7、预应力锚索（筋）施工工艺工法

预应力锚索（筋）施工工艺工法1 前言1.1工艺工法概况预应力锚索是基坑围护结构的加固体系；是临时结构，与钢支撑的作用，空腔部分可以不注浆，变形过大时需要重新张拉；适用范围无止水帷幕要求的，否则需要采取降水措施。（钻孔桩、钢板桩围护结构）预应力锚固技术自20世纪60年代开始引入我国以来，已在水电等行业广泛应用。后来经过改进，内锚固段采用灌浆(水泥浆或水泥砂浆)，施工方便，锚固力大。预应力锚索的孔深已达到80m以上，锚固对象已从岩体扩展到土层和堆积体。预应力锚索的结构形式和施工工艺也不断推陈出新，产生了无粘结预应力锚索、压力型内锚头、单孔多锚头等技术和工艺。1.2工艺原理预应力锚索在深基坑开挖支撑防护体系中应用广泛。锚固段内锚索荷载依靠锚固段预应力钢绞线与浆体相接触界面上的粘结应力,由锚固段渐进式的往下传递,荷载作用时在锚固段上部浆体中拉应力集中,并沿深度方向衰减。在预应力锚索中设置一定长度的自由段,岩体对锚固段的锚固力通过自由段传递到腰梁及防护桩上并实现受力平衡。粘结式锚索用于支撑体系一方面由于预应力作用,使钻孔桩与锚固段间的土体结构呈密实压缩状态,保持挡护土体的整体性,另一方面由于锚索施加的预应力作用改变了破裂面土体的应力状态,从而保证开挖基坑边坡土体的自稳能力2 工艺工法特点2.1浆体受压，加大了被锚固体的受压范围，使锚固体和被锚固体能够提供更高更稳定的锚固力拉力，因而对软弱地层适应性强。2.2杆体采用无粘结钢绞线，具有很高的防腐蚀性能，减少了普通钢绞线施工时涂油工作，节省了人力，减少了对环境的污染，并可进行二次补偿张拉，有效的延长了锚固体的寿命。2.3安装锚索后可一次性全孔注浆，简化了注浆工序。2.4可以最大限度的减少破碎岩体的挖方刷坡，以较小的投入即可以达到理想的加固效果，成本低，效益高，在深基坑加固中较其它加固类型可以节约投资20%左右。3 适用范围多适用于围岩类型好的地层、有空间要求及无法架设内支撑的深基坑，无止水要求围护结构的基坑4 主要引用标准4.1地铁设计规范（GB50157）4.2建筑基坑工程技术规范(YB9258)4.3建筑基坑支护技术规程（JGJ120）4.4建筑机械技术使用安全技术规范（JGJ33）4.5建筑工程施工现场供用电安全规范（BG50104）4.6建筑钢结构荷载规范（GB50009）4.7建筑钢结构焊结技术规程(JGJ81)4.8锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086）4.9岩土锚杆（索）技术规程（CESS 22）5 施工方法预应力锚索施工与基坑土方开挖是深基坑施工密不可分的两道关键工序，预应力锚索施工极具时间性和协调性，锚索打设的时间、位置及预加力的大小直接关系到深基坑稳定的成败。锚索打设必须严格满足设计工况要求。5.1钢绞线、腰梁的加工制作过程5.1.1钢绞线的根数，长度，自由端的设置等必须符合设计要求。 5.1.2腰梁的加工必须参照设计图纸进行加工，焊缝质量须符合相关设计要求。5.2预应力锚索施工方法 5.2.1按照设计图纸土方开挖至设计标高后，立即放出孔位位置及相应标高线。 5.2.2将钻机固定好，调好相应角度进行钻孔施工。 5.2.3钻孔达到设计深度后，拔出钻杆，将预先制作好的锚索放入孔内。5.2.4待锚索安放至预设位置后，进行注浆。5.2.5待浆液强度达到设计要求时，进行腰梁安装，固定，相邻腰梁要通过焊接在一起使整个腰梁连成一体，共同受力。5.2.6腰梁安装到位后，进行张拉，锚定，封锚等相关工作。6 工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程图1 施工工艺流程图6.2操作要点6.2.1施工准备在施工锚索前应先开挖掉基坑表面的部分土方提供钻孔作业面。