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【摘要】文章结合平朔东露天选煤厂产品煤槽仓工程桩锚支护体系施工实例，重点分析预应力锚索在明挖支撑体系中工作的特点和原理以及预应力锚索的构造要点，阐述了预应力锚索施工的技术要点和施工工艺。
【关键词】深基坑支护,预应力锚索,工作原理, 施工工艺
【 abstract 】 Combining with the new flat east open coal coal slot warehouse engineering piles products anchor bracing system construction example, focuses on the analysis of prestressed anchor in Ming dig in the support system work characteristics and principle and the structure of the prestressed anchor points, this paper expounds the technical key points of construction of prestressed anchor and construction process.
【 key words 】 deep foundation pit supporting, prestressed anchor cable, working principle, construction technology
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A文章编号：
1预应力锚索作用机理分析锚固段内锚索荷载依靠锚固段预应力钢绞线与浆体相接触界面上的粘结应
力,由锚固段渐进式的往下传递,荷载作用时在锚固段上部浆体中拉应力集中,并沿深度方向衰减。在预应力锚索中设置一定长度的自由段,土体对锚固段的锚固力通过自由段传递到腰梁及支护桩上并实现受力平衡。
2锚索结构设计与性能2.1 工程概况平朔东露天选煤厂产品煤槽仓①～③轴设备端边坡桩锚支护结构，共分三
个区域24层，垂直方向锚索、土钉交替布置，倾角15°，采用信息化动态设计施工，锚索（土钉）分三阶段施工。第一阶段施工仅限于17～24层锚索（土钉），开挖至标高-13.700m处，锚索长36～40m，主材为4φs 15.2（1×7），孔径180mm，土钉长30m，主材为1Φ25，孔径150mm；第二阶段施工范围包括10～16层锚索（土钉），开挖至标高-21.400m处；其余为第三阶段施工范围，开挖至-31.500m处。完成第一阶段锚索（土钉）后，进行基本试验项目，并提交设计单位，调整设计参数修改并发出下一施工阶段图纸后再行施工。2.2锚索构造锚索由锚固段、自由段和锚头三部分构成,锚头由钢腰梁、钢垫板和锚具组成。本工程锚固段长31～35m，自由段长5.0m，锚头张拉段1.0m。架线环与箍线环交替布置，间距1500mm，如下图：
2.3锚索布置及设计参数产品煤槽仓设备端支护结构共布置锚索12排，土钉12排，交替布置，上下两排垂直距离1.1m，水平方向1.6m一根，锚索共计262根，设计荷载为350KN～450KN，锁锚力为200KN。锚索主筋由4φs15.2高强度低松弛钢绞线组成，种类1×7，Fptk=1860N/mm2，Fpy=1320N/mm2。
2.4腰梁及锁锚构造腰梁是锚索向排桩传递荷载和锚固的载体,其设计承载力与锚索的最大荷载相匹配,并满足应力集中的要求。腰梁采用两根【28C槽钢，锁锚采用JM15.2-4型和OVM15.2-4型锚具，如下图：
3 施工工艺3.1 成孔
孔位定位无误后采用MDL-120D1型钻机（螺旋钻杆）钻进，同时采用21m³/min空压机送风，全孔无水干钻，钻进时应严格控制钻进速度，防止钻孔偏斜、扭曲或变径。总进尺超过10m后每进尺3m进行一次提钻清土，如果土质过湿而导致钻杆叶片裹土，在提钻清土过程中用小锤敲击钻杆使裹于叶片上的土体剥落。在钻进过程中要认作好施工记录，如开孔时间、终孔时间、地层和地下水情况等。
