一、预应力锚杆概述

 

　　预应力锚杆是由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端锚固在坚硬的岩层中，然后在另一个自由端进行张拉，从而对岩层施加压力对不稳定岩体进行锚固的方法。具有施工方便，施工速度快，施工费用低等特点。深基坑支护中，预应力锚杆一般选用钢铰线作为预应力筋，利用对其自由段预拉的弹性回缩力对支护结构施以预设的应力，使支护结构得以稳定。其在深基坑支护中的具体作用有以下几点：

 

　　（一）施加预应力实现荷载平衡

 

　　将结构中的预应力筋和锚具看作施载体将其从结构中脱离，把预应力的作用视为一相应荷载，由其于外荷载相平衡的条件，去反求预应力的大小、预应力筋的布筋及其弯曲形状等。这样，即可把结构当成是受到平衡荷载和外荷载作用的非预应力结构来计算，为支护的设计和分析提供了依据，是支护结构稳定的保证。

 

　　（二）预加应力使土体和锚固体一体化的加固作用

 

　　通过预加应力，使自由段处的土体预压，使得原来土压力方向发生了改变，阻碍了滑移面的产生，从而抵消了基坑开挖时释放的土压力，有效地控制了土体的变形；可使锚固体与土体进行协调结合，形成一体化的加固作用，提高基坑的整体稳定性。但需注意的一点是，由于预应力锚杆是在基坑自稳、土体未产生变形的基础上才产生作用的，因此，下步开挖需在锚杆张拉，施加预应力之后进行。

 

 

　　（一）预应力值的设计计算

 

　　锚杆预应力值的确定对于锚杆的应用起决定性作用，它不仅要考虑安全与经济性，而且对变形的控制尤为重要。因此，预应力锚杆在设计计算时，锚杆预应力值应满足基坑支挡结构的稳定力；在支护体系中，锚杆预应力值应由支挡结构各部位所承受的土压力(采用土钉支护时，土压力用抗拔力代替)乘以安全系数计算而来；预应力锚杆参数(锚杆长度、自由段长度、预应力筋个数、倾斜角等)应由预应力值和所勘察的土性参数结合而确定；当基坑稳定性满足各锚杆参数计算后，再对整体进行稳定计算，如满足要求，则进行下一步工作。

 

　　（二）现场试验

 

　　由于深基坑支护时，开挖后与勘察资料不尽相同，为此，在施工前应先进行现场试验，以获得完整的试验资料，如通过分级加载下锚头的位移值，了解预应力锚杆的受力变化特性；通过抗拔实验，得出锚杆的极限承载力，使其荷载比β≤0.55，以最大限度发挥预应力锚杆的锚固作用；通过试验了解预应力设计值与极限承载力的关系，从而了解支护结构的安全可靠性。

 

 

　　（一）定位与锚杆成孔

 

　　钻孔之前，按照设计标准及土层状况，确定出孔位，进行标记。其中的作业面场地应保持平坦及坚实，还要存在排水沟，场地宽要多于4m。施工作业面达到施工要求后，将钻机移至孔位，钻机进行就位之后，要平稳，对准放线定位标桩，调平机座，控制钻孔倾角，立轴、导索要一致于钻索倾角，处于同轴线之上。钻进运用的钻具，能使用地质单位运用的一般岩芯钻探具有的钻头。钻孔设备能针对土层状况选用专业地质钻机、锚索钻机，钻头不能低于13cm。按照土层状况能使用跟管钻进式锚索进行钻进，还要配设充分数量长度0．5-1.0m的短套管。钻进的时候，正确把握钻进速率及参数，避免卡钻及埋钻的孔内问题。

 

　　（二）清孔

 

　　钻孔达到设计深度后，先通过钻杆注入清水进行洗孔，直至流出清水为止，并边洗孔边提升钻杆，并立即插入锚索和灌浆。

 

　　（三）锚杆制作与安装

 

　　根据设计要求，进行预应力锚杆的制作，预应力锚杆应平直、顺直、除油除锈，并做防腐处理；对钢筋拉杆，先涂一层环氧防腐漆冷底子油，待干燥后，在涂一层环氧玻璃钢，待其固化后，再缠绕两层聚乙烯塑料薄膜；对自由段的钢绞线，使用塑料胶管进行套住，还和锚杆杆体进行封闭相连，要扎紧，便于隔离浆液以及进行张拉的时候可以自由伸长。钢绞线如涂有油脂，在固定段要仔细加以清理，以免影响与锚固体的黏结；除锈后要尽快放入钻孔并灌浆，以免再生锈。