土方开挖前应查明地下管线情况，及时进行管线的改移工作。还要事先人工挖出探沟确保机械开挖不伤害未废弃的管线。开挖采用挖掘机配合运土车进行，保证开挖土方能及时外运，确保施工场地其他机械的正常施工。开挖的边坡应人工进行刷坡，保证边坡的稳定。用全站仪进行孔位的放样。首先应按照设计放出孔口中心，然后按照设计角度延长到基坑边坡表面。在钻孔前应引出孔位的护桩，以便于钻机就位后确定孔心。6.2.2施工步骤1.钻孔1）钻孔是锚索施工中控制工期的关键工序。为确保钻孔效率和保证钻孔质量，采用螺旋杆式钻机。钻机钻孔时，按锚索设计长度将钻孔所需钻杆摆放整齐，钻杆用完，孔深也恰好到位。钻孔深度要超出锚索设计长度0.5m左右。钻孔结束，逐根拔出钻杆和钻具，将冲击器清洗好备用。用一根聚乙烯管复核孔深，并以高压风吹孔，待孔内粉尘吹干净，且孔深不少于锚索设计长度时，拔出聚乙烯管，塞好孔口。2）两种特殊情况的处理：渗水的处理。在钻孔过程中或钻孔结束后吹孔时，从孔中吹出的都是一些小石粒和灰色或黄色团粒而无粉尘，说明孔内有渗水，岩粉多贴附于孔壁，这时，若孔深已够，则注入清水，以高压风吹净，直至吹出清水；若孔深不够，虽冲击器工作，仍有进尺，也必须立即停钻，拔出钻具，洗孔后再继续钻进，如此循环，直至结束。有时孔内渗水量大，有积水，吹出的是泥浆和碎石，这种情况岩粉不会糊住孔壁，应拔出钻具进行压力注浆。塌孔、卡钻的处理。当钻孔穿越强风化岩层或岩体破碎带时，往往发生塌孔。塌孔的主要标志是从孔中吹出黄色岩粉，夹杂一些原状的（非钻头碎的、非新鲜的、无光泽的）石块，这时，不管钻进深度如何，都要立即停止钻进，拔出钻具，进行固壁注浆，注浆压力采用0.4 MPa，浆液为水泥砂浆和水玻璃的混合液，24小时后重新钻孔。2.锚孔清理检验1）钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻12分钟，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，使用高压空气（风压0.20.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。除相对坚硬完整之岩体锚固外，不得采用高压水冲洗。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安锚筋与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。如果设计要求处理锚孔内部积聚水体，一般采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。2）成孔结束后，须经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径、钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存明显飞溅尘碴及水体现象。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔检验合格。3.锚索制作与安装1）锚索采用1860级高强钢绞线。应采用切割机进行钢绞线的切割，切不可采用电、气焊切割。钢绞线的下料场地长度应不小于锚索的长度。钢绞线放直过程应有一定的保护措施，防止钢绞线弹出伤人。钢绞线的下料长度为：锚索长度锚具厚度+千斤顶工作长度。对于钢绞线的锚固段，应事先进行除油处理以保证钢绞线与浆液间的粘结强度。2）锚索安放前应检查锚索质量，规格，长度，满足设计要求后方可进行安装。