可回收式扩大头预应力锚索施工技术

可回收式扩大头预应力锚索施工技术

李敏

中国铁路广州局集团有限公司站房建设指挥部 广东省广州市 510000

摘要：

深基坑支护工程，对于受弯式支护结构（桩墙式支护)，当采用悬臂支护形式无法满足承载力和变形要求时，需要增加水平支点，有内支撑和锚索两种方式可选择。采用内支撑形式可以有效约束桩(墙)的水平变形，但是影响地下主体结构的施工，施工工期较长，成本较高。而且内支撑拆撑繁琐，进一步增加工期，拆撑振动对周边环境也有一定的影响;采用锚索作为水平支点，可以克服内支撑形式的不足。锚索技术可与桩、墙、梁柱网格等结合使用，在宽度较大的基坑中，支护结构采用锚索与内支撑相比，经济性更好，并且可为土方机械化施工及地下室建造提供宽敞无阻的工作面，大大加快工程建设速度。但是非回收锚索在施工结束后钢绞线或钢筋遗留在周边的地下空间内，给后期周边地下工程的施工造成不利影响。而采用可回收锚索，在地下结构施工结束后回收钢绞线，可以减少周边地下空间的遗留物，不影响周边地块的后期开发利用。

关键词：预应力锚索；可回收；钢绞线；

1、引言

可回收扩大头锚索加固技术已广泛应用于建筑结构物加固、边坡治理、大型地下洞室及深基坑支护等工程。即可用于永久性加固，又可用于施工场地临时加固工程，即可单独使用又可与其他加固结构联合使用。

2、工程概况

新建广州白云站综合交通枢纽建筑总规模45.3万平米。其中站房工程14.45万平米；铁路配套地下停车库14.85万平米；地铁集散、城市换乘通道及配套工程11.7万平米；其它4.3万平米。新建白云站站房区域地下室长度约522m，宽度约318m，大致呈长方形。基坑采用地连墙+锚索围护结构的形式。一期总共有第一道锚索132道，第二道锚索132道。锚索钻孔直径Ф150，扩大头段直径Ф600，水平倾角30°，钢绞线直径17.80mm。第一道锚索中心相对标高为+1.50m，第二道锚索中心相对标高为-3.50m。每根锚索间距为2m。

3、工艺特点

（1）适用于各种场地和地形,施工作业面不大,整个加固结构轻便，占用空间小，不影响土方开挖和地下室施工，对施工场地狭小放坡困难有相邻建筑，大型护坡设备不能进场时，具有独特优越性。

（2）预应力锚索即可单独使用充分利用岩土自身强度，从而节省大量的工程材料，同时又可与其他支护结构组合使用，改善受力状态，具有显著地经济效益。

（3）预应力锚索柔性大，有良好的抗震性和延性，可以深层加固，同时能够主动控制岩体变形,调整土体受力状态,有利于岩体稳定性。

（4）对照于普通预应力锚索，扩大头预应力锚索对粘土与砂层地质理想的解决了塌孔与抗拔力不足问题。

（5）传统锚索一般要嵌入基坑周边土体数十米，往往延伸到“红线"之外，项目完成后一般就留在周边地层中，为邻近地下空间的后续开发留下了严重隐患因此，可回收预应力锚索可以在使用完后回收，有效解决地下空间污染的问题。

（6）很短的锚固段可以提供很大的抗拔力，很长的自由段可以把支护结构的拉力传递到深远的稳定地层中去，安全性好，基坑位移小。

（7）回收速度快，通过人工可快速将所有钢绞线等部件拔出回收，回收很方便，非常适合于实际工程。

4、工艺原理

高压旋喷扩大头预应力锚索是采用高压旋喷原理在扩大头一段长度范围内用高压气体及水进行切割扩孔并置换填充水泥浆而形成一个圆柱状的扩大头，扩孔过程中在孔内安装预应力锚索而形成。高压旋喷扩大头预应力锚索的抗拔力一般是普通预应力锚杆的三倍以上，广泛应用于粘性土和砂土，且非常理想的解决了砂层塌孔问题。新型可回收锚索命名为LTRA可回收锚索。由回收锚具、钢绞线、塑料管及水泥砂浆体组成。钢绞线中包括工作索及回收索,钢绞线穿越于塑料管内,与水泥砂浆体完成隔离。回收锚具于锚索端部与砂浆体粘结在一起 ,传递钢绞线的张拉力。LTRA可回收锚索结构如图1所示。

