土层预应力锚杆施工难点及对策

1、土层预应力锚杆施工难点及对策笑巡下景匕摘要：讨论了在基坑边坡支护中土层杆施工的难点及对策 关键词：土层杆卡钻流砂 腰梁变形预应力损失对策土层预应力杆（以下简称杆）以其造价低廉，利于缩短工期，工艺 成熟，质量可靠等优点已广泛运用于基坑支护、边坡加固等领域。杆在 基坑支护中常与排桩形成桩支护体系，在高边坡支护中常与钢筋混凝土 格构墙或抗滑桩形成支护体系。相较于其他支护形式，杆是一种主动支护体，即潜在滑移土体尚产 生变形时即作用于该土体，对减少滑移土体变形起到至关重要的作用。 因此，杆施工质量显得尤为重要。杆施工根据其工艺流程可分为成孔、 杆制作及安装、灌浆、杆腰梁施工、预应力张拉等五个主要环节，本

2、文 针对该五个环节在施工中遇到的难点进行讨论，并根据施工实践对各难 点提出相应对策。1.杆成孔目前国内应用最广泛的杆成孔工艺为潜孔钻成孔（干作业法）、回 转钻成孔（湿作业法），前者适用于无水的风化岩、残积土层成孔，后 者适合于各类土层中成孔。1.1卡钻1.1.1卡钻产生的原因及害对于潜孔钻卡钻的原因主要有两个方面：一是岩裂隙发育、岩体破 碎，成孔过程中碎岩块塌落；二是风化岩中含较多大粒径的石英砂砾， 空压机送风难以将碎屑吹出导致碎屑堆积。水循环回转钻机则多是因为土层中砾石、碎石含量高，两者难以随 水循环排出，造成孔内大量渣石在孔内残留并聚集，从而包裹钻具，形 成卡钻。无论何种成孔工艺，当设计杆

3、长度较大时，钻杆由于接长在自重作 用下本身产生一定挠曲，这种挠曲非常容易导致埋钻。卡钻可导致钻机动力设备停机，由于处理烦琐，大幅降低工效，处 理不及时还有可能导致整套钻具被埋置无法取出，造成较大的经济损 失，技术上还因为埋置钻具的障碍，导致该处杆无法按设计孔施钻。1.1.2对策潜孔钻在通过破碎基岩时，钻进速度宜慢，钻进30-50cm即拔管后 退，多次反复清理孔壁，使孔壁岩趋于稳定；另采用大功率空压机，使 孔内保持较大风量及风压，利于岩屑的清除，防止渣土的堆积。回转钻进工艺中应充分了解施钻地层砾砂及碎石含量，钻进中注意 观察孔口返渣情况，量少或有返渣时应排查原因，反复用不同水压在该 段清孔，确保

4、安全后方可继续钻进。成孔完成后应及时进行后续工艺施 工，避免钻具长时间停留孔内。当设计杆水平倾角大于20或杆长度大于25m时，且施工区域存 在易导致埋钻的土层时，应慎重选择施钻机械，在有多项不利情形时应 选用大功率的施工机械，能够克服更大的摩阻力。1.2流砂1.2.1流砂产生的原因及害无胶结的砂层钻进中极易产生流砂。钻孔开孔即遇砂层时，砂粒容 易随循环水流出，而当砂层中地下水水头高度高于孔口时，水头差使深 层的砂层也会产生流砂。砂层中水越高、砂层胶结及分选性越差，细颗 粒的砂含量越高，产生的流砂量越大。流砂量越大，害性越大。大量砂的流失，使孔壁塌落，土层形成空 洞，进而向地面扩展造成地面沉陷，

5、损坏地面构筑物及地下管线，严重 的及基坑边坡安全。1.2.2对策在砂层中钻进必须采用全跟管钻进工艺，套管（目前大部分自行式 钻机钻杆本身就起到套管的作用）在钻孔全程跟进，起到支撑稳定孔壁 的作用；在砂层中钻进时宜快速通过，减少钻杆内射水反复对砂层的冲 刷，并且采用保持正常钻进的最小射水量。在孔口设置橡胶圈封堵也是抑制流砂的有效措施。孔口封堵造成砂 粒在孔口聚集堵塞通道，只留出较小缝隙供循环水及泥浆排出。封堵材 料也可以用孔隙较小的滤网，但滤网不易固定，较易滑脱，只在流砂情 况不是很严重时采用。注浆时宜在孔中设置止浆袋，并且水泥浆宜添加速凝剂（如NaCl 0.3%或三乙醇胺0.03%），可防止拔

6、管后的流砂。2.杆腰梁施工杆腰梁是传力结构，将杆的轴拉力直接或间接作用到被支护土体。 主要有三种形式：喷射钢筋混凝土梁、现浇钢筋混凝土梁、型钢梁。2.1.1产生原因及害钢筋混凝土梁的变形主要是杆张拉后，混凝土受压破裂。这主要是 因为混凝土强度不能满足要求，少数则是因为梁配筋不足或梁后缺少有 一定刚度的支撑（出现于有设置支护桩的情况下），还有一种情况是头 处设计钢垫板导致杆张拉后应力过于集中。这种混凝土破裂的情况多见 于喷射混凝土梁。型钢腰梁多用于桩支护的基坑，由于护坡桩施工过程中，各桩会产 生较大的施工偏差，桩立面不可能保持在同一平面上，如果型钢（工字 钢或槽钢）腰梁安装时调整不到，使腰梁承压

