1桩锚支护中直列无级调压速卸可回收锚索施工工法.docx
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1桩锚支护中直列无级调压速卸可回收锚索施工工法
桩锚支护中直列无级调压速卸可回收锚索施工工法
主要完成单位：
湖南省第四工程有限公司
主要完成人员：
刘令良、盛新湘、孔正武、胡小兵、伍玲龙
1前言
随着我国城市建设的不断发展，大量的高层建筑不断涌现，深基坑工程不断增多，而基坑支护多为临时性支护，待主体结构施工完毕后，这些临时支护结构不再发挥作用，而这些支护结构却永久埋藏在地下无法取出，这样就导致了极大的浪费。
预应力锚索支护作为建筑基坑的一种重要支护方式，其应用非常普遍，但普通锚索因为施工后无法取出占用了大量的地下空间，给相邻地块的开发造成很大的影响，在部分地区使用已受到限制。
锚索的回收再利用既能节约支护加固成本，又未形成地下垃圾，同时不会长期占用地下空间，能有效减少对周边环境的破坏，符合国家可持续发展战略要求。
但是可回收式锚索都具有一定的适用条件，在以前的应用中不同程度地存在一些缺点，如施工工艺繁杂、工人劳动强度大、回收所需的设备复杂笨重、回收率较低、造价较高、回收不完全等，在这种条件下,直列无级调压速卸可回收锚索顺应而生,因可以很好地克服这些缺点,这种施工简单高效的施工方法值得大力研发推广和应用。
2工法特点
2.1用可回收式预应力锚索锚固能在尽可能少的扰动被锚固土体的状况下，达到加固、增稳的目的，并能与排桩等支护方式组合成性能独特的加固体系，广泛应用于深基坑支护中。
2.2锚索在工程地下结构施工完成时可回收重复利用，减少了浪费，使作为临时性支护结构的基坑支护工程综合成本大幅度降低，经济效益显著。
2.3采用可回收锚索施工，避免了锚索长期占用地下空间，形成地下垃圾，防止给将来工程周边地下空间的开发利用造成影响,符合绿色环保的概念。
2.4直列无级调压速卸锚索施工方法简单，施工质量易于控制，尤其在回收时无需动用大型施工机械设备，用人力即可轻松拆除。
3适用范围
本工法适用于安全等级要求较高或工程规模较大的深基坑、地下结构桩锚支护工程,如深基坑支挡、地下室抗浮、地下停车场、地下铁道或地下商场、街道的支护等方面。
4工艺原理
4.1本施工工艺是在深基坑或地下结构桩锚支护结构中，通过采用排桩等支护桩与可回收锚索共同作用,形成性能独特的拉锚支护体系,充分调用工程地质体的潜在自稳能力，改变其内部应力分布性状和大小，限制有害变形的发生，提高支护结构的稳定与安全。
在地下结构施工完成,预应力锚索不需要利用时,用人工对锚索进行拆除与回收，既起到高效加固的目的,又能节约支护成本,保护环境。
桩锚（可回收锚索）支护结构示意图如下（图４.1）：
图4.1桩锚（可回收锚索）支护结构示意图
4.2其中直列无级调压式速卸可回收锚索是由夹紧机构、保险调压机构、撞针拆分等机构所组成，钢绞线之间相互独立工作，平行直列分布，其保险调压机构可以随意设定一个保险阀值，当张拉力小于事先设定的保险阀值时，锚索是无论如何也拆不掉的，当张拉力大于保险阀值时，锚索就可以轻松拆卸。
其组成结构如下图示（图4.2）：
图4.２直列无级调压速卸可回收锚索组成示意图
5工艺流程和操作要点
5.1工艺流程（图5.1）
土方开挖、主体结构施工
5.2操作要点
5.2.1施工准备及定位放线
1.根据施工图纸计划工作面的开挖深度，并保证工作面开挖宽度在10米以上，开挖工作面上有积水时应该及时进行抽排水作业。
开挖至设计标高时，在距支护桩50～80cm开挖一条宽1米、深1米的排水沟，并在沟边开挖一个宽2米、深1米以上的集水坑。
开挖过程中，对支护桩上面松动的土体和冠腰梁摆放易滑落的物体及时清除，工作面开挖完成后，锚索机后面土堆高度不得超过锚索机高度；