图1 LTRA可回收锚索结构示意图

LTRA 可回收锚索的工作原理是:工作索的拉力传递给回收锚具 ,再由回收锚具传到水泥砂浆体,然后传递到周围岩土层中,从而形成端部承压式锚索的受力体系。回收时,通过张拉回收索 ,使回收锚 具失去锚固作用 ,钢绞线等构件即可拔出,达到回收的目的。回收锚具是 LTRA 可回收锚索的重要组成部分结构构成图如图2所示：

图2回收锚具结构示意图

5、施工工艺流程及操作要点

5.1施工流程图如下所示：

5.2施工准备、放样

（1）施工人员熟悉施工图及各种资料，详细了解和掌握施工图内容，设计意图，做好图纸会审，技术交底工作。熟习操作规程及预应力锚索的工艺流程，了解选用设备的性能。

（2）平整场地，清除地上、地下障碍物，设定场地标高控制点，测量放好桩位。采用全站仪根据预应力锚索的里程桩号放出试验区域的控制桩，然后使用钢卷尺和麻线根据桩距传递放出预应力的桩位位置，用小竹签做好标记，并撒白灰标识，确保桩机准确就位。

（3）原材料准备：组织材料进场，进场水泥必须具备出厂合格证，并经现场取样送试验室复检合格，存放在施工现场搭建的平台上，平面尺寸20m×10m，底部架空，顶部及侧面采用油布进行防潮。

（4）施工用电及临建设施准备：保证进场临时道路畅通，施工用电采用发电机。

5.3锚索引孔

在施工前，对点位位置进行复测，对比与图纸上的偏差，锚索孔定位采用全站仪或经纬仪测量，在地连墙及冠梁上预先放置预埋套管并用沥青麻布封堵管口，确定引孔位置，埋好套管。孔位误差控制在5cm以内，倾角偏差不得大于3°（27~33°）。锚杆钻孔的深度不应小于设计长度，且不大于设计长度500mm。钻孔采用全套管护壁法，跟管钻进。

5.4扩孔

在引孔完成后，采用高压水泥浆喷射扩孔，当喷射注浆管贯入错孔中，喷嘴达到设计扩大头位置时，可按设计规定的工艺参数进行高压喷射扩孔。喷管应均匀旋转、均匀提升或下沉，由上而下或由下而上进行高压喷射扩孔。喷射管分段提升或下沉的搭接长度不得小于100mm。高压喷射扩孔采用水泥浆液扩孔时，至少上下往返扩孔两遍。扩孔的高压喷射压力大于20MPa，使移动速度20cm/min，喷嘴转速10r/min，高压喷射注浆的水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1.5。

5.5编索和穿索

编索关键环节是隔离支架安装、灌浆管路铺设、钢绞线绑扎及钢绞线的去油清洗。钢绞线去皮范围的误差为：锚固段不得大于10cm，自由段不得大于1cm，洗油时将钢绞线松开，用汽油逐根清洗钢丝，干净棉纱擦净，保证钢丝洁净无油膜。