3.2 清孔验收
钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻3～5分钟并保持连续送风清孔，保证沉渣厚道满足设计要求。
3.3 锚索制作
锚索制作前，要确保每根钢铰线顺直，不扭不叉，排列均匀，对有死弯、机械损伤的应剔出。
下料：钢绞线一律采用机械切割下料，其长度为：锚索设计长度+结构竖肋厚度+千斤顶长度+限位板厚度及张拉操作所需长度的总和。张拉操作余量，一般取650mm为宜，本工程下料取超出设计长度1000mm，锚筋下料应整齐准确，误差不大于50mm。锚筋的制作应搭建高于地面50cm以上与锚筋设计长度相适应的的制作台及简易防晒防雨棚。锚筋体加工完后应摆放顺直，不扭不叉，排列均匀。
承载体安装：根据施工图纸在下好料的钢绞线下端头安装导向帽，在锚索体上按设计锚固段中心间距（1.5m）安装架线环和紧箍环，其尺寸必须准确。架线环采用φ6钢筋按设计形式制作，每隔3米设置一道；箍线环由φ75钢管制作，锚固段每隔3米设置一道。架线环和箍线环间隔安装，间距为1.5m，从自由段底部开始安装第一个架线环。自由段钢绞线涂专用防腐油脂,外套PVC管（严禁含氯离子），管头用塑料胶布密封，保证自由段与浆体隔离。导向帽可点焊固定于最前端，并应留有溢浆孔，保证孔底返浆。
注浆管安装：一次注浆管采用1英寸厚壁塑料管，二次注浆及自由段注浆管采用1英寸镀锌铁管，具有足够强度，保证注浆施工过程中注浆顺利，不堵塞、爆管或破损拉断。注浆管穿索安装准确定位，一次注浆管距孔底500mm，保证在注浆过程中易拔出，二次注浆管与钢绞线绑扎结实牢固，管的头部应深入导向帽5～10cm，二次注浆管自孔底向外35m范围内进行管上打孔，孔径为5mm，间距为150mm，呈梅花型布置，管外用透明宽胶带包裹，管头用胶布、胶带封闭，防止一次注浆过程中浆液进入管内，一次、二次注浆管及自由段注浆管孔外外露均为800mm。
3.4锚索下放
錨索运输：锚索加工完毕后，主要依靠人工扛抬至孔口。搬运时，不得损坏锚索各部位，凡有损坏的必须修复。扛抬各支点间距不得大于5m，其弯转半径不宜太小。
进孔：在清孔验收后，立即将锚索安装进孔，入孔采用人工推送。入孔安放时，应防止锚索挤压、弯曲或扭转。锚索入孔的倾角和方位应与锚孔的倾角和方位一致，要求平顺推送。锚索安装先慢慢入孔，摆正方向，然后加快速度推送，依靠锚索重力及惯性下滑。尽量不要停顿，严禁抖动、扭转和串动，防止中途散索和卡阻。如中间卡住，可稍拔出一点再下推，直至下到设计深度。安装过程中若遇锚索进孔困难，可用高压风吹洗清孔一次，若还不行，再采用钻进方式冲孔，直到锚索入孔安装就位为止。安装完成后，不得随意敲击锚筋或悬挂重物。
3.5 一次注浆
下放锚索后，立即按照设计配合比进行注浆。压浆前应对压浆设备、压浆管、注浆管等进行检查，确保完好、畅通。在管路连接后可用清水压注检查，确保设备和管路运转正常，无漏浆、爆管等问题发生。
本工程锚索一次注浆采用M30水泥砂浆，水泥不低于P.O.R42.5级水泥，注浆料中加入RL-103阻锈剂，加入量按材料使用说明加入（一般加入量为水泥用量的6%），水灰比0.38～0.45，注浆压力不小于0.5Mpa。注浆浆液应按配合比搅拌均匀，随拌随用，浆液应在初凝前用完，并严防石块，杂物混入浆液。注浆采用孔底返浆法，全段一次性注浆，防止中途停止较长时间。边注浆边抽拔注浆管，保证管口埋于浆液内，实际注浆量一般要大于理论的注浆量，孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。如发现孔口浆面回落，应在30分钟内进行孔口压注补浆 2～3次，确保距孔口0.5m以下孔内浆体充满。注浆作业过程中按规定的“锚索注浆施工记录表”做好注浆记录，并进行整理。对浆体强度每30根检验一组，每组试块砂浆为6块。每批一次注浆都进行浆体强度试验，保证满足设计强度要求。
3.6 二次注浆
