深基坑超长预应力锚杆支护施工工法

'深基坑超长预应力锚杆支护施工工法工法编号：LEGF-151-2009 山东**置业集团有限公司 深基坑超长预应力锚杆支护施工工法1.前言近年来，我国城市建设迅猛发展，高层、超高层、大体量的工程越来越多，基坑支护的重要性逐渐被人们所认识，深基坑支护的应用随之频繁出现和应用，支护结构设计、施工技术水平也随着工程经验的积累而提高。在确保基坑边坡稳定的条件下，总结已有的经验，力求使支护结构设计与施工达到安全适用、技术先进与经济的合理平衡。基坑支护结构设计与基坑周边条件，尤其是与支护结构侧压力密切相关，决定侧压力大小的土层性质是非常重要的。应充分考虑基坑所处环境条件、基坑施工及使用时间对设计的影响。根据支护结构的极限状态、基坑侧壁安全等级、开挖深度、地下水处理是否得当等因素是深基坑设计的基本原则。综上所述，基坑支护设计要因地制宜，在获得周边环境有关资料的基础上，充分利用基坑的平面形状，使基坑支护设计既安全又节省费用。鉴于有的工程地下水位较浅，基础施工又赶在雨季施工，这就将支护结构的极限状态划分为承载力极限状态，安全等级划分为一级。同时，基础施工时要持续降水，保证地下水位保持在基础以下，在基础结构结构完成并槽壁回填完毕后，才能停止降水。当建筑物基础施工时间较长时，势必会大大增加降水费用，增加工程成本。基础工程长时间受雨水和槽边荷载的影响，基础完成后，不立即进行回填土对于深基坑工程存在安全隐患。同时，基础土方不回填，将影响后续其他工序的施工，影响工程工期。-15- 针对以上问题，我公司技术中心组织相关专业人员，成立了专门的《深基坑支护超长预应力锚杆支护施工技术研究》课题组。经过科研人员的努力，完成了深基坑桩锚支护超长预应力锚杆支护施工技术。通过在我公司施工的临邑县人民医院新病房综合楼、庆云县人民医院病房综合楼、皇明节能示范小区3#5#楼等多个工程中得到了应用。课题组通过工程应用，不断改进、总结，形成了深基坑锚桩支护超长预应力锚杆支护施工工法。2.工法特点2.1与通常的施工技预应力锚杆支护技术相比，本工法的采取桩锚支护加超长预应力钢绞线，一桩一锚，大大提高了基坑支护的安全等级。预应力钢绞线较长（32m）,在施工中造成了一定的难度。2.2超长预应力锚杆支护技术采用了掺加减水早强剂等多种提高注浆强度的措施，能提前保证基坑支护强度的效果，支护质量满足规范要求。2.3超长预应力锚杆支护技术可以保证雨季施工时，基坑边坡的稳定性，为保证工程的安全施工提供了保障。2.4同时，基坑支护完毕基础工程施工至地平，及时进行土方回填后，可以进行外脚手架扎设、地上工程等后续工序的施工，更加合理的进行工序穿插，缩短工期。2.5采用超长预应力锚杆支护施工技术，基础完成后立即进行外墙防水、土方回填工序，消除了深基坑带来的安全隐患。2.6基坑及时回填增加了主体施工的施工场地，为文明施工创造了更好的条件。-15- 2.7节能环保：基础超长预应力锚杆支护施工技术，基础完毕后停止降水，降水时间大大缩短，抽水量大大降低，有效地保护了水资源,节约了降水的动力能源。3.适用范围本工法适用于所有深基坑桩锚预应力锚杆支护。尤其适用于基础位于地下水位以下的高层建筑深基坑支护附近有正在使用的建筑物工程，也适用于大中型地下工程的施工，亦适用于施工场地狭小或工期紧需进行加强基坑外侧水平荷载的工程。4.工艺原理当工程深基坑需进行支护的时候，由于基坑附近有正在使用的建筑物或周边的土质比较复杂，为保证附近建筑物的安全和基坑支护的安全性能，要求对基坑支护的安全等级比较高。