土層預應力錨桿施工難點及對策

土層預應力錨桿（以下簡稱錨桿）以其造價低廉，利于縮短工期，工藝成熟，質量可靠等優點已廣泛運用于基坑支護、邊坡加固等領域。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生變形時即作用于該土體，對減少滑移土體變形起到至關重要的作用。因此，錨桿施工質量顯得尤為重要。錨桿施工根據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、預應力張拉等五個主要環節，本文針對該五個環節在施工中遇到的難點進行討論，并根據施工實踐對各難點提出相應對策。

　　1.錨桿成孔

　　目前國內應用最廣泛的錨桿成孔工藝為潛孔鉆成孔（干作業法）、回轉鉆成孔（濕作業法），前者適用于無水的風化巖、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：一是圍巖裂隙發育、巖體破碎，成孔過程中碎巖塊塌落；二是風化巖中含較多大粒徑的石英砂礫，空壓機送風難以將碎屑吹出導致碎屑堆積。

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

　　無論何種成孔工藝，當設計錨桿長度較大時，鉆桿由于接長在自重作用下本身產生一定撓曲，這種撓曲非常容易導致埋鉆。

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

　　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，多次反復清理孔壁，使孔壁圍巖趨于穩定；另采用大功率空壓機，使孔內保持較大風量及風壓，利于巖屑的清除，防止渣土的堆積。

　　回轉鉆進工藝中應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排查原因，反復用不同水壓在該段清孔，確保安全后方可繼續鉆進。成孔完成后應及時進行后續工藝施工，避免鉆具長時間停留孔內。

　　當設計錨桿水平傾角大于20°或錨桿長度大于25m時，且施工區域存在易導致埋鉆的土層時，應慎重選擇施鉆機械，在有多項不利情形時應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 流砂產生的原因及危害

　　無膠結的砂層鉆進中極易產生流砂。鉆孔開孔即遇砂層時，砂粒容易隨循環水流出，而當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生流砂。砂層中水位越高、砂層膠結及分選性越差，細顆粒的砂含量越高，產生的流砂量越大。

　　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，起到支撐穩定孔壁的作用；在砂層中鉆進時宜快速通過，減少鉆桿內射水反復對砂層的沖刷，并且采用保持正常鉆進的最小射水量。

　　在孔口設置橡膠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，只留出較小縫隙供循環水及泥漿排出。封堵材料也可以用孔隙較小的濾網，但濾網不易固定，較易滑脫，只在流砂情況不是很嚴重時采用。

　　注漿時宜在孔中設置止漿袋，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

　　錨桿腰梁是傳力結構，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、現澆鋼筋混凝土梁、型鋼梁。

　　2.1 錨桿梁變形

　　2.1.1 產生原因及危害

　　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，少數則是因為梁配筋不足或梁后缺少有一定剛度的支撐（出現于沒有設置支護樁的情況下），還有一種情況是錨頭處未設計鋼墊板導致錨桿張拉后應力過于集中。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，則張拉后容易導致錨頭偏向一側，單側的型鋼剛度不足以承受錨板壓力，出現壓曲變形。

　　腰梁在張拉后出現變形，其結果是錨桿預應力不能按設計拉力施加，即使勉強達到設計拉力，也會因腰梁變形的持續而使已施加的預應力逐漸損失，最終導致錨桿預應力失效。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向嚴重的后果――管線破壞，地面設施受損等等。

　　2.1.2 對策

　　對于噴射混凝土梁，設計上應注意其適用性，嚴格限制其使用范圍，一般僅用于土質條件較好，地下水不發育，開挖深度小于10m基坑，邊坡變形要求不太高的情形。而在施工中則應從嚴控制腰梁噴射混凝土的質量，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。噴射砼嚴格按規范要求的操作規程施工，噴砼終凝2h后根據工程重要性養護7-14d。

　　對于型鋼梁，保證其施工質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面的平整及平順上。首先錨桿施工放樣時應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整錨桿孔位；其次樁立面開挖后，應測量各樁的偏差，據此加工異形支撐板或澆灌混凝土找平層（兩者均應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，應復核完工錨桿孔口標高，圖示同排錨桿孔口標高的差異，便于確定合理的型鋼加工分段長度，標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，并報設計復核。

　　2.2 錨桿腰梁下滑

　　2.2.1 產生原因及危害

　　樁錨支護設計中未采用固定腰梁的措施或雖采用但對錨桿張拉后產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量不能滿足設計要求、樁與梁接觸面清理不徹底導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，腰梁下滑會導致錨桿松馳、預應力損失，并且預應力損失隨梁下滑幅度增大。某些極端情況下，腰梁甚至會突然下墜，錨桿預應力瞬間消失，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，地面設施的安全、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

　　首先設計上宜采用固定腰梁的措施，尤其在錨桿傾角大于25°時應采用。型鋼梁宜采用支腿設計，通過與支護樁主筋或樁內預埋的連接筋焊接鋼板支腿；鋼筋混凝土梁則可在支護樁內植筋，植筋完成后應作抗拔力檢測，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。

　　錨桿對中支架應根據桿材選用，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。另錨桿設計應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應力損失。施工中應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（即重復張拉），補償張拉選在下一層土方開挖后進行，或發現預應力損失明顯較大時進行。另外張拉時嚴格按設計要求分級張拉，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應力損失。

　　4. 總結

　　土層預應力錨桿支護體系經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，甚至出現了可回收鋼絞線錨桿。

　　總之，只有在實踐中不斷總結經驗，改良工藝，才能使土層錨桿在更廣泛的領域發揮作用。