浅谈佛山妇女儿童医院基坑工程可回收锚索施工质量控制

浅谈佛山妇女儿童医院基坑工程可回收锚索施工质量控制

李杰

第三工程项目管理公司510000

摘要：近年来，可回收锚索在工程中得到广泛应用，新材料、新工艺不断出现。可回收锚索可应用于基坑、边坡临时性支护。当支护功能失效后，锚索可回收重复使用，避免了锚索长期占用地下空间而造成地下环境污染及将来相邻场地开发处理费用问题。

关键词：可回收锚索；支护结构；质量控制

锚索加固支护是建筑基坑的一种重要支护方式，多用于安全等级要求较高或者工程规模较大的基坑工程。由于常用普通锚索长期埋于地下造成严重的地下污染，并且留下的钢绞线成为后续工程施工的地下障碍物，对相邻地块的桩基施工、基坑开挖、周围市政施工、地铁施工和城市长远规划造成严重影响，故在国内许多地方使用受到限制，而可回收锚索的运用则是更加广泛。

1工程概况

佛山新城妇女儿童医院位于佛山新城，由于工程结构图纸尚不明确，基坑开挖深度暂定按11.40m考虑；标高±0.00相当于绝对标高5.00m，现场地面平整至绝对标高3.20m，基坑底标高暂定按绝对标高-8.20m考虑；电梯井深暂按3.5m深考虑。

支护形式采用旋挖灌注桩+预应力锚索，共分8个支护区段，每隔区段分别有2~4道锚索，共有预应力锚索744条，约38305m。本工程锚索采用扩大头锚索，锚索成孔孔径为150mm，采用7Φ5钢绞线，锚索倾角为35°~40°。根据各区段受力的不同分别采用4~6索钢绞线。设计锁定值为460~920KN。灌注锚索浆液采用水泥浆，要求采用42.5R普通硅酸盐水泥配浆，水灰比为0.45~0.6，浆体强度要求不低于15MPa。

2可回收锚索施工准备工作

2.1土层锚索的结构类型

土层锚索一般由锚头、自由段和锚固段三部分组成，其中锚固段用水泥浆将锚索体(预应力筋)与岩层粘结在一起形成锚索的锚固体。

本工程采用压力型锚索，其主要特点是：通过锚固段孔底端部的承压板或挤压套的作用，将锚固段注浆体由受拉改变为受压，因此改善了锚固段的受力情况，有利于防止锚固段因拉力过大而开裂，从而加强了预应力锚索的防护。压力型锚索结构示意图如下。

2.2土层锚索的原材料要求

锚索的钢材分粗钢筋，钢管及钢铰线，统称钢铰线，一般要求材料强度高。在钢铰线全长分自由段与锚固段，自由段的钢铰线套塑料管以保证张拉时钢铰线能自由伸长。锚固段内要求灌浆或压力灌浆密实，与钢铰线有足够的握裹力。

本项目的锚索体为4～7索，采用承载力较高高的钢丝束或钢绞线。钢绞线进场时检查其出厂合格证及进行见证取样送检，取得试验合格报告。

注浆采用42.5R普通硅酸盐水泥，水泥的抗折强度、抗压强度、细度、凝结时间、安定性和标准稠度用水量等物理性能必须满足设计文件和规范要求。

锚具和联接锚索锚索体的受力部件，均应能承受95%的锚索体极限抗拉力。隔离架应由钢、塑料或其他对锚索体无害的材料组成，不得使用木质隔离架。

塑料套管材料应满足以下要求：具有足够的强度，保证其在加工和安装过程中不致损坏；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。

图1压力型锚索构造示意图

2.3试验锚索施工

为了确保锚索施工质量，施工现场现做试验锚索，通过试验锚索张拉检测是否满足设计要求。现场选定在5-5剖面施工了三条锚索，三条锚索施工型号分别是4x7φ5，5x7φ5，6x7φ5。锚索体长度按设计要求达到57米且入岩深度不少于8米要求，锚索注浆采用水灰比为0.45~0.5的纯水泥浆按设计要求进行了注浆和二次高压灌浆。

锚索施工前，审查施工单位施工人员资质、技术交底及安全教育情况。锚索施工的机械设备经报审合格，钢绞线、锚具和夹片、水泥等材料经见证取样送检达到合格标准。锚索试验前，对锚索加载装置千斤顶和压力表进行标定，结果符合要求。

