施工技术 建材与装饰２０１０年０５月 论 古同压 灌浆预应力锚杆施工在软土地基中的应用 李峰 摘要：目前，高层建筑越来越多，基坑的深度越大，施工难度也增大，为此，本文就高压灌浆预应力锚杆支护特性和工作机理进行了 分析。并通过工程实例证明了利用该方法加固软土地基是有效的，在类似地基中值得推广应用。 关键词：软土地基；基坑支护；预应力锚杆；高压灌浆 预应力锚杆排桩支护结构或锚杆地下连续墙支护结构是深 基坑支护结构中的常用方法。它适用于基坑施工场地狭窄，且不 利于内支撑的深基坑，由于锚杆代替了内支撑，便于基坑开挖以 力； （１）锚固段锚固体内浆体与钢筋（钢绞线Ｊ界面之间的握裹 （２）锚固段锚固体与周围岩土体界面之间极限摩阻力； （３）锚拉杆的极限抗拉强度。 对于土层锚杆主要取决于锚固体与周围岩土体之间的极限 摩阻力，根据Ｈａｂｉｂ经典理式： ｆ 及地下室结构的施工，能够提供给地下室更大的空间。 １软土的工程特性 软弱土层广泛分布于我国沿海大部分地区，特别是在珠三 角地区有大量的淤泥层，该土层工程力学性质较差。常常给基础 Ｚ１ ． ｆ Ｚ２ Ｐ＝Ｆ＋Ｑ＝ｗｄ Ｊ ７１＋Ｉ１下Ｉｄ ＋叮『Ｄ Ｊ ７，＋Ｌ２下２ｄＬｚ＋ｑＡ 化为： Ｚ１ （１） 工程带来不良作用。根据我国某些地区的软土物理力学性质指 标的统计值并结合大量的工程实践，对珠三角地区软土的物理 力学性质总结分析如下。 本文仅讨论不扩孔锚杆的极限抗拔力，记Ｏ＝０，所以上式简 天然含水量高。一般软土的含水量都在３０～７５％之问，其值 一ｄ ＪＺ１＋ＬｉＴｄＬ 式中：卜Ｆ～锚杆锚固力； 锚固体与周围土体的总侧摩阻力； Ｏ——锚固体受压面的总端阻力（扩孔锚杆）； ｚ１——锚杆自由段长度； Ｌ．——锚杆锚固段（锚固体）长度； ｄ——锚固体的直径； ２ 般大于液限，属于流塑状态，天然孔隙比在１．０～１．９之问，一般 压缩性大。压缩系数在０．００５～０．０２ｃｍ 之间，属于高压缩 属于淤泥或淤泥质土。 性土，其压缩性往往随液限增大而增大。 渗透性小。渗透系数大部分为１０４～１０％ｍ／ｓ之间，所以在荷 载作用下固结很慢。强度不易提高。 抗剪强度很低。一般在快剪情况下，粘聚力在１０ｋＰａ左右。 内摩擦角０～５ｏ之间。 ． 『——锚固体与周围土层的抗剪强度，它与粘结材料性 质、土层性质和应力状态以及施工工艺等因素有关，通常可看成 锚固体是土层粘聚力Ｃ、内摩擦角以及正压力的函数。 由上公式（２）可知：决定锚杆极限抗拔力的主要因素有：锚 ２支护机理 软土地区预应力锚杆支护与一般土层锚杆的支护机理一 样。当基坑开挖后，边坡土体的应力重新分布，使得边坡上方土 层的约束力降低，各分层土层在自重力及地表建筑物压力的作 用下，向自由面方向移动，由于土层软弱，抗剪切能力小，土层的 固体直径ｄ、锚固体长度Ｌ、锚固体周围土体的抗剪强度ｒ。理论 上，增大以上三个参数都可以使锚杆的极限抗拔力增大，但是在 实际的工程中，因受到许多因素的制约，锚固体直径以及锚固体 下表面受到拉应力的作用，当其拉应力超过抗拉强度时，就形成 滑裂面，采用锚杆支护使各土层形成一个整体，使各分层土受挤 压通过锚杆产生压应力，从而在锚固范围内形成一个挤压加固 的长度都不能无限的增大，所以提高土体的抗剪强度就成为提 高锚杆极限抗拔力的主要途径。 ３．１高压灌浆锚固工作原理 高压灌浆是在锚杆一次注浆形成水泥结石体强度达到～定 程度后进行对锚固体输送高压水泥浆液后形成浆泡，在一些薄 弱部位岩土体难以抵抗浆液的压力，产生劈裂作用，浆泡胀开， 挤入周围岩土体，并产生相互作用，形成连续球体型锚杆，也可 称异型扩张锚杆。