土層預(yù)應(yīng)力錨桿施工難點及對策

土層預(yù)應(yīng)力錨桿（以下簡稱錨桿）以其造價低廉，利于縮短工期，工藝成熟，質(zhì)量可靠等優(yōu)點已廣泛運用于基坑支護、邊坡加固等領(lǐng)域。錨桿在基坑支護中常與排樁形成樁錨支護體系，在高邊坡支護中常與鋼筋混凝土格構(gòu)墻或抗滑樁形成支護體系。

　　相較于其他支護形式，錨桿是一種主動支護體，即潛在滑移土體尚未產(chǎn)生變形時即作用于該土體，對減少滑移土體變形起到至關(guān)重要的作用。因此，錨桿施工質(zhì)量顯得尤為重要。錨桿施工根據(jù)其工藝流程可分為成孔、錨桿制作及安裝、灌漿、錨桿腰梁施工、預(yù)應(yīng)力張拉等五個主要環(huán)節(jié)，本文針對該五個環(huán)節(jié)在施工中遇到的難點進行討論，并根據(jù)施工實踐對各難點提出相應(yīng)對策。

　　1.錨桿成孔

　　目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的錨桿成孔工藝為潛孔鉆成孔（干作業(yè)法）、回轉(zhuǎn)鉆成孔（濕作業(yè)法），前者適用于無水的風(fēng)化巖、殘積土層成孔，后者適合于各類土層中成孔。

　　1.1卡鉆

　　1.1.1 卡鉆產(chǎn)生的原因及危害

　　對于潛孔鉆卡鉆的原因主要有兩個方面：一是圍巖裂隙發(fā)育、巖體破碎，成孔過程中碎巖塊塌落；二是風(fēng)化巖中含較多大粒徑的石英砂礫，空壓機送風(fēng)難以將碎屑吹出導(dǎo)致碎屑堆積。

　　水循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機則多是因為土層中礫石、碎石含量高，兩者難以隨水循環(huán)排出，造成孔內(nèi)大量渣石在孔內(nèi)殘留并聚集，從而包裹鉆具，形成卡鉆。

　　無論何種成孔工藝，當(dāng)設(shè)計錨桿長度較大時，鉆桿由于接長在自重作用下本身產(chǎn)生一定撓曲，這種撓曲非常容易導(dǎo)致埋鉆。

　　卡鉆可導(dǎo)致鉆機動力設(shè)備停機，由于處理煩瑣，大幅降低工效，處理不及時還有可能導(dǎo)致整套鉆具被埋置無法取出，造成較大的經(jīng)濟損失，技術(shù)上還因為埋置鉆具的障礙，導(dǎo)致該處錨桿無法按設(shè)計孔位施鉆。

　　1.1.2 對策

　　潛孔鉆在通過破碎基巖時，鉆進速度宜慢，每鉆進30-50cm即拔管后退，多次反復(fù)清理孔壁，使孔壁圍巖趨于穩(wěn)定；另采用大功率空壓機，使孔內(nèi)保持較大風(fēng)量及風(fēng)壓，利于巖屑的清除，防止渣土的堆積。

　　回轉(zhuǎn)鉆進工藝中應(yīng)充分了解施鉆地層礫砂及碎石含量，鉆進中注意觀察孔口返渣情況，量少或沒有返渣時應(yīng)排查原因，反復(fù)用不同水壓在該段清孔，確保安全后方可繼續(xù)鉆進。成孔完成后應(yīng)及時進行后續(xù)工藝施工，避免鉆具長時間停留孔內(nèi)。

　　當(dāng)設(shè)計錨桿水平傾角大于20°或錨桿長度大于25m時，且施工區(qū)域存在易導(dǎo)致埋鉆的土層時，應(yīng)慎重選擇施鉆機械，在有多項不利情形時應(yīng)選用大功率的施工機械，能夠克服更大的摩阻力。

　　1.2流砂

　　1.2.1 流砂產(chǎn)生的原因及危害

　　無膠結(jié)的砂層鉆進中極易產(chǎn)生流砂。鉆孔開孔即遇砂層時，砂粒容易隨循環(huán)水流出，而當(dāng)砂層中地下水水頭高度高于孔口時，水頭差使深層的砂層也會產(chǎn)生流砂。砂層中水位越高、砂層膠結(jié)及分選性越差，細顆粒的砂含量越高，產(chǎn)生的流砂量越大。