待第一次灌注的浆液强度达到5 MPa以上后，开始进行第二次灌浆，浆液采用纯水泥浆，水泥不低于P.O.R42.5级水泥，水灰比0.45～0.50，注浆压力不小于6.0Mpa，二次注浆为劈裂注浆， 注浆过程中浆液压力将二次注浆管管口和管上小孔打开，当达到要求压力后，要稳压2min左右，使浆液充分冲破第一次灌浆体，向锚固体与土的接触面之间扩散，使锚固体直径扩大。
3.7张拉、锚固
喷射混凝土及注浆体强度达到设计强度的75%以上时，进行张拉，张拉至设计要求锁定荷载。
预应力锚索的张拉作业基本施工程序如下：机具率定→分级理论值计算→张拉机具安装→预紧→分级张拉。
锚索伸长值计算：
式中：Fpm——预应力钢筋的平均张拉力（KN），取张拉端的拉力与固定端（两端张拉时，取跨中）扣除摩擦力损失后拉力的平均值；
Lp——预应力钢筋的长度（mm）；
Ap——预应力钢筋的截面面积（mm2）；
Ep——预应力钢筋的弹性模量（Ep=1.95×102KN/mm2）
正式张拉前取10％设计张拉值进行预张拉，对其预张拉1～2次，使其各部位接触紧密，钢铰线完全平直，而后进行整体张拉。对同一结构单元上锚筋张拉原则上要求同步进行，确保结构受力均匀。张拉过程中，对油泵操作要严格把关，加压速率不能过快，要求平稳，前三级速率一般不大于100KN/min，后二级速率一般不大于50KN/min，注意观察千斤頂活塞的运行状态，确保张拉安全进行。
锚索设计索锚力为200KN，张拉分五级进行，每级荷载分别为锁定拉力的0.10～0.20、0.50、0.75、1.00、1.05～1.10倍，位移观测时间分别为2min、5min、5min、5～10min、10～15min，并分别记录每一级钢绞线的伸长量，在每一级稳定时间内必须测读锚头位移三次。张拉后若发现有明显的预应力损失，应及时进行补张拉。张拉稳定后，卸荷至锁定荷载锁定锚索，多余钢绞线浇筑在结构层内，禁止采用火焊切除。
张拉完毕后用专业锚具进行锚固。
3.8 自由段进行二次注浆
张拉后自由段进行二次注浆，浆体采用水灰比为0.45-0.50的纯水泥浆，注浆压力不小于6.0Mpa，补至孔口位置。
4 结束语预应力锚索－排桩支撑体系在边坡支护等工程中得到了广泛的应用,设计、施工工艺与实用性技术均逐步趋于完善。平朔东露天选煤厂产品煤槽仓设备端桩锚支护体系的成功实践，为今后类似工程的施工提供了一个成功的实例 。
【关键词】深基坑支护,预应力锚索,工作原理, 施工工艺
【 abstract 】 Combining with the new flat east open coal coal slot warehouse engineering piles products anchor bracing system construction example, focuses on the analysis of prestressed anchor in Ming dig in the support system work characteristics and principle and the structure of the prestressed anchor points, this paper expounds the technical key points of construction of prestressed anchor and construction process.
【 key words 】 deep foundation pit supporting, prestressed anchor cable, working principle, construction technology
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A文章编号：
1预应力锚索作用机理分析锚固段内锚索荷载依靠锚固段预应力钢绞线与浆体相接触界面上的粘结应
力,由锚固段渐进式的往下传递,荷载作用时在锚固段上部浆体中拉应力集中,并沿深度方向衰减。在预应力锚索中设置一定长度的自由段,土体对锚固段的锚固力通过自由段传递到腰梁及支护桩上并实现受力平衡。
2锚索结构设计与性能2.1 工程概况平朔东露天选煤厂产品煤槽仓①～③轴设备端边坡桩锚支护结构，共分三
