锚索预应力张拉值与监测值差异原因分析

锚索预应力张拉值与监测值差异原因分析

罗雨,陈锐,李艳芳,廖燕

中建四局第一建设有限公司，广东 广州 510800

摘要：本文根据现场实际施工情况，通过全方位的角度，从施工机具、锚固材料、监测仪器、锁定方法、锁定时长等多方面进行试验，对预应力锚索施工值与监测值存在较大差异进行探索分析，找出差异原因，为后续锚索施工及张拉锁定提供更为良好的施工工艺技术及方法。

关键词：深基坑；应力监测计；差异值原因

引言

随着建设工程工艺技术的愈发成熟，预应力锚索加固岩土体的技术，已广泛应用于基坑是公共的各个领域。但由于施工机具、材料、天气、环境、温度湿度、施工工艺方法及施工质量的不同，往往会导致在锚索施工中经常会出现预应力损失的情况，且受锚索施工队伍的施工工艺和专业素质的影响，造成预应力锚索力值远远小于设计要求的力值，将导致锚索的锚固功能减弱或失效，给工程带来极大的危害和影响。

1.工程概述

1.1、锚索设计概况

本基坑支护系统为临时结构，自开挖之日起有效期为一年，基坑安全等级为二级，重要系数为1.0。基坑周边环境为北侧和东侧均为农田，南面距离4.1m有水渠、19.6m有砼路面，24.6m有重要管线（污水），且南侧靠近学校，西侧距离基坑约8m有2层天然基础的民房，距离约7.4m有重要污水管线。

基坑周长约330m，占地面积约5500m2，基坑开挖深度为8.35米，塔楼区域范围内约为9.3m；基坑采用“三轴搅拌桩+H型钢+预应力锚索”和放坡的支护形式，止水帷幕采用三轴搅拌桩和深层水泥土搅拌桩止水。

本基坑分为9个区段，其中C区、C1区、C2区、F区段采用预应力锚索，锚索共计1道，采用3束7φ5钢绞线（公称直径S15.2），钢绞线强度设计值为1320Mpa。锚索成孔φ为150，倾角为30度，长度L=25m，自由段长度Lf=5m。锚索杆体采用高强低松弛钢绞线，锚索孔内采用42.5R普通硅酸盐水泥，按水灰比0.5配置的水泥浆注浆，注浆压力为0.5~1.0Mpa，孔内采用止浆袋进行封孔。

1.2、锚索施工工艺

锚索施工工艺主要如下所示：定位→钻孔→锚索制作、安装→第一次注浆→第二次注浆→钢筋混凝土腰梁施工→锚索张拉锁定→封孔注浆→外部防护

锚索抗拔承载力检测值按照广东省标准《建筑地基基础检测规范（DBJ/T 15-60-2019）》，支护锚杆验收试验的最大试验荷载取设计值的1.1倍。

表1 锚索抗拔承载力监测值说明

2.引出问题及试验分析：

2.1、发现问题

2021年1月19日，项目管理人员在巡场时于基坑南侧C区、C2区部分区段发现裂缝（后续所有试验和文本内容均围绕此两个区域进行说明），裂缝宽度约为10mm，同日下午，通知由业主单位委托的第三方监测单位进行监测（同时现场安排进行裂缝封堵工作），数据如下所示：

表2 南侧C区、C2区锚索监测值表1

2021年1月26日，经第三方监测单位持续加密监测，数据如下所示：

表3 南侧C区、C2区锚索监测值表2

由于施工现场出现了裂缝，且在基坑底部变形与位移监测中均表明基坑存在位移，而结合监测数据显示，现场实测预应力监测值与设计图纸要求的锁定荷载（300KN）有较大差异，最小值仅为设计要求的44.2％。