因此，对安全性能比较高的的深基坑支护工程，根据工程的特点和实际情况，我公司一般采用桩锚预应力锚杆施工或多种支护相结合的支护方式。钢绞线拉杆的柔性较好，向钻孔中沉放很容易。因此在工程中应用的比较多，用于承载能力较大的锚杆。锚杆施工前，应根据实际情况，选取一定数量的锚杆进行钻孔、注浆、张拉及锁定的试验性作业，以检验设计的合理性及施工工艺及设备的适应性。锚杆下料长度应考虑锚杆的成孔深度及张拉锁定设备所需要的长度。锚固段的钢绞线要仔细清除其表面的油脂，以保证与锚固体砂浆有良好的粘结。自由段的钢绞线要套以聚丙烯防护套等进行防腐处理。钢绞线拉杆需用特制的定位架。-15- 压力灌浆是锚杆施工中的一个重要工序。施工时，应将有关数据记录下来，以备将来查用。水泥一般不用高铝水泥，由于氯化物会引起钢拉杆锈蚀，因此其含量不会超过水泥重量的0.1%。有于水泥水化时会生三氧化硫，所以硫酸盐的含量不应超过水泥中的4%。拌合水泥浆或水泥砂浆所用的水，一般应避免采用含高浓度氯化物的水，因为会加速钢拉杆的腐蚀。预应力锚杆采用二次注浆，压力为1.0~1.5MPa。一次注浆体凝固后，方可进行二次注浆。预应力锚杆一次灌浆法中的灰砂比1：1~1：2、水灰比0.38~0.45的水泥砂浆，或水灰比0.45~0.50的水泥砂浆；二次灌浆法中的二次高压灌浆，宜用水灰比0.45~0.55的水泥浆。锚杆张拉与施加预应力。张拉前应先对张拉设备进行标定，锚杆压力灌浆后，带锚固段的强度大于15MPa并达到设计强度等级的75%后方可进行张拉。锚杆宜张拉至设计荷载的0.9~1.0倍后，再按设计要求锁定。锚杆张拉控制应力，不应超过拉杆强度标准的75%。锚杆承压面应平整，并与锚体的轴线垂直。锚杆张拉时，其张拉顺序要考虑对临近锚杆的影响。锚杆锁定值应符合设计应力值的要求，锚杆张拉与锚定作业应有详细、完整的记录。排桩及超长预应力锚杆支护的构造见立面图-15- 5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程见图5.1土方开挖、边坡修整锚喷方案设计测放锚孔位置制作锚拉钢绞线-15- 锚喷前的准备工做：降水井、观测井、排桩、截水帷幕（搅拌桩）穿插施工。拌制水泥浆基础施工成孔清渣停止基坑内降水水安放锚拉钢绞线和注浆管室外回填土注浆、二次注浆敷设钢丝网、喷浆安装腰梁张拉锁定锚杆实验图5.1深基坑支护超长预应力锚喷支护施工工艺流程5.2操作要点5.2.1深基坑支护方案选择1、根据工程图纸和地质条件，结合工程实际情况进行深基坑支护方案设计。2、当主体结构工程工期较紧，且现场比较狭窄时，边坡放坡系数较小，深基坑支护应当采用超长预应力锚喷支护方案。3、当深基坑附近有正在使用的建筑物且短时间内不拆除时，为防止边坡变形影响附近建筑物的安全，应当采用超长预应力锚喷支护方案。-15- 4、若工程基础施工正经过雨季施工，为保证边坡的稳定性，应当采用超长预应力锚喷支护方案。5、对于部分工程要求基础不能长时间暴露，需立即进行土方回填的工程，可选择超长预应力锚喷支护方案。5.2.2锚孔定位放线根据基坑开挖情况，使用校验合格的水准仪和钢卷尺，依据设计锚孔标高位置，进行定位放线，锚孔桩位使用白灰点内插钢筋作为标记，放线完毕，自检合格后，报请监理及业主人员复核验线并确认。5.2.3钻机对点就位钻机对点要求底盘稳固，然后按照设计要求调整倾角，使之满足设计要求的18°倾角。成孔前，尺量检查钻头直径，保证成孔直径≥Φ150，对点合格，有当班施工员下达开孔通知单。