穿束采用人工辅以机械方式进行，该工序主要检查束体入孔长度，控制锚索运输过程中平面转弯半径不小于2.5m及穿束过程中束体平顺不扭转。

穿索后对止浆环进行充气检查，确认止浆环完好和进、回浆管畅通，否则需拔出进行修复。

5.6锚索安放

高压喷射扩大头锚杆扩孔完成后，应立即取出喷管并将锚杆杆体放入锚孔到设计深度。采用套管护壁钻孔时，在杆体放入钻孔到设计深度后再将套管拔出。

5.7锚索锚固段灌浆

在锚索注浆前做好锚索的防绣、防腐蚀处理，处理应该满足设计规范提出的各项技术要求。

（1）锚索锚固段注浆材料系现场配制。锚固段注浆材料采用纯水泥浆，水泥浆采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.55，水泥用量为55Kg/m，注浆体强度不低于30MPa，为加速其凝固，可添加适量早强剂或者膨胀剂；采用复式注浆（二次以上)工艺，注浆材料采P.O42.5普通硅酸盐水泥统浆，一次注浆压加1.0MPa，二次注浆压2.0MPa。止浆标准：当浆压达1.0MPa，灌浆量0.5L/min，稳压15min。

（2）进行二次压力注浆，注浆管应在预应力锚索末端La/3(La为预应力锚索锚固段长度)范围内设置注浆孔，孔间距取500mm，每个注浆截面的注浆孔取2个；二次注浆管应固定在锚索杆体上，注浆管的出浆口应有上构造；二次压力注浆应在水泥浆初凝后、终凝前进行，终止注浆的压力不应小1.5MPa。

（3）二次注浆管应固定在错索杆体上注浆管的出浆口应有逆止构造；采用套管护壁成孔。注浆应采用将注浆管插至孔底、由孔底注浆方式，且注浆管端部至孔底的距离不大于200m；注浆及拔管时，注浆管出浆口应始终星入注浆液面内，应在新鲜浆液从孔口溢出后停止注浆；注浆后、当浆液液面下降时应进行补浆。

（4）灌浆过程控制：

a、锚固段灌浆，保证注浆压力

b、灌浆结束标准，主要以灌浆量大于理论耗浆量，回浆比重不小于进浆比重，且孔内不再耗浆为控制依据；

c、灌浆过程中对耗浆量、止浆环气囊压力及回浆压力等诸项数据进行仔细的检查，若耗浆量过大、气压或回浆压力偏小，判断可能存在止浆环失效、地质缺陷、裂隙漏浆等异常情况，则必须作进一步的分析检查。止浆环失效则将索体拔出修复、裂隙窜浆及地质缺陷处理方法包括：固灌扫孔、孔道加深等。

5.8试块留置

注浆体强度检验用的试块每30根锚索不应少于一组，每组不应少于6个试块。

5.9预应力锚索张拉

（1）张拉工序包括：0荷载→张拉力初值(10%σcon)→量测伸长初值→张拉控制力σcon→持荷2min→量测伸长终值→锚固锁定。

（2）稳压持荷时间：分级稳压5min，最后一级稳压不少于10min锁定。

张拉是预应力锚索施工的关键工序，张拉吨位以张拉力控制为主，采用张拉力与伸长值同时控制的双控标准{伸长量=张拉力*预应力筋长度/(预应力筋面积*预应力筋弹性模量)}，当锚杆固结体的强度及冠梁混凝土强度达到设计强度的75%后，方可进行锚杆的张拉，锚索锁定前先张拉至设计拉力的1.1倍进行检验，保持5min检验合格后卸荷至锁定荷载进行锁定。

5.10锚索回收

待主体结构完工后，对锚固端用千斤顶进行卸力后，在进行锚索回收。

6、结语

除外套筒外，其余部件及所有钢绞线均可回收，回收部件都能重复使用。钢绞线回收后，可根据钢绞线的保护状态，再次重复使用。故与其他可回收锚索技术相比，使用成本更低，经济效益明显。

参考文献：

[1].新建广州白云站实施性施工组织设计

[2].建筑施工手册第五版

[3].魏军 张毅毅 杨鑫 可回收预应力锚索施工技术 山西建筑 1009-6825 (2017)29-0071-02