通过试验结果显示，锁定荷载张拉强度能满足设计要求。

破坏性试验：单条锚索用千斤顶加压至压力表读数12.5MPa，对应张拉荷载为231kN时被破坏，锚索破坏之后可回收。

3可回收锚索施工过程的质量监控

锚索施工基本程序为：钻孔→锚索体安放→注浆→张拉锁定→试验、检测、监测→回收

3.1钻孔

钻孔前，根据设计要求和土层条件，定出孔位，作出标记。钻孔要保证位置正确，要随时注意调整好锚孔位置(上下左右及角度)，防止高低参差不齐和相互交错。锚索水平方向孔距误差不应大于50mm，垂直方向孔距误差不应大于100mm。钻孔底部的偏斜尺寸不应大于锚索长度的3%，可用钻孔测斜仪控制钻孔方向。锚索孔深不应小于设计长度，也不宜大于设计长度的1%。钻进后要反复提插孔内钻杆，并用水冲洗孔底沉渣直至出清水，再接下节钻杆；遇有粗砂、砂卵石土层，在钻杆钻至最后一节时，应比要求深度多50cm，以防粗砂、碎卵石堵塞管子。安放锚索前，湿式钻孔应用水冲洗，直至孔口流出清水为止。

3.2锚索体制作和安放

钢绞线使用前要检查各项性能，检查有无油污、锈蚀、缺股断丝等情况；如有不合格的，应进行更换或处理。断好的钢绞线长度要基本一致，偏差不得大于5cm。端部要用铁丝绑扎牢，不得参差不齐或散架。干作业要另焊一个锥形导向帽；钢绞线束外留量应从挡土、结构物连线算起，外留1.0～1.5m。钢绞线与导向架要绑扎牢固，导向架间距要均匀，一般为2m左右。注浆管使用前，要检查有无破裂堵塞，接口处要处理牢固，防止压力加大时开裂跑浆。

锚索应由专人制作，要求顺直。钢铰线或高强钢丝应除油污、除锈，严格按设计尺寸下料，每股长度误差不大于50mm。钢铰线或高强钢丝应按一定规律平直排列，沿锚索体轴线方向每隔1.0～1.5m设置一个隔离架，锚索体的保护层不应小于2.0cm，预应力筋(包括排气管)应捆扎牢固，捆扎材料不宜用镀锌材料。应按防腐要求进行防腐处理。

锚索体的安放应遵守下列规定：锚索体放入钻孔之前，应检查锚索体的质量，确保锚索体组装满足设计要求。安放锚索体时，应防止锚索体扭压、弯曲，注浆管宜随锚索一同放入钻孔，注浆管头部距孔底宜为50～100mm，锚索体放入角度应与钻孔角度保持一致。锚索体插入孔内深度不应小于锚索长度的95%，锚索体安放后不得随意敲击，不得悬挂重物。

3.3锚索注浆

在灌浆前将管口封闭，接上压浆管，即可进行注浆，浇注锚固体。

灌浆是土层锚索施工中的一道关键工序，必须认真进行，并作好记录。灌浆材料多用纯水泥浆。水灰比为0.45~0.6左右。水泥浆液的抗压强度应大于15MPa，塑性流动时间应在22s以下，可用时间应为30～60min。

灌浆压力，一般不得低于0.4MPa，亦不宜大于2MPa，宜采用封闭式压力灌浆和二次压力灌浆，可有效提高锚索抗拔力(20%左右)。

注浆前用水引路、润湿，检查输浆管道；注浆后及时用水清洗搅浆、压浆设备及灌浆管等。注浆后自然养护不少于7d，待强度达到设计强度等级的70%以上，始可进行张拉工艺。在灌浆体硬化之前，不能承受外力或由外力引起的锚索移动。注浆体的设计强度不应低于30MPa。

锚索注浆应遵守下列一般规定：注浆材料应根据设计要求确定，一般宜选用水灰比为0.45~0.6的纯水泥浆，必要时可加入一定量的外加剂或掺和料。注浆浆液应搅拌均匀，随搅随用，浆液应在初凝前用完，并严防石块、杂物混入浆液。注浆作业开始和中途停止较长时间，再作业时宜用水或稀水泥浆润滑注浆泵及注浆管路。孔口溢出浆液或排气管停止排气时，可停止注浆。浆体硬化后不能充满锚固体时，应进行补浆。