由于基坑支护结构中锚索应力对基坑安全的重要性，且现场已经出现了裂纹，故找出监测值与锚索张拉锁定值出现差异的原因就显得极为重要。

2.2、试验分析

2.2.1、以张拉锁定荷载作第一次试验

通过监测结果的分析，造成监测应力与锁定值应力存在较大差异的因素，我们首先判断是否在锚索张拉锁定过程中未满足设计要求，导致差异性较大。

为防止施工过程中施工作业人员对施工记录做造假处理，确保工程数据的真实性。我们的第一次试验在监理、业主以及第三方监测单位的见证下进行。计划先对MS4~MS6的3个监测点进行锚索二次张拉锁定试验，在试验过程中，为保证每级张拉过程中能满足规范要求，分为由监理和业主代表人员在旁进行监督，在液压表稳定5分钟，且达到设计要求的锁定值后，再对应力计读数进行第一次读数，如下所示：

表4 锁定值第一次读数

（第一次试验）

在张拉锁定后达到规范要求的时间后，再对监测点位进行第二次读数，相关数据如下所示：

表5 锁定值第二次读数

（第一次试验）

从两张表的数据中显示，重新张拉后的锚索预应力读数仍与设计值有较大的差异，但与原始监测的数据相差较为小。根据此次结果判断，现场第一次张拉及施工数据正常，不存在数据造假的情况。

2.2.2、以液压千斤顶、油表、读数仪、应力监测计作为第二次试验

经过第一次试验之后，我们对试验使用的液压千斤顶、油表、读数仪和应力监测计的准确性做了怀疑，但由于设备进场的时效性，我们无法保证在较短的时间内再组织液压千斤顶、油表、读数仪等设备的再次进场；而为了证明仪器的准备性是否对现场施工及监测造成了影响，我们做了如下的试验：

①从预应力监测仪器方面考虑

在经过与第三方监测单位的协商，其同意采用其公司不同型号的其他监测仪器进行现场监测。在采用其他监测仪器进行监测时，我们采取了对同个监测点通过使用不同监测仪器采取数据的方式，再对比数据，试验结果如下所示：

表6 不同仪器监测数据表

通过上表的数据可知，在对同一个监测点采用了三个不同的仪器，最后得出的监测数据相差并不大，故可以排除是监测仪器的影响。

②从液压千斤顶、油表仪器等方面考虑

由于现场的局限性以及找出问题原因的时限性，我们无法保证在短时间内找到一台崭新的并且经过检定的仪器进场。经过讨论后，计划采取施工时原有的液压千斤顶及油表仪器，具体试验如下：

由于第一条试验我们已经推翻了是监测仪器造成的影响，故本次试验我们挑选其中一台新型仪器且在短时间之内经过检定的仪器，通过采取预张拉的方式进行判断。首先我们将监测点位的锚索进行解锁，再用监测仪器做初始应力监测值，再由液压千斤顶进行分段分级加压（加压过程中均使仪器保持稳定5分钟以上再进行监测），同时立即用监测仪器进行数据监测，如监测的应力值能达到液压油表的值，则证明施工过程中采用的仪器正常。

本项目锚索施工的液压千斤顶仪器于2021年1月11日送往广州市华大金力工程技术检测有限公司进行标定检测，仪器型号为YCW100B-200型，制造厂家为柳州市达姆预应力机械有限公司，油表仪器编号为C200909963、C200808262，校准值均符合规范技术要求。

本次监测的数据如下所示：

表7 分级预张拉监测数据表

通过监测数据显示，在预张拉过程中，液压千斤顶仪器与应力监测计仪器数据显示相差较小，由此证明施工过程中液压表仪器属于正常工作状态。

在以施工仪器作为第二次试验过程中，发现液压表读数仍与预应力监测仪器存在较大差异（差异仍与第一次监测的数据相差较小），故排除施工过程中仪器及监测仪器的故障这条原因。

2.2.3、以锚具、预应力监测环作为第三次试验

排除掉前两次试验，在设计单位的疑问及建议下，我们对该批次的锚具以及监测单位的预应力监测环质量做了怀疑。

而由于现场锚索施工前，均在监理、业主单位相关人员的见证下进行了原材料的送检工作，试验结果显示均为合格。

虽然原材料合格，但也不能保证在锚索制作及张拉锁定时不对原材料进行破坏，为此我们开展了第三次试验。

①由施工单位再次采购新的锚具，对已施工完成的锚索进行解锁处理，在重新进行张拉锁定，由此来判断是否由于锚具破坏的原因导致，数据如下：

表8 更换锚具后的应力监测数据

从监测数据显示，数据仍存在较大差异，故排除索具破坏原因。

②由监测单位更换新的预应力监测环，操作同上述所示，数据如下：

表9 更换应力监测环后的监测数据

从两次数据显示，本次试验读数与原监测读数值接近。在更换了锚具以及预应力监测环后，监测数值仍得不到改善，无法达到设计要求的值。故表示锚具、预应力监测环不是造成差异的主要因素。