2.场平及清障：
场地平整及清障在钻机就位之前完成，如果工作面比较软锚索机无法就位，应进行砖渣铺设平整作业，以保证锚索施工；
3.放线定位：
根据设计图纸，现场进行放线定位。
钻机移动至坑边，调整钻孔角度，对准孔位后进行钻孔施工。
5.2.2锚索制作
1.钢绞线在拆装前应用钢管架对其进行加固，钢绞线在专用的生产线上按照事先计算好的尺寸进行定长下料，下料长度允许偏差+100mm，–30mm，其断料采用砂轮切割机，锚索钢绞线按照长度要求截断后，在一头安装承压板，承压板采用15mm厚钢板制作，中间钻孔直径20mm，安装可拆卸内锚具。
承压板和可拆卸锚具可以是在场外就组装好的一体式，也可以是现场安装的分体式。
2.在锚固段范围内，每隔1.0m安装一个架线环，且经过架线环的每根钢绞线均须用镀锌铁丝绑扎牢固，绑扎时保证钢绞线与注浆管平行，不得有交叉现象，并作好导向帽。
3.所有钢绞线都要全长外套一与之相匹配的塑料管。
注浆管采用小直径钢管，从所有的承压板上同样的边缘位置钻孔穿过到达孔底，孔底一端开斜口直接顶到孔底第一级承压板上，在第二级、第三级承压板相应位置的注浆钢管上，设置有止推卡，作用是带动承压板向前运动，注浆管本身又能够顺利收回。
5.2.3钻孔施工
1.钻机就位
根据设计图纸及相关规范的要求，基坑土方挖至锚索标高以下300～500mm时（与锚索腰梁底平），应立即停止继续开挖，平整作业面范围场地，调入钻机就位，钻机下面应垫砖渣，保证其平整度。
采用角度仪测量钻秆角度，控制误差在±2度以内；垂直方向控制误差在±10cm以内。
钻机安装要求牢固，施工中不得产生移位现象。
2.钻孔、清孔
锚索钻孔设备采用专业锚索机，钻孔位置、孔深、孔径及钻孔倾角均应满足设计要求，成孔直径为180mm，采用全程套管跟进施工，以防塌孔。
锚索实际钻孔深度应比设计深度长0．5m以保证锚索推送到位，钻进时采用泥浆循环护孔，反复循环，对孔口流出的泥浆不断清除残渣。
遇含砂层地段应加大泥浆比重，以防塌孔，钻孔达到设计深度后，继续超钻0.3～0.5m，钻孔完毕后，反复用泥浆循环清孔，以清除孔内泥渣等残留物。
当遇有严重塌孔，以致锚索送不进去，应拔出锚索，二次钻进、清孔，切不可强行插入，或若孔内渗水量较大或者钻孔穿过砂层时，拨去钻杆，改用套管钻孔，成孔后应立即进行注浆。
钻孔时，应采用挖机对排水沟、集水坑进行多次清理，并在集水坑中安放水泵，及时抽排现场多余污水，保证施工工作面。
3.底部注浆:
钻孔完毕后利于安放锚索和清孔进行打底浆，打底浆压力宜为0.5～0.8Mpa，待套管口返出纯水泥浆后即可停止注浆。
5.2.4锚索安放
锚索在向孔内安装就位前，要重新检查钻孔是否符合设计要求，检查锚索各部的位置是否正确，捆扎是否牢固，经检查合格的锚索即可向孔内安装。
转运锚索时，采用人工抬运不得拖拽，成品锚索抬运过程中转角角度不得小于135°角，若锚索被污染必须清理干净后方能放入锚索孔。
安装过程还要观察锚索送入孔内是否畅通，如果发现锚索送入钻孔内困难，必须将锚索取出重新钻孔安装。
安放锚索时，应防止扭曲压弯，注浆管随锚索一同放入孔内，管端距孔底为50～100mm，杆体放入角度与钻孔倾角保持一致，且插入孔内深度不应小于锚索长度的95％，安放好后杆体始终处于钻孔中心。
下锚索时在注浆管与锚头齐平处作一标记，下锚时抓住底浆管下，以防止底浆管脱落，下锚时应防止锚索转动扭曲，保证锚索成水平直线下放，如发现锚索有严重扭曲或遇障无法下放，应拔出锚索，检查回收装置是否破坏，重新下锚。
5.2.5锚索注浆
1.锚孔注浆采用二次高压注浆技术，材料根据现场输送距离以及压力分散型索体结构要求高强度配比浆体的特点，注浆体采用纯水泥浆。