7、面不能在同一平面上，则 杆张拉时钢梁因受力不均容易出现变形，钢梁的连接缀板处挠曲严重。 另外同排杆施工时若不能保持在同一水平线上，偏离较大时钢梁将无法 安装，如果勉强安装，则张拉后容易导致头偏向一侧，单侧的型钢刚度 不足以承受板压力，出现压曲变形。腰梁在张拉后出现变形，其结果是杆预应力不能按设计拉力施加， 即使勉强达到设计拉力，也会因腰梁变形的持续而使已施加的预应力逐 渐损失，最终导致杆预应力失效。失效或降效的杆达不到限制边坡变形 的要求，边坡过大的变形将导向严重的后果一一管线破坏，地面设施受 损等等。2.1.2对策对于喷射混凝土梁，设计上应注意其适用性，严格限制其使用范， 一般仅用于土质条件

8、较好，地下水不发育，开挖深度小于10m基坑， 边坡变形要求不太高的情形。而在施工中则应从严控制腰梁喷射混凝土 的质量，喷砼前对混凝土配比进行试配试喷，确定砼强度满足要求后方 可正式施工。喷射砼严格按规范要求的操作规程施工，喷砼终凝2h后 根据工程重要性养护7-14d。对于型钢梁，保证其施工质量的控制点主要不是在型钢的制作与安 装上，而在于保证型钢安装前作业面的平整及平顺上。首先杆施工放样 时应使同排施工点保持在同一水平面上，钻孔施工遇障碍时尽量水平调 整杆孔；其次桩立面开挖后，应测量各桩的偏差，据此加工异形支撑板 或浇灌混凝土找平层（两者均应有与桩身连接的措施），使腰梁承压面 保持在同一平面上

9、；再次型钢安装前，应复核完工杆孔口标高，图示同 排杆孔口标高的差异，便于确定合理的型钢加工分段长度，标高差异较 大的相邻点为分段点，该处型钢连接以额外钢板焊接。杆置移动较大的 单独制作梁，并报设计复核。2.2杆腰梁下滑2.2.1产生原因及害桩支护设计中采用固定腰梁的措施或虽采用但对杆张拉后产生的 向下垂直分力估计不足（杆水平倾角15-45时，其垂直分力约为杆拉 力的0.26-0.71倍）、腰梁固植筋施工质量不能满足设计要求、桩与梁接 触面清理不彻底导致摩擦面阻力不足等等均是造成腰梁在杆张拉后下 滑的原因。一般情况下，腰梁下滑会导致杆松驰、预应力损失，并且预应力损 失随梁下滑幅度增大。某些极端情

10、况下，腰梁甚至会突然下坠，杆预应 力瞬间消失，桩顶移迅速扩大，这种扩大的移会使杆重新张紧，但不能 防止腰梁再次下滑，如此反复，地面设施的安全、地下管线的安全直至 基坑整体安全均难以保障。2.2.2对策首先设计上宜采用固定腰梁的措施，尤其在杆倾角大于25时应采 用。型钢梁宜采用支腿设计，通过与支护桩主筋或桩内预埋的连接筋焊 接钢板支腿；钢筋混凝土梁则可在支护桩内植筋，植筋完成后应作抗拔 力检测，合格后植筋外部分浇入梁中成为整体。二是加大梁与支护桩接触面摩擦力。这要求在钢腰梁安装或混凝土 梁浇注前对桩身表面进行清理，或进一步对桩身作凿面处理，加大摩擦 面粗糙度，当支护桩为挖孔桩时，挖孔桩护壁必须凿

11、除，使摩擦面于混 凝土桩身处。三是腰梁在满足设计刚度及强度的情况下尽量减小梁的截面积，以 求减少梁身自重，以减小腰梁向下垂直分力。另外设计杆水平倾角不宜 过大，最好介于15-25间，以控制杆张拉后腰梁的垂直分力。3.杆制作安装、注浆及张拉3.1杆制作安装重点在于杆自由段制作及对中支架的安装。杆自由段包裹一般采用 波纹管，波纹管材料应取柔性材料并不易脆裂，自由段筋表面最好作润 滑处理，以防止摩擦撕裂外包管材，外包管材两端以铁丝扎紧，并以黑 胶带缠实，防止水泥浆渗入。杆对中支架应根据杆材选用，对中支架直径比成孔直径小4-6cm， 对中支架安装应牢固不易脱落，以确保注浆时杆材为浆体包裹。3.2杆注浆注浆效果直接影响到杆的抗拔力。目前设计多采用二次注浆，施工 中注浆的控制要点为浆体水灰比，注浆压力，及注浆饱满度。另杆设计 应避免通过高承压水层、地下水流速较大的土层、地下土洞溶洞较发育 的地层，这些情况下注浆难以达到饱满效果，杆拉力难以满足设计要求。3.3杆张拉杆张拉后的杆材松驰、土层徐变均不可避免，两者均会造成杆预应 力损失。施工中应采取措施使这种损失减为最小，目前最有效的手段为 补偿张拉（即重复张拉），补偿张拉选在下一层土方开挖后进行，或发 现预应力损失明显较大时进行。另外张拉时严格按设计要求分级张拉， 采用跳张法（隔一拉一）等可以不同程度的减小杆张拉后的预应力