为防止钢绞线端部插入孔壁，施工前应将钢绞线端头设置挡土板。为保证钢绞线在孔位中心，应每隔两米设置一道定位器。在放入锚索前，用PVC软管包裹钢绞线自由段，并在锚固段和非锚固段之间设置堵浆器，以防止注浆后浆液粘结自由段，从而保证非锚固段的自由伸长。3）穿束的同时，应将注浆管连同钢绞线一同放入孔内。由于采用二次注浆，应预埋2根注浆管。第一根注浆管端头距离孔底50cm左右，应用胶布封堵，以防安放时土体进入管内。注浆时，边灌边拔第一根注浆管。第一次的注浆量采用测量与注浆量相互校核的办法，确保注浆范围不低于锚固段长度，也不要进入自由段过多。二次注浆用的注浆管应在锚固段范围内，每隔两米做一米长的花管，花管孔眼为8mm，以便于浆液的分散。4）锚索体放入钻孔前，应确保索体组装满足设计要求；注浆管随锚索一同放入钻孔，注浆管头部距孔底为50100mm，索体放入角度与钻孔角度保持一致；索体插入孔内的深度不小于锚索长度的95%，索体安放后不得随意敲击。 图2 锚索示意图4注浆1）注浆采用专用的注浆泵，注浆泵的压力表应经过校核，读数能正确反映注浆压力。注浆所用浆液应严格按照配合比现场搅拌。浆液随办随用，严禁使用放置时间过长的浆液。第一次常压灌浆，注浆压力为0.5Mpa。注浆数量采用孔深量测与计算理论注浆量双控制。首次注浆以封闭锚固段且侵入自由段长度小于1米为宜。灌浆后应用高压风疏通注浆管，保证第二次注浆时不堵管。2）待第一次灌浆初凝24h后，可进行二次注浆。二次注浆的注浆压力宜为2.0Mpa。利用高压注浆的劈裂作用，使锚固体的直径变大，增加了土中的径向压应力，同时使锚固体获得粗糙的表面，从而提高锚杆与土体间的粘结力，提高锚杆的承载力。3）注浆时应排专人观察降水井的情况，第一排注浆时还应注意地面的变化情况，如有异常情况应立即停止作业，查明原因并采取相应措施。5锚索的张拉1）锚具由锚环、夹片和承压板组成，应具有补偿张拉和松弛的功能。张拉采用穿心式千斤顶进行，在使用前千斤顶和油泵均需经过校验合格方准使用。张拉采用伸长量与张拉力双控制，以保证张拉的准确性。锚体张拉,分两次进行，第一次张拉按五级张拉(即设计吨位的25%、50%、75%、100%、110%五级)，后一级为10分钟，然后进行锁定，锁定轴力为锚索轴力设计值的0.8倍。第一次张拉后610天根据监测信息，如预应力明显损失时，应再进行一次补偿张拉,以便补偿锚索的松弛和地层的蠕变等因素造成的预应力损失。2）张拉作业应在锚固体达到80%设计强度后进行。张拉前应对张拉设备进行标定,作为张拉的依据,并在正式张拉前用10%或20%的设计拉力进行张拉,以便锚索各部位接触紧密, 索体完全顺直。锚索张拉时,对地表面加强观测,以免土体胀起。张拉时必须有施工技术人员在场，并作好张拉记录，保证张拉质量。在张拉完成后，需要对自由段进行补浆，保证自由段的钢绞线受到水泥浆的防腐保护，同时填充周围土体。7 劳动力组织锚索施工工序较多，包含测量定位、成孔、锚索制作安装、腰梁制作安装、注浆、张拉等工序，合理组织劳力起着至关重要的作用。为了保证每天的施工进度，需配备如下劳动力： 表2 劳动力配置表序号工序人数备注1锚索制作、安装10钢绞线下料、锚索制作、倒运、安装2钻孔、锚索注浆8钻机定位、成孔、封堵、一次注浆、二次注浆3腰梁加工及安装20下料、加工、安装4锚索张拉4张拉、锁定5电工3现场用电设施的使用及维护6测量人员6基坑监测、锚索定位7安全员2负责现场全面安全工作8文明施工班6现场卫生8 主要机具设备 表3 主要机具设备9 质量控制9.1各工序质量控制要点9.1.1锚索施工质量控制的重要环节是控制孔斜，孔斜误差不得大于孔深的2%，深度偏差在10cm以内，锚孔孔径不小于150mm。9.1.2锚索钢绞线必