在一些软弱土层中，力学性质非常差，很难提 供足够的侧摩阻力来承受预加应力，从而可能导致锚杆发生较 带，使边坡整体稳定性增强。但是，在软弱土层中由地层压缩产 生的变形是相当大的，特别是在软粘土和淤泥中，变形非常明 显，而且持续时间很长。固定在此类土中的锚杆在极限荷载作用 下，锚固段会发生较大的蠕变，而且锚固体周围土体会产生流 动，可能导致锚杆承载力的急剧下降，进而危及工程安全。高压 灌浆锚杆可以有效的减少锚杆的蠕变变形，提高锚杆的承载力， 很好地控制基坑墙体的变形。 大的位移变形，使得支护失效。而高压灌浆是提高锚杆极限抗拔 ３高压灌浆对预应力锚杆的影响 预应力锚杆承载力主要有以下因素： 力的一种好的工艺，通过高压灌浆以后锚固体周围土体的物理 力学性质能够得到很好的改善，从而提高锚固的效果。 ３．２高压灌浆对周围土体的影响形式 ・１９８・ 建材与装饰２０１０年０５月 施工技术 高压灌浆对周围土体的改善主要是锚固体的抗剪强度的提 高，表现在以下几个方面： （１）粘聚力Ｃ的提高，土体的粘聚力主要是由土颗粒问的物 理化学作用．锚固体周围土体在高压灌浆后，由于压力的影响使 得原土颗粒之间的距离变小，使它们之间的物理化学变化更加 容易，所以粘聚力会得到提高；另外，浆液中的各种化学成分ｄｌ 可以提高土体的粘聚力。 图１预应力锚杆施工工艺流程图 （２）内摩擦角的提高，土体的内摩擦角主要是由于土体颗类 锚杆基本试验的目的是为了了解锚固土层对锚杆实际能提 之间的相对运动和咬合作用，高压灌浆后，土体颗粒之间相对运 供的摩阻力和检验施工工艺的适用性。基本试验锚杆的施工方 动减小，咬合作用增强，所以内摩擦角会得到提高。 法应与工程锚杆一样，要求作破坏性张拉。本工程在正式施工前 （３）正应力的增大，由于高压灌浆的劈裂作用、挤密作用形 对３根锚杆做了基本试验，结果都能满足设计荷载要求。 成的“浆泡”、“浆脉”等都能够提供很高的正应力。 ４．５．２预应力锚杆验收试验 由于锚杆通过高压灌浆后土体都能够得到很大的提高，即 为检验锚杆荷载超过设计拉力并接近极限拉力条件下的工 函数 Ｃｃｐｏ）值增大，锚固体与土层的土体之问的抗剪强度增 作性能，并鉴别工程锚杆是否符合设计要求。本工程对基坑１ 大，有利于锚杆的抗拔力的提高。锚杆经高压灌浆后，锚固体的 （根锚杆进行抗拔试验，试验锚杆的基本情况如表１所示，图２ 体积增大，其表面积增大，也提高了锚杆的侧摩阻力，使锚杆的 为（０一Ｓ）曲线图（由于篇幅有限，只取其中４根）。结果显示，锚 加固效果更加明显，有效地控制基坑的变形与沉降。 头位移大都在：０－４２ｍｍ范围内，且均能在荷载等级观测时间内 ４工程实例 达到位移相对稳定标准。由表１和图２显示：７７、１０７、１５４、１２８ 锚杆在施加预应力后锚头位移变化较大，分析其原因主要是由 ４．１工程概况 于锚杆在施工过程中未采取预张拉的措施，锚杆与周围土体未 鹤山市华虹大厦工程占地约１５００ｍ２设１层地下室，基坑开 充分作用，所以施加力之后有较大位移。１２８锚杆加载到设计拉 挖深度约为６ｍ。由于该工程位于市中心，基坑周围临近有大量 力Ｎ＝８５０ｋＮ，其锚头位移已达４４．３４ｍｍ，比其它锚杆位移量大， 重要建筑物和管线分布，该基坑深度大，施工难度高。 但在本级荷载等级观测时间内，锚头位移ＧＯ．１ｍｍ，锚头位移达 ４．２工程地质及水文地质情况 ， 到相对稳定标准，为保证质量终止加载。 表１锚杆抗拔试验结果汇总表 ①杂填土：很湿，松散，含碎砖、砂、淤泥等，２－３ｍ厚；②淤 荷载 泥：饱和流软塑状态，１ ５ｍ厚；③中砂：饱和，松散，部分含有中 锚杆 ０号 ．１Ｎ ＯＩ２５Ｎ ０．