5.2.4钻进成孔成孔钻头直径Φ150，成孔前进时，采用泥浆护壁，泥浆比重为1.2，钻至设计深度及时调浆清渣，下入杆体前，要求泥浆比重为1.15~1.20,成孔孔深偏差±0.10mm，孔位偏差±100mm。5.2.5杆体制做并安放锚杆杆体采用ΦS15.2钢绞线，每间隔2m,设置一组定位支架，保证钢绞线下入孔内后居中。同时在支架中心位置安放Φ20的塑料管随同钢绞线共同下入孔内，作为二次注浆的注浆管。锚杆自由段要用胶带缠裹密实，防止浆液与锚杆连接。5.2.6拌制水泥浆并注浆-15- 拌制水泥浆用水泥标号P.032.5,水灰比为0.5，一次注浆使用PH-80注浆泵压力注浆，拌制好的水泥浆应始终处于搅拌状态。锚杆注浆采用二次注浆工艺。注浆管与杆体钢筋一起送入孔内，二次注浆管进行可灌密封处理，一次性注浆时，以小于浆面上升的速度缓慢均匀地抽出一次注浆管，带孔口返出纯水泥浆后，立即封堵孔口，停止注浆，抽出一次注浆管。一次注浆后2~3天，进行二次压力注浆，二次注浆压力控制在2.5~5.0MPa。5.2.7安装腰梁及张拉、锁定腰梁使用2根18B的槽钢，并加设200*200*16的钢板垫板，腰梁安装及张拉、锁定在注浆后7~10天后进行。采取隔一拉一的方式进行，可减小锚杆张拉时腰梁的变形对以锁定锚杆的影响。正式张拉前取设计荷载的105%进行预应力张拉，锚索的锁定值取设计荷载的0，6倍。张拉使用CQT-60T式穿心千斤顶，张拉至设计要求的1.05倍，稳荷3min后，卸压至设计值的60%锁定。5.2.8锚杆实验锚杆实验依据《建筑基坑支护技术规程》附录E.3有关规定进行，在已完成的锚杆中随机抽样进行锚杆验收试验。锚杆锚固段浆体强度达到75%后进行锚杆试验，锚杆最大试验荷载取锚杆抗拉设计值Nu。锚杆试验加荷等级和观测时间见下表加荷等级0.1Nu0.2Nu0.4Nu0.6Nu0.8Nu1.0Nu观测时间（min）555101015锚杆验收的标准：锚杆加至最后级荷载，锚头位移相对稳定，即在观测时间内锚头位移量在2h内小于2.0mm。-15- 6.材料与设备6.1本工法采用的主要材料见表6-1表6-1主要材料序号材料名称材料规格单位数量备注1锚索ΦS15.2t12.22腰梁18B槽钢m9343塑料管Φ20m96434锚具个5125垫板200*200*16块5126钢筋22T8.34支护桩7钢筋Φ16T7.2冠梁8砼C25m³230支护桩9水泥P.032.5RT75锁锚6.2本工法采用的主要机具见表6-2表6-2主要机具序号材料名称材料规格单位数量用途1交流电焊机BX2-300台1钢筋焊接2砼输送泵HBT-60台1支护桩3钢筋调直机GT6/12台1钢筋加工-15- 4振动棒Φ50mm根1膨胀砼振捣5钢筋切断机GQ40台1钢筋加工6钢筋弯曲机GW40台1钢筋加工7注浆泵BW-250台1锚索注浆8注浆泵PH-80台1锚索注浆9吊车25t台1调防钢筋笼10砼喷射机PZ-5B台1砼喷面11空压机9m³1砼喷面12砂浆泵3匹台4循环泥浆、排废泥浆13全站仪SET610台1定位放线14水准仪S3台1标高测量15装载机ZD30台1清理土方16潜水泵1.5KW台25降水17污水泵2．2KW台2雨后排水7.质量控制7.1严格控制材料质量关：水泥必须有出厂合格证书且按规定复试合格；锁锚和锁具应有出厂合格证书，不得破损；槽钢应有出厂合格证书，应安装牢固7.2深基坑支护施工质量应符合《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)的相关规定。