2.2.4、以限位板和工具锚对比作为第四次试验

在连续进行三次试验之后，监测单位技术负责人在参观现场施工工艺和试验的同时，提出本项目锚索锁定时是按传统模式，即采用工具锚的方式进行锁定，并未采用限位板进行锁定，可能将对试验结果及预应力值的损失过大造成影响。

故本次试验对比采用“锚垫板+锚具（带夹片）+限位板+千斤顶”和“锚垫板+工作锚（带夹片）+工具锚+千斤顶”两种施工工艺来比较其差异性。

图1 限位板锚索张拉施工工艺

图2 限位板大样

由于此前已采用工具锚的方式进行张拉，故本次仅对安装限位板的工艺进行试验。而根据以往工程施工经验和翻阅相关资料可知，不同凹槽深度规格的限位板在工地现场的适用度不同，本工程400KN的锚索一般采用6mm深度凹槽的限位板即可使用。

本次试验仍按照设计及规范要求进行分级张拉，每次保证在液压千斤顶读数稳定在5分钟以上时方可进行数据监测，试验数据如下所示：

表10 采用限位板进行张拉结果

   根据本次试验数据分析，施加至设计要求的最大拉力值时，锁定后锚索监测应力值最大为157.52KN，与设计要求的应力值相差142.48KN，但仍只能达到设计要求的47.4％，但仍无法满足设计要求值。故说明限位板的安装与否，对本工程的影响较小，不作为差异值较大的原因。

2.2.5、以锚索张拉锁定的最大值作为第五次试验

在进行了四次试验之后，试验陷入僵局，在对施工材料、施工机具、检测仪器、设备、施工工艺进行一一排除影响后，仍无法找到应力值与张拉值之间的差异。

为更确切的找到原因，在几方单位的讨论下，计划进行破坏试验。由于截至到目前的试验为止，锚索在卸压后基本会损失40％~50％，我们做出了大胆的猜想及实测，由于锚索始终会损失大量的应力值，故我们挑选了一处在施工过程中已入岩的锚索进行破坏性试验，采用液压千斤顶将锚索预应力施加在锚索的破坏值左右进行锁定。经过几次试验的分析计算，得出锚索的破坏值约在495KN左右，故在试验前，我们通过液压千斤顶分级加压，将液压表至施加在480KN左右时进行锁定，稳定后再进行检测，得出的数据如下：

表11 进行破坏实验的监测结果

通过两次监测的试验数据可知，锚索预应力监测值已有所提高，两次监测的结果基本能达到设计要求强度的81.2％和84.3％，但与设计要求值仍存在11.8％~15.7％的差异。

3.结论：

一、由于测力计与千斤顶液压表本身属于两个工作系统，由于检定及施工监测过程中的误差，同样也将导致锚索张拉值与监测值之间存在差异，但此种差异较小，如差异过大，应再根据实际情况分析具体原因。而实际工程中，预应力监测计是作为监测预应力锚索所有应力的变化情况，实际施工时仍以根据液压表张拉记录作为施工依据。

二、规范锚索施工工艺（张拉过程中安装限位板）具有一定的实际操作意义，规范的施工工艺会使锚索在发生预应力损失时的变化较小。

三、锚索及冠梁施工过程中，应注意避免对锚索造成破坏。对此，可采用全跟管施工，即不仅在圆砾层及砂层锚索施工时采用套钢管施工工艺，在粉质黏土层、风化层均采用全跟管施工，保证锚索施工质量；也可采用预埋锚垫钢板施工，即将锚垫板预埋在冠梁中与冠梁同时成型，避免了因冠梁胀模、麻面等原因引起的接触面不平导致的不均匀受力。

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