５０ Ｏ．７５Ｎ １．０Ｎ １．１—１．２Ｎ 卸载至０．１ 砂和淤泥，２－５ｍ厚；④粉土：稍湿，硬塑，部分含有粉质粘土， ８５ｋＮ ２１２．５ｋＮ ４２５ｋＮ ６３７．５ｋＮ ８５０ｋＮ ９５０ｋＮ ８５ｋＮ １．５～５．５ｍ厚，部分地方有４￣６ｍ厚；⑤强风化粉砂岩：呈半岩半 位移Ｓ（ｍｍ） １５＃ １０．８１ １３．９５ ｌ８．０Ｏ ２３．４４ ２９．５２ ３２．９６ ２０．５６ 土状，２ ８ｍ厚；⑥中风化粉砂岩：裂隙发育，坚硬，４～１０ｍ厚；⑦ ３８＃ ６．２２ １０．３４ １４．５０ ２３．２５ ２３－２５ ２５＿８３ １２．５３ 微风化粉砂岩：裂隙不发育，岩石坚硬，６～１２ｍ厚。场地地下水位 ４９＃ ５．６９ ９．３８ １３．５３ ２３．２９ ２３．２９ ２４．４０ ｌ】．０２ 较高。 ７７＃ ８．９０ ２４．０３ ２８．７２ ３６．２Ｏ ３６－２０ ３７．９５ ２５．９５ ４．３支护设计 ８１＃ ８－３２ ｌ３．１Ｏ １６．７４ ２３．４６ ２３．４６ ２５．Ｏ０ １３．４０ 考虑该基坑地层和周围环境的复杂性，比较各种支护方案， １０７＃ ｌ５．４４ ２６．４０ ３０．４２ ３８．５３ ３８．５３ ４０．７０ ２８．３３ １２８＃ １Ｏ．９６ ２５．４０ ３０＿８３ ４４．３４ ４４．３４ ３３．２４ 最后采用地下连续墙加一道预应力锚杆（东面二道预应力锚杆） １５４＃ ｌ９．５５ ２７．７Ｏ ３１．６４ ４０．２５ ４０．２５ ４２．７Ｏ ３４＿３Ｏ 作为基坑支护结构，地下连续墙厚度为６００ｍｍ，深度为８ １２ｍ； １６９＃ ６．２２ １Ｏ．１０ １４．２５ ２１．３４ ２１．３４ ２３．６３ ｌ１．Ｏ３ 锚杆标高为一３．５ｍ，设计轴向抗拔力为８５ｔ，锁定值为５５ｔ，倾角为 １９３＃ ６．９Ｏ ８．８３ １２．６０ １６．５５ ２０．３７ ２２．７０ １５．６０ ３Ｏｏ，要求锚杆的锚固段入微风化岩３．７ｍ，或入中风化岩５ｍ，或 １６ｏ０ 入强风化岩８ｍ，或残积土１７．３ｍ，锚杆水平间距为２．０ｍ，采用高 １２００ 压灌浆预应力锚杆。 ＿Ｒ ８００ ４．４预应力锚杆施工 鞲枷 由于本工程预应力锚杆的设计轴向抗拔力较大，为８５ｔ，而 Ｕ ｌ０ ２Ｏ ３Ｏ ４Ｏ ５０ ６０ ７０ 场地内又富含软弱土层（３～６ｍ厚的淤泥），因此，为了保证达到 位移ｓ（ｍｍｌ 足够的抗拔力，锚杆的施工应采用高压灌浆的施工工艺，同时必 图２锚杆荷载一位移（Ｑ—Ｓ）曲线图 须保证足够的入岩深度。施工工艺按（铢三角地区建筑基坑支护 ４．６支护效果分析 本工程基坑深度大，地质条件差（淤泥层达３￣６ｍ），土方采 技术规定》（ＧＪＢ０２—９８）及中国工程建设标准化协会标准《土层 用分层、分段、分片开挖，使上方卸载能量缓慢释放，并在开挖过 锚杆设计与施工规范》（ＣＥＣＳ２２：９０）执行。实际施工工艺如图１ 程中及时对支护墙体进行观测。在施工期间，连续墙体最大水平 所示。 位移都在１５ ３０ｒａｍ间，基坑墙体位移和变形都能达到设计要 ４．５锚杆试验 求。由此可见，在软弱土层中应用高压灌浆预应力锚杆加地下连 ４．５．１预应力锚杆基本试验 续墙支护对于保护基坑及其周围环境是一种有效措施。 ・ｌ９９・ 施工技术 建材与装饰２０１０年Ｏ５月 大型混凝土结构工程的施工技术 陈昌平 摘要：根据结构工程试验承台的特点，简要介绍了工程的地基处理方法、型钢桁架的施工要点、大体积混凝土的浇筑及“冷却一加 热’’养护方法。最后总结了大体积劲性混凝土结构施工的几点经验。 关键词：试验承台；大体积混凝土；浇筑 １概述 试验承台是进行结构试验加载的基础，其质量的好坏直接 关系到结构试验数据的可靠性。