个区域24层，垂直方向锚索、土钉交替布置，倾角15°，采用信息化动态设计施工，锚索（土钉）分三阶段施工。第一阶段施工仅限于17～24层锚索（土钉），开挖至标高-13.700m处，锚索长36～40m，主材为4φs 15.2（1×7），孔径180mm，土钉长30m，主材为1Φ25，孔径150mm；第二阶段施工范围包括10～16层锚索（土钉），开挖至标高-21.400m处；其余为第三阶段施工范围，开挖至-31.500m处。完成第一阶段锚索（土钉）后，进行基本试验项目，并提交设计单位，调整设计参数修改并发出下一施工阶段图纸后再行施工。2.2锚索构造锚索由锚固段、自由段和锚头三部分构成,锚头由钢腰梁、钢垫板和锚具组成。本工程锚固段长31～35m，自由段长5.0m，锚头张拉段1.0m。架线环与箍线环交替布置，间距1500mm，如下图：
2.3锚索布置及设计参数产品煤槽仓设备端支护结构共布置锚索12排，土钉12排，交替布置，上下两排垂直距离1.1m，水平方向1.6m一根，锚索共计262根，设计荷载为350KN～450KN，锁锚力为200KN。锚索主筋由4φs15.2高强度低松弛钢绞线组成，种类1×7，Fptk=1860N/mm2，Fpy=1320N/mm2。
2.4腰梁及锁锚构造腰梁是锚索向排桩传递荷载和锚固的载体,其设计承载力与锚索的最大荷载相匹配,并满足应力集中的要求。腰梁采用两根【28C槽钢，锁锚采用JM15.2-4型和OVM15.2-4型锚具，如下图：
3 施工工艺3.1 成孔
孔位定位无误后采用MDL-120D1型钻机（螺旋钻杆）钻进，同时采用21m³/min空压机送风，全孔无水干钻，钻进时应严格控制钻进速度，防止钻孔偏斜、扭曲或变径。总进尺超过10m后每进尺3m进行一次提钻清土，如果土质过湿而导致钻杆叶片裹土，在提钻清土过程中用小锤敲击钻杆使裹于叶片上的土体剥落。在钻进过程中要认作好施工记录，如开孔时间、终孔时间、地层和地下水情况等。
3.2 清孔验收
钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻3～5分钟并保持连续送风清孔，保证沉渣厚道满足设计要求。
3.3 锚索制作
锚索制作前，要确保每根钢铰线顺直，不扭不叉，排列均匀，对有死弯、机械损伤的应剔出。
下料：钢绞线一律采用机械切割下料，其长度为：锚索设计长度+结构竖肋厚度+千斤顶长度+限位板厚度及张拉操作所需长度的总和。张拉操作余量，一般取650mm为宜，本工程下料取超出设计长度1000mm，锚筋下料应整齐准确，误差不大于50mm。锚筋的制作应搭建高于地面50cm以上与锚筋设计长度相适应的的制作台及简易防晒防雨棚。锚筋体加工完后应摆放顺直，不扭不叉，排列均匀。
承载体安装：根据施工图纸在下好料的钢绞线下端头安装导向帽，在锚索体上按设计锚固段中心间距（1.5m）安装架线环和紧箍环，其尺寸必须准确。架线环采用φ6钢筋按设计形式制作，每隔3米设置一道；箍线环由φ75钢管制作，锚固段每隔3米设置一道。架线环和箍线环间隔安装，间距为1.5m，从自由段底部开始安装第一个架线环。自由段钢绞线涂专用防腐油脂,外套PVC管（严禁含氯离子），管头用塑料胶布密封，保证自由段与浆体隔离。导向帽可点焊固定于最前端，并应留有溢浆孔，保证孔底返浆。
注浆管安装：一次注浆管采用1英寸厚壁塑料管，二次注浆及自由段注浆管采用1英寸镀锌铁管，具有足够强度，保证注浆施工过程中注浆顺利，不堵塞、爆管或破损拉断。注浆管穿索安装准确定位，一次注浆管距孔底500mm，保证在注浆过程中易拔出，二次注浆管与钢绞线绑扎结实牢固，管的头部应深入导向帽5～10cm，二次注浆管自孔底向外35m范围内进行管上打孔，孔径为5mm，间距为150mm，呈梅花型布置，管外用透明宽胶带包裹，管头用胶布、胶带封闭，防止一次注浆过程中浆液进入管内，一次、二次注浆管及自由段注浆管孔外外露均为800mm。
3.4锚索下放
錨索运输：锚索加工完毕后，主要依靠人工扛抬至孔口。搬运时，不得损坏锚索各部位，凡有损坏的必须修复。扛抬各支点间距不得大于5m，其弯转半径不宜太小。