水泥使用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5～0.6，外加水泥用量的0.05%的三乙醇胺早强剂，注浆压力为1.0～2.0Mpa。
2.注浆过程中为保护浆体的密实性，应:
1）尽量延长浆体的拌和时问，采用高速搅拌机进行充分搅拌，搅拌时间不少于3min，使浆体达到最佳拌和效果；
2）从孔底返浆，待浆液溢出孔口后，稳压屏浆5~10min后才开始拨注浆管，拨出速度应缓慢，并根据情况适当补浆，保持注浆口饱满；
3）控制注浆压力，保持注浆压力稳定。
5.2.6锚索张拉、锁定
1.机具的检定
1）为保证张拉控制力的准确性，在张拉作业前需对张拉设备系统（包括千斤顶、油管、压力表等）进行“油压值——张拉力”对应关系的检定。
2）张拉试验采用YCD180型千斤顶（行程20mm）和ZB4-500型电动油泵施加张拉荷载，单根预紧采用YDC250型千斤顶。
使用前，张拉机具须配套率定，率定成果作为正式张拉依据。
2.锚索张拉操作
锚索在正式张拉前，取10%的设计张拉荷载，对其预张拉1次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。
张拉时应按一定的张拉速度进行（一般为40KN/min）。
由于本次试验中压力分散型锚索均为两索，只有1个单元,张拉时先预紧，然后分级张拉。
1）按要求做好锚索张拉准备工作；
2）用小千斤顶按单元承载体由孔底到孔口方向的顺序将每根钢绞线预紧至实验荷载10%的力；
3）预紧完毕后用大千斤顶整体分级进行施加荷载，即实验荷载的25%、50%、75%、100%），进行加压观测、记录。
如此进行、直至该束锚索张拉结束（破坏）。
拉拨完一束锚索后．按以上①—③工作进行下一束锚索的张拉。
4）循环加荷时,每级加荷增量取A×fptk的1/4,每次加荷持续5min,加至最大值时需持续10min。
锚头位移,采用直尺测读,灵活方便。
5.2.7锚索回收
1.锚索回收时间的确定：
地下室必须施工至地面以上±0.00位置，地下室主体结构楼盖和剪力墙（柱）能形成有效的连续水平支撑系统，如地下室底板及剪力墙施工缝封闭或设置传力杆，地下室楼板断开处应设置传力撑，确认无误后由业主或监理工程师下发书面锚索回收开工指令。
2.锚索回收步骤:
地下室施工到±0.00m后回填至最下层锚索腰梁下口50cm处；回收最下层锚索；锚索回收完成后，继续回填土方至上一排锚索腰梁底标高下50cm处；回收该层锚索；依次步骤类推，逐层对锚索进行回收。
3.锚索回收施工工艺：
先搭设人员机械材料上下出入通道及斜梯；清理锚具上杂物，剥开保护套管；卸除外锚头，然后人工用管钳夹住钢绞线旋转一周，促使内锚具系统中的撞针拆分机构将夹机构拆解开来；人工拉住钢绞线外端部，将钢绞线拉出，再用机械回收切割钢绞线；最后将钢绞线整理运输处理。
6材料与设备
6.1材料
6.1.1钢绞线：
采用预应力钢纹线1X7-15.24-1860-GB/T5224-2003，进场时钢绞线应逐盘检查包装、外观及直径规格，对明显锈蚀缺损者，不得使用。
6.1.2配套附件：
承压板、P锚及锚具，均为定型产品
6.1.3浆体：
锚索注浆采用纯水泥浆，外加水泥用量0.05%的三乙醇胺早强剂，水泥使用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5～0.6。
6.2设备（表6.2）
设备表
序号
设备名称
规格型号
用途
1
锚索钻机
MDL200
锚索钻孔
2
张拉千斤顶
YCD-180
锚索张拉
3
张拉千斤顶
YDC250型
锚索张拉
4
电动油泵
ZB4-500
锚索张拉
5
挤压器
------
P锚安制
6
注浆机
BP-320
锚索注浆
7
水泥浆搅拌机
200L
制水泥浆