因此，除必须具有足够的强度， 满足试验加载最大能力外，还必须满足刚度要求。在理论上，相 ２试验承台工程的施工 ２．１地基处理 承台工程位于学校工程结构实验室内，过去在建设实验室 厂房结构时未考虑试验承台，没有对室内试验承台所在地基进 对于试验构件应有绝对的刚性；此外，还必须满足耐久性要求， 防止承台出现影响结构的裂缝。 行处理。工程所在场地土层从上至下分别为：杂填土（Ｏ一３．Ｏｍ）、 流塑状淤泥（－３．０—１２．Ｏｍ，部分含夹细砂）、可塑状残积亚粘土 （一１２．０ １８．３ｍ），地下水位约一１．５ｍ。 带有槽口的试验承台和承力架，只能提供试验加载的竖向 荷载，而实际试验中常常需考虑水平荷载，还需配套设计能提供 水平反力的反力墙。由于学校经费所限，无法一步到位完成反力 墙的建设。因此，在设计中只好将整个工程分为两期建设。考虑 到反力墙的整体稳定性，为节约地基处理费用，应将反力墙基础 与结构试验承台连接成整体。因此将１５ｍ的承台分成两段，一 期工程只建设ｌＯｍ长的承台，二期工程建设余下的５ｍ承台和 反力墙，平面布置如图１所示。 为确保承台的稳定，防止不均匀沉降，根据使用功能对地基 承载力的要求，必须对地基进行处理。在处理方案选择中，主要 考虑的因素有： （１）室内施工场地和室内净空高度条件： （２）施工对原有厂房柱下基础的影响； （３）由于实验室紧靠办公室、教学大楼和学生宿舍，因此，施 工时必须尽可能减少噪声、振动和对周围环境的影响； （４）地基处理的费用。 经多种方案的比较，综合考虑各方面因素，最后决定采用高 压旋喷桩方案进行地基处理。 ２．２基坑的开挖 如前所述，由于室内地面以下地基未经处理，实验室大厅地 图１工程平面布置图 一面已发生不均匀的沉降，中间地带下凹明显。考虑以后大厅地面 处理，建成后结构试验承台自身的沉降，决定将建成后承台的顶 面高出现有地面约０．１ｍ。根据～期工程的规模，考虑施工模板 期建设工程，试验承台长约ｌＯｍ，宽４．５ｍ，厚２ｍ，承台内 含有四条槽口，主要用于安装固定上部承力架、构件试验支座等 试验设备。由于承台厚度大，夏季施工，气温较高，我们采取了优 化混凝土配合比、埋放干净坚固块石、布置冷却水管、表面覆盖 的安装空间以及０．１ｍ厚的基础混凝土垫层，确定开挖基坑长约 １ ｌｍ、宽约５ｍ、深约２ｍ。同时，考虑到实验室大厅经过十多年的 使用，地下土层已经较为密实，现有地面混凝土面层对其下地层 砂层温水养护等措施，保证了混凝土的施工质量。 有一定的约束，且基础不深，因此，基坑开挖不放坡，采用设集水 ５结论 在软弱土层地区采取高压灌浆预应力锚杆施工有以下几个 关键： 的，如：油压表的读数不准，张拉装置片定位不准等都能带 来不同程度的预应力损失。在工程中发现有应力损失问题，应立 即做补偿； （３）软弱土层中的锚杆受力后，由于压缩产生的变形很大而 且变形的衰减速度也十分缓慢，在软土中进行锚杆施工中，在较 大的荷载作用下的蠕变不容忽视，它会导致对锚杆施加的预应 力值下降。采用高压灌浆锚杆可以很好的减少锚杆的蠕变变形， 在软土地区的基坑工程应用中效果明显。 （作者单位：茂名市建筑集团有限公司） （１）一般的土层锚杆采取常压灌浆锚杆，但软土地区地质条 件复杂，常压灌浆很难满足设计的要求，为了提高锚杆的抗拔 力．提高锚周效果，可以采取高压二次灌浆，并应该控制好灌浆 压力； （２）在预应力锚杆施工过程中存在的主要问题就是应力损 失问题，在张拉和锁定过程中往往都会有预应力损失，达不到设 计要求，因而影响加固效果。这主要是由于张拉设备和工艺造成 ・２００・
