二是水泥土墙，基坑开挖深度较深且等级为一级，对基坑变形要求控制严格，且该地区地下水丰富、水位较高，因此这种方法不适用；第三是地下连续墙，该种支护结构安全可靠，且通过采用具有防渗功能的混凝土本身兼具止水功能，但是该种支护方法造价较高，且需要较高的施工技术和管理水平；第四种是排桩结构，当开口段开挖深度较浅时可以采用悬臂式排桩，基坑变形等指标满足规范要求；第五种是排桩+锚杆（或内撑）组合结构，当闭口段基坑开挖深度较深时可以采用排桩与内撑或锚杆结合的办法，既适应了该工程场地狭小的特点，又能够严格控制周边土体的水平位移、承受场区一部份水浮力作用，同时易于施工管理、节约工程造价。通过以上的判断分析，基坑深度小于3.5m时采用排桩外围水泥土止水帷幕，基坑深度大于3.5m配合使用内撑或锚杆支护结构体系。

 

　　深基坑撑杆与锚杆的应用比较分析

 

　　 一级基坑深度11m、宽度31.6m，根据国家及地方规定其最大水平位移控制值为30mm。基于以上相同的围护结构、采用相同的场地地质条件和计算参数、考虑地面超载20kPa，采用各自方案的最不利荷载工况，针对撑杆方案和预应力锚杆方案进行各自的优化比选，最终确定各自方案如下：

 

　　 撑杆方案：横撑采用￠60012mm钢管、水平间距6m、竖向间距4m（竖直方向布置3道）；由于基坑较宽，为保证横撑稳定在宽度方向设立两道竖撑，竖撑采用￠60012mm钢管并插入底板以下5m；同时在垂直横撑和竖撑方向设置型钢联系杆。

 

　　 预应力锚杆方案：采用双排（竖直方向）7￠5的强度等级1570Mpa的预应力钢绞线，锚杆水平间距1.5m、竖直间距3.5m，锚杆自由段长度5m、锚固段长度10m。

 

　　 两个方案比较分析：

 

　　（1）计算简图

 

　　整体稳定验算：由于主体支护布置一致，两种方法整体稳定系数相同。

 

　　桩底抗隆起验算：由于主体支护布置一致，两种方法整体稳定系数相同。

 

　　坑底抗隆起验算：撑杆方案安全系数4.85、锚杆方案安全系数4.72，两者基本接近且均满足规范要求。

 

　　抗倾覆验算撑杆方案安全系数123.13、锚杆方案安全系数110.17，两者基本接近且均满足规范要求。

 

　　围护结构变形及内力：撑杆与锚杆方案桩基最大水平变形位置不同，但数值均为4.7mm（完全满足规范要求）。排桩桩基按照构造要求配筋。

 

　　撑杆或锚杆受力性能：安全可靠。

 

　　经济性能比较：撑杆法大部分杆件按照租赁考虑。设钢管租赁费用16元/吨/天，以12m基坑节段70吨钢材用量、工期一个月，需费用约35万；而锚杆法预应力钢铰线约375元/m，12m基坑节段共需1100m，费用约40万，且必要时锚杆也可以回收重新再利用。

 

　　 由此最终采用了排桩外加水泥土桩并且配合使用预应力锚杆的支护方法。通过施工阶段观察与监测，支护结构安全可靠，且对基坑周边建筑物、构筑物影响小满足规范要求，取得了良好的使用效果。实践证明，预应力锚杆技术的应用安全可靠、切实可行，确保该隧道工程如期通车，获得更大的经济与社会效益。

 

　　预应力锚杆技术设计、施工等注意事项

 

　　 设计方面：

 

　　 预应力锚杆宜选用钢绞线、高强钢丝或高强螺纹钢筋，当预应力值较小或锚杆长度小于20m时，也可采用HPB335或HRB400钢筋；水泥应采用普通硅酸盐水泥，必要时可采用抗硫酸盐水泥，不得使用高铝水泥；细骨料应选用粒径小于2mm的中细砂；水质不得使用污水或PH值小于4的酸性水；塑料套管材料应具有足够强度，具有抗水性和化学稳定性，与水泥砂浆和防腐剂接触无不良反应；隔离架应由钢、塑料或其它对杆体无害的材料制作，不得使用木质隔离架。

 

　　 锚杆布置时，上下排锚杆垂直间距不小于2.0m，水平间距不小于1.5m；锚杆的倾斜角度宜为10～30°；锚杆的预加力宜取锚杆轴向受拉承载力设计值的0.6~0.8倍。

 

　　 施工方面：

 

　　 预应力锚杆技术按照施工工艺基本可以分为钻孔、锚杆杆体组装与安放、注浆、张拉与锁定等，各流程操作必须符合设计要求及《土层锚杆设计与施工规范》（CECS22：90）。且在锚杆施工前，宜取两根锚杆进行试验作业以考核施工工艺和施工设备的适应性。

 

　　 钻孔过程中，应防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。钻孔完毕后，用清水把孔底沉渣冲洗干净，直至孔口返出清水。

 

　　 锚杆杆体的组装与安放过程中若发现孔壁坍塌，应重新透孔、清孔，直至能顺利送入锚杆为止。

 

　　 注浆：由于不得对锚杆自由段的变形产生任何限制因此自由段不可灌浆。

 

　　 张拉与锁定：锚杆张拉前至少先施加一级荷载（1/10锚拉力），使各部紧固伏贴和杆体完全平直，保证张拉数据准确。

 

 

　　 预应力锚杆的支护方法有其特定的适用范围，对地质条件，周边环境要求较高，但其使用设备较少、工期短以及信息化设计施工，易于动态管理，保证支护的安全。

 

　　我们相信：通过不断的总结，将使预应力锚杆支护技术应用更成熟、更经济实用，将极大的提高市场竞争力。