　　流砂量越大，危害性越大。大量砂的流失，使孔壁塌落，土層形成空洞，進而向地面擴展造成地面沉陷，損壞地面構(gòu)筑物及地下管線，嚴重的危及基坑邊坡安全。

　　1.2.2 對策

　　在砂層中鉆進必須采用全跟管鉆進工藝，套管（目前大部分自行式鉆機鉆桿本身就起到套管的作用）在鉆孔全程跟進，起到支撐穩(wěn)定孔壁的作用；在砂層中鉆進時宜快速通過，減少鉆桿內(nèi)射水反復(fù)對砂層的沖刷，并且采用保持正常鉆進的最小射水量。

　　在孔口設(shè)置橡膠圈封堵也是抑制流砂的有效措施?？卓诜舛略斐缮傲Ｔ诳卓诰奂氯ǖ?，只留出較小縫隙供循環(huán)水及泥漿排出。封堵材料也可以用孔隙較小的濾網(wǎng)，但濾網(wǎng)不易固定，較易滑脫，只在流砂情況不是很嚴重時采用。

　　注漿時宜在孔中設(shè)置止?jié){袋，并且水泥漿宜添加速凝劑（如NaCl 0.3%或三乙醇胺0.03%），可防止拔管后的流砂。

　　2.錨桿腰梁施工

　　錨桿腰梁是傳力結(jié)構(gòu)，將錨桿的軸拉力直接或間接作用到被支護土體。主要有三種形式：噴射鋼筋混凝土梁、現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁、型鋼梁。

　　2.1 錨桿梁變形

　　2.1.1 產(chǎn)生原因及危害

　　鋼筋混凝土梁的變形主要是錨桿張拉后，混凝土受壓破裂。這主要是因為混凝土強度不能滿足要求，少數(shù)則是因為梁配筋不足或梁后缺少有一定剛度的支撐（出現(xiàn)于沒有設(shè)置支護樁的情況下），還有一種情況是錨頭處未設(shè)計鋼墊板導(dǎo)致錨桿張拉后應(yīng)力過于集中。這種混凝土破裂的情況多見于噴射混凝土梁。

　　型鋼腰梁多用于樁錨支護的基坑，由于護坡樁施工過程中，各樁會產(chǎn)生較大的施工偏差，樁立面不可能保持在同一平面上，如果型鋼（工字鋼或槽鋼）腰梁安裝時調(diào)整不到位，使腰梁承壓面不能在同一平面上，則錨桿張拉時鋼梁因受力不均容易出現(xiàn)變形，鋼梁的連接綴板處撓曲嚴重。另外同排錨桿施工時若不能保持在同一水平線上，偏離較大時鋼梁將無法安裝，如果勉強安裝，則張拉后容易導(dǎo)致錨頭偏向一側(cè)，單側(cè)的型鋼剛度不足以承受錨板壓力，出現(xiàn)壓曲變形。

　　腰梁在張拉后出現(xiàn)變形，其結(jié)果是錨桿預(yù)應(yīng)力不能按設(shè)計拉力施加，即使勉強達到設(shè)計拉力，也會因腰梁變形的持續(xù)而使已施加的預(yù)應(yīng)力逐漸損失，最終導(dǎo)致錨桿預(yù)應(yīng)力失效。失效或降效的錨桿達不到限制邊坡變形的要求，邊坡過大的變形將導(dǎo)向嚴重的后果――管線破壞，地面設(shè)施受損等等。

　　2.1.2 對策

　　對于噴射混凝土梁，設(shè)計上應(yīng)注意其適用性，嚴格限制其使用范圍，一般僅用于土質(zhì)條件較好，地下水不發(fā)育，開挖深度小于10m基坑，邊坡變形要求不太高的情形。而在施工中則應(yīng)從嚴控制腰梁噴射混凝土的質(zhì)量，噴砼前對混凝土配比進行試配試噴，確定砼強度滿足要求后方可正式施工。噴射砼嚴格按規(guī)范要求的操作規(guī)程施工，噴砼終凝2h后根據(jù)工程重要性養(yǎng)護7-14d。

　　對于型鋼梁，保證其施工質(zhì)量的控制點主要不是在型鋼的制作與安裝上，而在于保證型鋼安裝前作業(yè)面的平整及平順上。首先錨桿施工放樣時應(yīng)使同排施工點保持在同一水平面上，鉆孔施工遇障礙時盡量水平調(diào)整錨桿孔位；其次樁立面開挖后，應(yīng)測量各樁的偏差，據(jù)此加工異形支撐板或澆灌混凝土找平層（兩者均應(yīng)有與樁身連接的措施），使腰梁承壓面保持在同一平面上；再次型鋼安裝前，應(yīng)復(fù)核完工錨桿孔口標(biāo)高，圖示同排錨桿孔口標(biāo)高的差異，便于確定合理的型鋼加工分段長度，標(biāo)高差異較大的相鄰點為分段點，該處型鋼連接以額外鋼板焊接。錨桿位置移動較大的單獨制作錨梁，并報設(shè)計復(fù)核。