8
电焊机
400A
制安钢筋
9
切割机
3.5KW
制锚索、制安钢筋
10
锚索回收机
G×12
锚索回收
11
水泵
Φ100
抽水
7质量控制
7.1执行标准
7.1.1《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）
7.1.2《锚固与注浆技术手册》（中国电力出版社，主要委员单位：
总参工程兵科研三所，1999年）。
7.1.3《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）
7.1.4《岩土锚杆（索）技术规程》CECS22-2005》
7.2质量控制措施
7.2.1施工过程中，要有专职技术人员在现场做好质量验收和有关现场指导，发现问题及时解决，从根本上杜绝质量事故发生。
7.2.2每道工序施工完毕，先由班组自检，认定达到要求后由施工队初验，认定达到要求后再由项目质检员会同建设及监理代表正式验收，符合要求进入下道工序。
7.2.3工程所用的主要材料及锚索锚具、夹片等必须经质检部门检验合格，并有出厂合格证证明书方可使用。
7.2.4在钻机成孔时，锚孔端部来回扩孔成倒锥形，做到底部比上部大；钻机安装稳固并在施工中随时校正，保证锚杆孔的倾角与设计相符，并且钻孔保证平直。
锚索水平方向孔距误差不应大于100mm。
7.2.5在锚索施工中，须注意钻孔后的孔洞清洗，直至孔中流中清水为止，确保孔内不留有泥浆，尤其是在软土层中的施工，以保证锚孔孔壁与锚固水泥体的充分粘结。
7.2.6锚索的非锚固段要用塑料管包裹好，防止锚索直接与水泥浆接触，失去非锚固段作用。
7.2.7水泥浆应搅拌均匀，随用随搅，水泥浆应在初凝前用完，同时应过筛，防止石块、杂物混入浆液；施工中严格按水灰比制浆，实际灌浆量应大于理论灌入量，灌浆压力为0．5～1.0MPa；为不改变水泥浆的水灰比而增强其可泵性，可在浆液中加入3％的减水剂。
7.2.8锚索张拉前应对张拉设备进行标定。
张拉时应先小吨位将杆体拉紧，使其每根索体受力均匀，再一级一级加至设计锁定力。
张拉的顺序应考虑锚杆间的相互影响，采用跳拉的方式进行。
锚杆锁定后，若发现有明显的应力损失时，应进行补偿张拉。
7.2.9回填注浆施工时水泥浆液绝不能漏入锚索保护套内，否则会造成锚索固结，影响锚索的顺利回收，注浆管路应畅通，不得堵塞，避免浆液喷出伤人。
7.2.10根据锚索设计使用的束数，其锚头垫块、锚头、回收夹具与穿心式油压千斤顶必须相互配套，锚索夹片在设计上须考虑回收时的拔出施工要求，即在端部须留有凹槽及回收使用的锁件。
7.2.11地下室回填至每层锚索标高时，进行锚索分层分段回收，为保证锚索回收后基坑的稳定，对填土的土质应严格控制，严格用腐植土、耕植土、膨胀土及含有机物在于8%的土作为填料，对填土前的清底工作应严格控制，并确保分层均匀回填夯实。
7.2.12为锚索回收速度过快或卸载顺序不对称导致原基坑支护结构应力卸载太快，周边环境变形加剧，应控制锚索回收施工速度，分段对称进行锚索回收，每段回收长度不超过25m。
8安全措施
8.1施工前，针对各工程特点，制定各项施工技术安全措施，并组织全体施工人员进行专项交底，并作书面交底。
8.2建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查。
8.3机械设备进场必须经过验收，合格后方可使用。
8.4张拉机具各部件尤其是高压油管连接点应牢靠，以避免突然断裂喷出伤人，张拉过程中不得碰撞千斤顶及千斤顶前不得站人，以防钢铰线断裂锚具飞出伤人。
8.5锚索作业人员必须严格遵守相关安全操作规程，机械设备固定于适当位置，千斤顶后不能站人，严格按照施工方案进行锚索回收，不得进行冒险作业。