-15- 7.3降水应严格按照《建筑与市政降水工程技术规范》JGJ111-98的有关规定组织施工。7.4喷射素混凝土必须控制好水灰比及拌合物的均匀性，分层喷射，完毕后应加强养护。7.5采用人工观察方法检查锚喷支护外观，锚喷支护面不应有漏喷、裂缝、空鼓、钢筋网及锚杆顶端外露现象。8．安全措施安全是工程顺利进行的关键，本工程成立以项目经理为主的安全生产领导小组，全面负责工程的一切安全问题，制定安全生产措施。项目经理为工程安全的第一责任人，各班组长为本班组安全第一责任人。设立专职安全员，全面落实安全生产措施，查处安全隐患。8.1工程开工前进行专题安全技术交底，并下达施工班组，对施工人员加强安全教育，树立“安全第一、预防为主”的思想。8.2每周组织一次各专业班组的安全员进行综合性安全检查，并随即召开安全专题会议，及时了解和掌握安全施工动态，消除隐患，总结布置日常工作。8.3施工用电统一规划，由专职电工统一管理，严禁乱接、乱拉电缆电线，配电盘搭设防雨蓬，加设防护栏，并进行标识；专职电工经常检查用电设备的绝缘情况，电缆、电线和漏电保护器是否完好。8.4经常检查钻杆接头的丝扣情况，备足丝头，及时更换，以避免因钻杆、钻头脱扣伤人。钻机传动部分必须加设防护网。-15- 8.5施工车辆在场内行走时，司机应集中精力，认真观察周围情况，避免意外。8.6成桩过程中的废弃泥浆，按建设单位要求集中排放至现场东南角，存放废泥浆池处应加护栏并作醒目标识。8.7夜间施工照明要充分，普通照明与强光镝灯照明相结合。8.8起吊钢筋笼时，应由专人指挥，吊起的钢筋笼下严禁站人，作业区内禁止非施工人员进入。8.9所有进入施工现场人员必须戴安全帽，穿工作服、工作鞋。8.10高空作业时，作业人员必须系好安全带。8.11注浆作业操作工不得擅离工作岗位，司泵工发现注浆压力异常，应及时停泵检查。9．环保措施9.1施工现场成立以项目经理为组长的环境保护小组，对所有进场人员，必须先进行环保知识教育，严格遵守公司关于《环境、职业健康一体化》文件的要求，完善各项管理制度，逐级落实责任，将组织、落实、检查、验收一体化、规范化、制度化。9.2锚桩支护预应力锚杆施工中，应该做好建筑施工现场的环境管理工作，依照ISO14000标准，根据《中华人民共和国环境保护法》，采取有效的管理措施做好环保工作。9.3混凝土及注浆施工时，应采用低噪声环保型振捣器，以降低城市噪声污染。-15- 9.4所有材料必须使用无污染环保型材料。10．效益分析以临邑县人民医院新病房综合楼为例进行效益分析。10.1经济效益以桩锚支护超长预应力锚杆支护和普通预应力支护方案进行比较。造价对比分析见表10.1。表10.1造价对比分析表序号项目名称普通支护（元）超长预应力锚喷支护（元）1井点降水22725165602附近建筑加固――3Φ20塑料管――14004水泥――66365钢绞线――88026费用合计333987费用差10.2社会与环境效益10.2.1由于该工程采用了桩锚支护超长预应力锚喷技术，基础完成后立即进行外墙防水、土方回填工序，消除了深基坑带来的安全隐患。10.2.2基坑及时回填增加了主体施工的施工场地，为文明施工创造了更好的条件。-15- 10.2.3及时进行基础外墙防水、室外土方回填，减少了地下室暴露的时间，降低了因地下室暴露期间昼夜温差产生结构裂缝的概率。10.2.4同时，及时进行土方回填后，可以进行砌体等后续工序的施工，更加合理的进行工序穿插。该工程因此项技术缩短工期15天。10.2.5桩锚支护超长预应力锚喷施工技术，提高了深基坑支护的安全等级，保证了周围建筑物的安全。