进孔：在清孔验收后，立即将锚索安装进孔，入孔采用人工推送。入孔安放时，应防止锚索挤压、弯曲或扭转。锚索入孔的倾角和方位应与锚孔的倾角和方位一致，要求平顺推送。锚索安装先慢慢入孔，摆正方向，然后加快速度推送，依靠锚索重力及惯性下滑。尽量不要停顿，严禁抖动、扭转和串动，防止中途散索和卡阻。如中间卡住，可稍拔出一点再下推，直至下到设计深度。安装过程中若遇锚索进孔困难，可用高压风吹洗清孔一次，若还不行，再采用钻进方式冲孔，直到锚索入孔安装就位为止。安装完成后，不得随意敲击锚筋或悬挂重物。
3.5 一次注浆
下放锚索后，立即按照设计配合比进行注浆。压浆前应对压浆设备、压浆管、注浆管等进行检查，确保完好、畅通。在管路连接后可用清水压注检查，确保设备和管路运转正常，无漏浆、爆管等问题发生。
本工程锚索一次注浆采用M30水泥砂浆，水泥不低于P.O.R42.5级水泥，注浆料中加入RL-103阻锈剂，加入量按材料使用说明加入（一般加入量为水泥用量的6%），水灰比0.38～0.45，注浆压力不小于0.5Mpa。注浆浆液应按配合比搅拌均匀，随拌随用，浆液应在初凝前用完，并严防石块，杂物混入浆液。注浆采用孔底返浆法，全段一次性注浆，防止中途停止较长时间。边注浆边抽拔注浆管，保证管口埋于浆液内，实际注浆量一般要大于理论的注浆量，孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。如发现孔口浆面回落，应在30分钟内进行孔口压注补浆 2～3次，确保距孔口0.5m以下孔内浆体充满。注浆作业过程中按规定的“锚索注浆施工记录表”做好注浆记录，并进行整理。对浆体强度每30根检验一组，每组试块砂浆为6块。每批一次注浆都进行浆体强度试验，保证满足设计强度要求。
3.6 二次注浆
待第一次灌注的浆液强度达到5 MPa以上后，开始进行第二次灌浆，浆液采用纯水泥浆，水泥不低于P.O.R42.5级水泥，水灰比0.45～0.50，注浆压力不小于6.0Mpa，二次注浆为劈裂注浆， 注浆过程中浆液压力将二次注浆管管口和管上小孔打开，当达到要求压力后，要稳压2min左右，使浆液充分冲破第一次灌浆体，向锚固体与土的接触面之间扩散，使锚固体直径扩大。
3.7张拉、锚固
喷射混凝土及注浆体强度达到设计强度的75%以上时，进行张拉，张拉至设计要求锁定荷载。
预应力锚索的张拉作业基本施工程序如下：机具率定→分级理论值计算→张拉机具安装→预紧→分级张拉。
锚索伸长值计算：
式中：Fpm——预应力钢筋的平均张拉力（KN），取张拉端的拉力与固定端（两端张拉时，取跨中）扣除摩擦力损失后拉力的平均值；
Lp——预应力钢筋的长度（mm）；
Ap——预应力钢筋的截面面积（mm2）；
Ep——预应力钢筋的弹性模量（Ep=1.95×102KN/mm2）
正式张拉前取10％设计张拉值进行预张拉，对其预张拉1～2次，使其各部位接触紧密，钢铰线完全平直，而后进行整体张拉。对同一结构单元上锚筋张拉原则上要求同步进行，确保结构受力均匀。张拉过程中，对油泵操作要严格把关，加压速率不能过快，要求平稳，前三级速率一般不大于100KN/min，后二级速率一般不大于50KN/min，注意观察千斤頂活塞的运行状态，确保张拉安全进行。
锚索设计索锚力为200KN，张拉分五级进行，每级荷载分别为锁定拉力的0.10～0.20、0.50、0.75、1.00、1.05～1.10倍，位移观测时间分别为2min、5min、5min、5～10min、10～15min，并分别记录每一级钢绞线的伸长量，在每一级稳定时间内必须测读锚头位移三次。张拉后若发现有明显的预应力损失，应及时进行补张拉。张拉稳定后，卸荷至锁定荷载锁定锚索，多余钢绞线浇筑在结构层内，禁止采用火焊切除。
张拉完毕后用专业锚具进行锚固。
3.8 自由段进行二次注浆
张拉后自由段进行二次注浆，浆体采用水灰比为0.45-0.50的纯水泥浆，注浆压力不小于6.0Mpa，补至孔口位置。
4 结束语预应力锚索－排桩支撑体系在边坡支护等工程中得到了广泛的应用,设计、施工工艺与实用性技术均逐步趋于完善。平朔东露天选煤厂产品煤槽仓设备端桩锚支护体系的成功实践，为今后类似工程的施工提供了一个成功的实例 。