本项目采用二次灌浆法，用两根灌浆管，第一次灌浆用灌浆管的管端距离锚索末端50cm左右，管底出口处用黑胶布等封住，以防沉放时土进入管口。第二次灌浆用灌浆管的管端距离锚索末端100cm左右，管底出口处亦用黑胶布封位。

第一次灌浆是灌注水泥砂浆，其压力为0.3～0.5MPa，流量为100L／min。水泥砂浆在上述压力作用下冲出封口的黑胶布流向钻孔。钻孔后曾用清水洗孔，孔内可能残留有部分水和泥浆，但由于灌人的水泥砂浆相对密度较大，能够将残留在孔内的泥浆等置换出来。第一次灌浆量根据孔径和锚固段的长度而定。第一次灌浆后把灌浆管拔出，可以重复使用。

待第一次灌注的浆液初凝后，进行第二次灌浆，控制压力为2MPa左右，要稳压2min，浆液冲破第一次灌浆体，向锚固体与土的接触面之间扩散，使锚固体直径扩大，增加径向压应力。由于挤压作用，使锚固体周围的土受到压缩，孔隙比减小，含水量减少，也提高了土的内摩擦角。因此，二次灌浆法可以显著提高土层锚索的承载能力。

3.4锚索张拉和锁定

土层锚索灌浆后，待锚固体强度达到80％设计强度以上，便可对锚索进行张拉和锚固。张拉前先在支护结构上安装围檩。张拉用设备与预应力结构张拉所用者相同。

预加应力的锚索，要正确估算预应力损失。由于土层锚索与一般预应力结构不同，导致预应力损失的因素主要有：张拉时由于摩擦造成的预应力损失；锚固时由于锚具滑移造成的预应力损失；钢绞线松弛产生的预应力损失；相邻锚索施工引起的预应力损失；支护结构(板桩墙等)变形引起的预应力损失；土体蠕变引起的预应力损失；温度变化造成的预应力损失。对于预应力损失，应结合工程具体情况进行计算。

锚索的张拉应遵守下列规定：锚索张拉前，应对张拉设备进行标定。锚固体与台座混凝土强度均大于15.0MPa时，方可进行张拉。锚索张拉应按一定程序进行，锚索张拉顺序，应考虑邻近锚索的相互影响。张拉前要校核千斤顶，检验锚具硬度；清擦孔内油污、泥砂。张拉力要根据实际所需的有效张拉力和张拉力的可能松弛程度而定，一般按设计抽向力的75%～85%进行控制。

锚索张拉时，分别在锚索上、下部位安设两道工字钢或槽钢横梁，与护坡墙(桩)紧贴。张拉用穿心式千斤顶，当张拉到设计荷载时，拧紧螺母，完成锚定工作。张拉时宜先用小吨位千斤顶拉，使横梁与托架贴紧，然后再换大千斤顶进行整排锚索的正式张拉。宜采用跳拉法或往复式拉法，以保证钢绞线与横梁受力均匀。台座的承压面应平整，并与锚索的轴线方向垂直。锚索张拉至1.1～1.2Nt，土质为砂质土时保持10min，为粘性土时保持15min，然后卸荷至锁定荷载进行锁定作业。锚索锁定工作，应采用符合技术要求的锚具。锚索锁定后，若发现有明显预应力损失时，应进行补偿张拉。

3.5锚索试验、监测和检验

土层锚索的承载力尚无完善的计算方法，主要根据经验或通过试验确定，试验项目包括极限抗拔试验，性能试验和验收试验。

极限抗拔试验：应在有代表性的土层中进行，所用锚索的材料，几何尺寸，施工工艺，土的条件等应与工程实际使用的锚索条件相同。荷载加到锚索破坏为止，以求得极限承载能力，极限承载能力再除以安全系数K，即为土层锚索的允许使用荷载，对于临时性锚索，当外荷按主动土压力计算时，取K=1.5，当外荷按静止土压力计算时，K=1.33。试验设备多采用穿心式千斤顶，每次加荷值为设计荷载的20~25％，试验数量为2~3根。对垂直的土层锚索极限抗拔力，可用千斤顶按一般锚桩抗拔荷载试验方法作顶拔试验求得。