基坑内施工用电严格按“三相五线、两线保护”搭设，开关箱离机械操作位置距离不得大于3米。
8.6锚索回收施工作业时，基本都是处于多方交叉施工状态，对于施工场地用电，特别是高空坠物等，都很容易发生安全事故和对现场施工作业人员造成伤害。
8.7凡参与锚索的施工作业人员，必须严格遵守国家、行业安全管理规定、规范及该项目工程建设单位、监理单位的现场安全管理规定，按照施工方案进行锚索施工，加强自我保护意识，不得违章作业和冒险施工。
8.8切实作好基坑变形观测及反馈制度，及时作出预警报告。
按基坑监测规范要求，持续对基坑支护结构及周边建（构）筑的进行监测，发现异常及时查找原因，调整施工措施方案。
9环保措施
9.1施工现场成立环境保护管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下达的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理。
9.2设立专用排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行庥中无害化处理，施工中循环泥浆沿泥浆沟流动流入泥浆池，对于废弃泥浆经沉淀处理后，确认达标后排入市政管网，严禁不达标排放。
定期清运沉淀泥砂，做好泥砂、弃渣及其他工程材料运输过程中的防散落与防沿途污染措施。
9.3施工前应检修设备运转情况，降低施工噪声，将便民、不扰民措施落到实处。
9.4应在有关部门规定时间内进行施工作业，如需进行夜间施工，应办理夜间施工许可。
9.5材料堆放要整齐，散装材料要入罐，袋装材料要进棚，避免现场扬尘污染。
10效益分析
通过我单位在多个工程实践中的成功应用表明，深基坑桩锚支护采用直列无级调压式速卸可回收锚索施工方法，能产生良好的社会效益和经济效益。
10.1这种施工方法作为一种高效经济的加固方式，既可保证支护结构有足够的刚度和整体性，又能确保工程周边道路及建筑物的安全稳定，而且直列无级调压式速卸锚索拆卸时非常简单，无须借助任何设备，只靠人力就可将钢绞线轻松抽出，施工速度快，不占用主体施工工期。
10.2桩锚支护结构中采用可回收锚索施工方法与不可回收锚索相比具有显著的经济效益。
预应力锚索一般都是由钢筋或钢绞线组成，一般约20～30m，有些工程可达40～50m，以50×50m的基坑为例，当锚索长度为25m时，若按水平间距2.5m并打设3道锚索计算，则所浪费的钢材量将达约23.5吨。
而采用可回收锚索施工，尤其是采用直列无级调压式速卸可回收锚索施工方法，由于拆除方法简便高效，回收率高达95%以上，钢绞线在拆除后无任何损伤，地下结构施工完成后可以回收二次重复利用或者折价处理，和不可回收预应力锚索相比，不仅不会由于钢绞线长期存留地下造成资源浪费，还可节约支护成本约30%，大大降低工程造价。
10.3在以往的普通锚索支护施工中，以一个普通的基坑为例，基坑开挖50m×50m，当锚索长度为25m时，所占用的地下空间达7500m2，甚至比基坑开挖面积还大，不可回收锚索对红线外地下空间造成了很大的侵犯。
而采用可回收锚索施工方法不会长期占用地下空间，这对于地下空间的长期开发具有非常广阔而深远的意义。
10.4常规的临时支护因工程主体完工后无法取出，形成诸多的地下建筑垃圾，造成了地下环境污染，而采用可回收锚索施工方法在工程地下主体结构完成后即可拆除，做到有效保护周围环境。
11应用实例
11.1昆明市西山区二号片区红庙村城中村改造项目A区办公楼基坑支护工程
11.1.1工程概况
本工程位于昆明市西山区棕树营街道办事鱼翅路社区地块，为云投集团总部和富滇银行总行办公楼，地下三层，地上35层，高168米，该基坑周长约570m，开挖深度14.6～15.7m，基坑面积约20000平方米。