 

　　安放锚杆杆体时，应防止杆体扭曲、压弯，注浆管宜随锚杆一同放入孔内，管端距孔底为50mm～100mm，为确保锚杆位于钻孔正中，在锚杆之上设置隔离架、定中架，杆体放入角度与钻孔倾角保持一致，安好后使杆体始终处于钻孔中心。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。安装完成，保证索体一直位于钻孔正中，立刻进行注浆。

 

　　（四）注浆

 

　　灌浆材料选用灰砂比为1∶1或1∶0.5(重量比)，水灰比0.38～0.45的水泥砂浆或是水灰比0.4～0.45的水泥净浆；水泥宜使用普通的硅酸盐水泥；水泥浆液的抗压强度要大于25MPa，塑性流动时间要在22s以下，可用时间应在30min～60min，必要时可加入一定量的外加剂或掺和剂，但要搅拌均匀，整个浇注时间须控制在≤4min。为确保锚杆注浆压力，在锚杆自由段和锚固段交接处设止浆装置。保证锚杆在孔洞中心，设置锚杆居中装置。注浆一般分为水泥浆和水泥砂浆，通常情况下掺入膨胀剂减水剂，控制浆体的强度。要确保注入密实，锚杆位于浆体中心位置，让浆体充分将锚杆包裹。

 

　　（五）张拉与锁定

 

　　锚杆张拉前应对张拉设备进行标定。张拉螺栓应与钻杆焊接牢靠，连接位置不宜靠近钢梁锚垫板，避免张拉过程中因钻杆前端顶紧锚垫板而使张拉中断。注浆体强度达到15Mpa（根据同条件试块强度）时方可张拉。预应力张拉以张拉力值单控（《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99），先施加预紧力30～50KN，确保钢梁与支护桩紧密结合；然后正式张拉至设计超张拉值，并持荷不小于3分钟。持荷结束后立即拧紧螺母，卸荷完成张拉。为避免预应力损失，必要时可以进行二次张拉。

 

　　当拉杆预应力没有明显衰减时，即可锁定锚杆；为避免张拉值过小，预应力作用无法发挥，或是张拉值过大，预应力受伤，则张拉值应控制在设计值的110%左右，以考虑锁定时夹片回缩力损失，张拉锁定的有效应力基本与设计值相等。锚杆锁定后，若发现有明显预应力损失时，应进行补偿张拉。

 

　　四、深基坑支护中预应力锚杆施工注意事项

 

　　（一）锚杆施工要求在土体中形成一般为2m左右高的路堑。因此，土体必须有一定程度的天然“粘结”和胶结，否则就需要进行掏槽、护道或减少路堑开挖层高度以稳定开挖面，这就增加了施工的复杂性和施工费用。

 

　　（二）锚杆的非锚固段及锚头部分要及时做防腐处理，永久性锚杆必须进行双层防腐，即涂以沥青等防腐材料后须再采用混凝土密封；临时性锚杆宜采用沥青进行简单防腐。

 

　　（三）张拉设备应牢靠，锚杆各条钢筋的连接要牢靠，以防止张拉时发生脱扣现象；应检查高压灌浆管的畅通，以防止塞泵、塞管，甚至于管爆裂伤人。

 

　　（四）预应力锚杆在每个施工面完成后，应进行4～6天的养护期，再进入下一层施工面。不能超速超挖，然后用槽钢将钢筋锚杆锁定后再施加预应力，这样才能有效发挥预应力锚杆的支护作用。

 

　　（五）地下水位标高位于锚杆之上，必须先要进行降水，待达到要求后方可施工。

 

　　总结：预应力锚杆支护的构造方法能最为有效的发挥现场监控和信息化施工的特点，可以根据现场挖掘和成孔过程中发现的土体实际情况与监控量测数据及时进行反馈设计并调整支护的参数和施工方案。由于土体状况多变并难以准确预测，预应力锚杆支护应该比钢管土钉墙支护具有更高的安全性及可靠性。