性能试验：又称抗拔试验，目的是求出锚索的荷载——变位曲线，以确定锚索验收的标准。试验一般在锚索验收之前进行，锚索承载力的抗拔试验选取总锚索数的5%进行，且不少于5根，试验值取设计值的1.1倍；锚索锁定质量应通过在锚头安装测试元件进行检测，检测数量不宜少于5%，且不少于5根；出做过验收的锚索外，其余所有锚索均应进行确认张拉，其最大确认荷载可取锚索设计值的0.8~1.0倍。所用锚索的材料，几何尺寸，构造，施工工艺应与施工的锚索相同。但荷载不加到锚索破坏。锚索加荷方式，依次为设计荷载的0.25、0.50、0.75，1.00，1.20和1.33倍。

验收试验是检验现场施工的锚索的承载能力是否达到设计要求，并对锚索的拉杆施加一定的预应力。加荷设备亦用穿心式千斤顶在原位进行。检验时的加荷方式，对临时性锚索，依次为设计荷载的0.25、0.50、0.75、1.00和1.20倍(对永久性锚索加到1.5倍)，然后卸载至设计要求荷载值，接着将锚头的螺帽紧固，此时即对锚索施加了预应力。每次加荷后要测量锚头的变位值，将结果绘成荷载—变位图，以此与性能试验的结果对照，如果验收试验的锚索的总变位置不超过性能试验的总变位量，即认为该锚索合格，否则为不合格，其承载能力要降低或采取补救措施。

锚索预应力的长期监测与控制：永久性锚索及用于重要工程的临时性锚索，应对锚索预应力变化进行长期监测。对长期临测预应力值的永久性锚索的数量不应少于锚索总数的5%，且不少于6根，本工程锚索检测数量为39根，监测时间不宜少于12个月。预应力变化值，在最初10d应每天记录一次，第11d至第30d每10d记录一次，第31d至第12个月每30d记录一次。预应力变化值不宜大于锚索设计轴向拉力值的10%，必要时可采取重复张拉或适当放松以控制预应力变化。

3.6锚索的回收

对有中心钢绞线的锚索要先把中心的钢绞线用千斤顶拔出，然后用千斤顶相继对周围的钢绞线进行加载，使之脱落固定台座，即可回收；无中心钢绞线的用千斤顶逐根把锚索拔出。

步骤一：装上支架、穿心式油压千斤顶、回收夹具及夹片等，中心处回收关键锚索不安装夹片；

步骤二：完成安装后开启千斤顶加载，使锚头有松动及约有2~3mm的浮起，然后卸载；

步骤三：在支架上安装锚头夹片的回收垫片，重复步骤一开启千斤顶加载，使锚头处的夹片脱落，千斤顶卸载，取走锚头；

步骤四：将支架取走，安装千斤顶及对中心关键回收锚索安装夹具及夹片，启动千斤顶加载将中心关键回收锚索拔出；

步骤五：中心关键回收锚索拔出后，安装千斤顶及对周边对称的两根锚索安装夹具及夹片，千斤顶加载，将其拔出；

步骤六：重复步骤五，直至将所有锚索拔出；

步骤七：对拔出的锚索进行详细检查。回收的时候需要使用15T的千斤顶。

回收注意事项：

①在设计回收锚索标高时，应了解结构楼板或梁的位置，在结构或梁上60cm为宜，当地下结构体完工，回填挡土措施与结构之间的空隙后，有利回收锚索的工作进行。②在撤除回收锚索时，先采取措施将腰梁固定在梁上，以免在完全解除锚索时掉落不利安全。

4锚索分项工程的验收

按设计图纸完工后，由建设单位、设计单位、监理单位、质监站和施工单位进行验收，并应将有关质量记录、中间验收、隐蔽验收等资料整理归档、移交，完善验收手续。

5结语

随着我国城市中地铁和高层建筑的修建，深基坑工程不断增多，预应力锚索的应用越来越多。但是作为一种临时性支护措施，锚索既造成浪费，形成建筑垃圾又侵占了地下空间，给城市地下空间的利用带来了不便。可回收锚索则可以解决这些棘手的问题，采用可回收锚索会是将来临时性支护领域的发展趋势。通过加强对可回收锚索的质量控制，可以有效的保证基坑工程的安全稳定。

参考文献

[1]《佛山新城妇女儿童医院支护设计方案》（佛山市城匠建筑设计院有限公司，2015年2月）

[2]《水工预应力锚索设计规范》（中华人民共和国水利行业标准：SL212-2012）

作者简介

李杰，男，1988.01.10，研究生，毕业于广西师范大学，工程师。2011年7月进入广州珠江工程建设监理有限公司。