该工程基坑防护质量完全满足基坑防护规范要求。10.2.6节能环保：该工程采用深层搅拌桩做为截水帷幕，降水量大大减少，降水时间大大缩短，抽水量大大降低，有效地保护了水资源。对保护城市地下水位的相对高度起到了一定的积极作用。11．应用实例11.1临邑县人民医院新病房综合楼工程概况：临邑县人民医院新病房综合楼工程位于山东省临邑县广场大街105号临邑县人民医院院内。本工程为高层公共建筑,主体地上22层，地下1层，建筑高度约86.95米，主楼平面呈矩形，长度79.20米，宽度27.00米；地下室为设备用房及仓库，层高4.5米；总建筑面积约57564㎡。结构形式：框架-剪力墙结构；基础采用灌注桩筏板基础。本工程结构安全等级为二级，地下室防水等级为二级；建筑结构设计使用年限50年；耐火等级为一级，抗震设防类别为乙类；地基基础设计等级甲级。-15- 临邑县人民医院拟在原病房楼东侧新建综合病房楼一栋，该工程地上二十二层，地下一层，桩筏基础，基坑开挖深度约7米。基坑北侧有传染科3层病房楼，天然地基条形基础，距基坑边线约3米，南侧为4层门诊楼，天然地基条形基础，距基坑边线约1.7~3米，西侧为12层病房楼，桩筏基础，距基坑边线约3米，东侧较开阔。基坑与周边建筑物较近，为确保地下结构施工及基坑周边环境的安全，需采取一定措施对基坑进行支护。1.2基坑支护设计方案根据周边环境的条件，各部位采用了不同的支护方案，北侧和南侧采用桩锚支护，东侧采用土钉墙支护，西侧采用悬臂桩支护。桩锚支护设一层锚索（钢管桩设两层锚索），一桩一锚，锚索直径150mm，长度16~32米。北侧和南侧支护桩为钻孔灌注桩，桩径600mm，桩长11.5~13.5米，南侧东部支护桩为钢管桩，桩径150mm,钢管为直径108mm，壁厚6mm的无缝钢管。西侧悬臂桩桩径600mm,桩长12.5米。11.2庆云县人民医院病房综合楼工程概况：庆云县人民医院病房综合楼工程，位于庆云县人民医院内北端，开元大街西侧，光明路南侧。建设单位为庆云县人民医院，监理单位为德州建设监理有限公司，设计单位为山东省建筑设计研究院。用地性质为医疗用地。东侧距开元大街中心线37.1米，北侧距光明路中心线87.2米。南侧与现有拟建门诊病房综合楼距18.5米。建筑总用地面积1760.12m²，总建筑面积21551.44m²，其中地下1162.08m²，地上10669.2m²，框架剪力墙结构，地下一层，地上十七层一层设备层。东西长73m、南北宽30.6m。该工程南侧临庆云县人民医院原病房楼，十二层，属小高层建筑，基坑开挖很容易影响病房楼的结构安全。东临庆云县开元大街，人行路下各种城市管线众多，很容易影响市政管线及市政路面的安全。-15- 根据本工程的地质勘查报告和施工现场实际情况，该工程地下水位较浅（-1.50m），基础施工须采取降水措施和基坑支护措施。为降低支护费用，加快施工进度，同时便于基坑四周土方回填，不影响工程工期，经过方案比较和研究，确定工程基坑支护采用超长预应力锚喷施工技术。经过工程实践检验，超长预应力锚喷施工技术效果良好，降低了工程措施费用，缩短了工期，加强了深基坑支护的安全性，综合效益明显。11.3皇明节能示范小区3#、5#楼工程概况该工程地下水位较浅，基础施工须采取降水措施和基坑支护措施。经过方案比较，确定工程采用超长预应力锚喷技术施工方案。通过该工程的实践检验，超长预应力锚喷施工技术效果良好，降低了工程措施费用，缩短了工期，提高了深基坑支护的安全等级，综合效益明显。-15-'