11.1.2深基坑支护体系及锚索应用情况
该工程基坑支护方案主要为：
在军安小区、西园北路一侧采用“双排φ1000@1300钻孔混凝土灌注桩+锚固段扩孔压力分散型可回收式预应力锚索”的桩锚基坑支护；靠西园北路与人民路交接位置（1-1、6a-6a剖面接头处）采用“φ1000@1300钻孔混凝土灌注桩+3层两桩一锚锚固段扩孔压力分散型可回收式预应力锚索的桩锚+3层一桩一锚错开角度施工的锚固段扩孔压力分散型可回收式预应力锚索”的桩锚支护方案。
锚索索体为4～6根sl5.24强度等级为1860级的低松弛无粘结型预应力钢绞线，共设6～7层锚索，水平间距为2.6m，锚索倾角15°（35°），预加力200～400KN，锚索成孔采用全套管跟管钻进工艺，成孔直径180mm，锚固段扩孔至300mm。
11.1.3应用效果
基坑支护工程于2012年4月开始，2013年12月结束。
在基坑开挖及地下室结构施工过程中，通过对基坑的监测，基坑各项质量、安全指标满足设计和规范要求，锚索回收率为100%。
11.2昆明市西山区二号片区红庙村城中村改造项目B地块基坑支护工程
11.2.1工程概况
本工程位于昆明市西山区棕树营街道办事处鱼翅路社区地块，B地块场地内建有三栋26层办公主楼和五层商业裙房，并有一中央绿地，地块内设三层整体地下室，该地下室与A地块的地下室相通。
11.2.2基坑支护体系及锚索应用情况
根据基坑深度、基坑周边环境、周边建筑物埋深情况，在靠近人民西路一侧基坑支护方案确定为：
φ1200@1500钻孔混凝土灌注双排桩+坑内单管高压旋喷桩加固土+内支撑复合支护方案；其余地段基坑支护方案确定为φ1000@1300钻孔混凝土灌注桩+锚固段扩孔压力分散型预应力锚索”桩锚支护方案；锚索采用压力分散型预应力锚索，索体为4-8根S15.24强度等级为1860级的低松弛无粘结预应力钢绞线，共设5（6）层锚索，水平间距为2.6m，竖向间距见各剖面图，锚索倾角15°，预加力200∽400KN，锚索成孔采用全套管跟管钻进工艺，成孔直径150mm，锚固段扩孔至300mm。
11.2.3应用效果
基坑支护工程于2013年4月开始，2014年12月结束。
在基坑开挖过程中，通过对基坑的监测，基坑各项质量、安全指标满足设计和规范要求，，锚索回收率100%。
11.3昆明大商汇商贸中心二A1-1地块深基坑
11.3.1工程概况
拟建项目地处昆明市南郊西山区大商汇市场内，场区地形平坦，地貌上处于昆明断陷湖积盆地的中南部。
11.3.2基坑支护体系及锚索应用情况
1-1、2-2、3-3、9-9、10-10剖面采用“上部喷锚支护+下部SMW工法桩+压力分散型直列式可回收式预应力锚索”的支护方案，锚索采用压力分散型直列式可回收式预应力锚索；锚索成孔Φ200mm，采用全套管跟管钻进工艺，锚索索体为4（6）根1860级φ15.24钢绞线；共设2～3排锚索，倾角为30°，预加力为200KN，250KN，300KN；具体设计情况如下表：
部位
长度
层数
1-1
剖面
1a-1a剖面
2-2
剖面
3-3
剖面
9-9
剖面
10-10剖面
10a-10a剖面
一层
26m
25m
31.5m
30m
25.5m
27.5m
27.5m
二层
26.5m
24m
26m
24.5m
20m
22.5m
22.5m
三层
22m
21.5m
23.5m
11.3.3应用效果
基坑支护工程于2014年5月开始，2015年3月结束。
在基坑开挖过程中，通过对基坑的监测，直列无级调压速卸可回收式预应力锚索应力达到设计要求，基坑各项质量、安全指标满足设计和规范要求，锚索回收率100%。
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