　　2.2 錨桿腰梁下滑

　　2.2.1 產(chǎn)生原因及危害

　　樁錨支護設(shè)計中未采用固定腰梁的措施或雖采用但對錨桿張拉后產(chǎn)生的向下垂直分力估計不足（錨桿水平傾角15-45°時，其垂直分力約為錨桿拉力的0.26-0.71倍）、腰梁錨固植筋施工質(zhì)量不能滿足設(shè)計要求、樁與梁接觸面清理不徹底導(dǎo)致摩擦面阻力不足等等均是造成腰梁在錨桿張拉后下滑的原因。

　　一般情況下，腰梁下滑會導(dǎo)致錨桿松馳、預(yù)應(yīng)力損失，并且預(yù)應(yīng)力損失隨梁下滑幅度增大。某些極端情況下，腰梁甚至?xí)蝗幌聣?，錨桿預(yù)應(yīng)力瞬間消失，樁頂位移迅速擴大，這種擴大的位移會使錨桿重新張緊，但不能防止腰梁再次下滑，如此反復(fù)，地面設(shè)施的安全、地下管線的安全直至基坑整體安全均難以保障。

　　2.2.2 對策

　　首先設(shè)計上宜采用固定腰梁的措施，尤其在錨桿傾角大于25°時應(yīng)采用。型鋼梁宜采用支腿設(shè)計，通過與支護樁主筋或樁內(nèi)預(yù)埋的連接筋焊接鋼板支腿；鋼筋混凝土梁則可在支護樁內(nèi)植筋，植筋完成后應(yīng)作抗拔力檢測，合格后植筋外露部分澆入梁中成為整體。

　　二是加大梁與支護樁接觸面摩擦力。這要求在鋼腰梁安裝或混凝土梁澆注前對樁身表面進行清理，或進一步對樁身作鑿面處理，加大摩擦面粗糙度，當(dāng)支護樁為挖孔樁時，挖孔樁護壁必須鑿除，使摩擦面位于混凝土樁身處。

　　三是腰梁在滿足設(shè)計剛度及強度的情況下盡量減小梁的截面積，以求減少梁身自重，以減小腰梁向下垂直分力。另外設(shè)計錨桿水平傾角不宜過大，最好介于15-25°間，以控制錨桿張拉后腰梁的垂直分力。

　　3.錨桿制作安裝、注漿及張拉

　　3.1 錨桿制作安裝

　　重點在于錨桿自由段制作及對中支架的安裝。錨桿自由段包裹一般采用波紋管，波紋管材料應(yīng)取柔性材料并不易脆裂，自由段錨筋表面最好作潤滑處理，以防止摩擦撕裂外包管材，外包管材兩端以鐵絲扎緊，并以黑膠帶纏實，防止水泥漿滲入。

　　錨桿對中支架應(yīng)根據(jù)桿材選用，對中支架直徑比成孔直徑小4-6cm，對中支架安裝應(yīng)牢固不易脫落，以確保注漿時桿材為漿體包裹。

　　3.2 錨桿注漿

　　注漿效果直接影響到錨桿的抗拔力。目前設(shè)計多采用二次注漿，施工中注漿的控制要點為漿體水灰比，注漿壓力，及注漿飽滿度。另錨桿設(shè)計應(yīng)避免通過高承壓水層、地下水流速較大的土層、地下土洞溶洞較發(fā)育的地層，這些情況下注漿難以達到飽滿效果，錨桿拉力難以滿足設(shè)計要求。

　　3.3 錨桿張拉

　　錨桿張拉后的桿材松馳、土層徐變均不可避免，兩者均會造成錨桿預(yù)應(yīng)力損失。施工中應(yīng)采取措施使這種損失減為最小，目前最有效的手段為補償張拉（即重復(fù)張拉），補償張拉選在下一層土方開挖后進行，或發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失明顯較大時進行。另外張拉時嚴格按設(shè)計要求分級張拉，采用跳張法（隔一拉一）等可以不同程度的減小錨桿張拉后的預(yù)應(yīng)力損失。

　　4. 總結(jié)

　　土層預(yù)應(yīng)力錨桿支護體系經(jīng)大量的工程實踐檢驗，證明其是安全可靠的，正因為其使用的廣泛性，目前市場上催生發(fā)展出壓力型、剪力型錨桿（本文所涉及為拉力型錨桿），尤其是剪力型錨桿，因其受力均勻的特點，使錨桿設(shè)計錨固長度大幅增加，極大地擴展了錨桿的適用范圍。施工工藝也多樣化，甚至出現(xiàn)了可回收鋼絞線錨桿。

　　總之，只有在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，改良工藝，才能使土層錨桿在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)揮作用。