1. 前言
预应力锚索在深基坑中的应用日益引起人们的关注，它是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种挡土结构由于具有安全有效经济合理等优势，在我国基础工程项目得以迅速推广应用。所谓的预应力锚索是锚杆技术发展的产物，是通过钻孔将钢绞线或高强钢筋锚固于稳定土体中，并通过张拉产生的预应力达到稳定边坡土体或加固限制其变形的目的，可用于工业与民用建筑的基坑支护中,并与其他支护联合使用均取得良好效果获得显著的社会效益和经济效益。工
法特点
1、适用于各种场地和地形，施工作业面不大，整个加固结构轻便，占用空间小，不影响土方开挖和地下室施工，对施工场地狭小放坡困难有相邻建筑，大型护坡设备不能进场时，具有独特优越性。
2、预应力锚索即可单独使用充分利用岩土自身强度，从而节省大量的工程材料，同时又可与其他支护结构组合使用，改善受力状态，具有显著地经济效益。
3、预应力锚索柔性大，有良好的抗震性和延性，可以深层加固，同时能够主动控制岩体变形，调整土体受力状态，有利于岩体稳定性。
2. 适用范围
预应力锚索加固技术已广泛应用于建筑结构物加固、边坡治理、大型地下洞室及深基坑支护等工程。即可用于永久性加固，又可用于
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施工场地临时加固工程，即可单独使用又可与其他加固结构联合使用。
3. 工艺原理
预应力锚索由锚固段、自由段和锚头三部分组成。锚固段位于稳定土体内起到提供锚固力的作用。自由段是连接锚固段的部分，不但起到传递锚固力的作用，而且对锚索锁定提供必要的延伸量。锚头是把拉力施加在腰梁或冠梁上，并对拉力进行锁定。预应力锚索在基坑开挖前（过程中）预先施加应力进行锁定，该应力通过锚索自由段传递到锚固段，最后有锚固段所在的稳定土体承担，由于提前施加的锚拉力，基坑开挖时护壁桩和其后土体的位移和变形有效地受到限制。
1—混凝土封锚; 2—锚具；3—钢垫板；4—腰梁；5—孔壁;6—自由段经防腐处理的钢绞线；7—隔离支架；8—对中支架；9—水泥浆；10—注浆管；11—裸露钢绞线；12—导向帽；
4. 工艺流程
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5. 施工准备
6.2 技术准备
1、锚索施工必须清楚施工地区的土层分布和各土层的物理力学特性，还需要了解地下水及其随时间的变化情况，以及地下水中化学物质的成分和含量，这对于确定锚索的布置选择钻孔方法等十分重要。
2、支护施工图纸齐全，包括支护平面图、剖面图及总体尺寸；挡土的结构类型、详细设计图纸及设计说明；标明锚索位置、尺寸（直径、孔径、长度）倾角和间距。
3、编制锚索施工组织设计，确定施工顺序；保证供水、排水和动力的需要；制定机械进场、正常使用和保养得维修制度；安排好劳动组织和施工进度计划；施工前应进行技术交底。
4、锚索支护宜在排出地下水的条件下进行施工，应采取恰当的降、排水措施排出地下水，以避免土体处于饱和状态并减轻作用于面层上的净水压力。基坑四周支护范围内应预修整，构筑排水沟或混凝土地面，防止地表水向下渗透。靠近基坑坡顶2～4m的地面应适当垫高，并应里高外低，便于径流远离边坡。
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5、现场测试监控方案，以及为防止危及周围建筑物、道路地下设施安全而采取的措施及应急方案；了解支护坡顶的允许最大变形量，对邻近建筑物、道路、地下设施等环境影响的允许程度。
6、确定基坑开挖线、轴线定位点、水准基点、变形观测点等，并在设置后加以妥善保护。
6.2 材料及机具设备的准备
1、主要设备:锚杆钻机、空压机、高压泵、低压泵、泥浆搅拌机、切割机、电焊机、高压油泵、张拉机等。
2、主要材料:钻头、钻具、电气焊、钢绞线、锚板与夹片、锚具、隔离支架、对中支架等特殊配套工具。
3、材料要求:
制作锚索的材料主要有不同规格的钢绞线和高强钢丝。选取锚索用材料时应考虑材料的特点、锚固力大小、锚索长度和施工场地等因素。锚索材料应按设计要求选取符合有关标准的合格产品，当使用非国家标准的材料时，应对材料的性能进行充分论证，并出具相应的技术鉴定材料。
使用的锚索材料必须有出厂质量证明书和标牌外，还应对其性能进行抽样检验，包括外观和力学性能两方面。
水泥用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，并有出场合格证；水用pH值小于4的水；所用的化学添加剂必须有出场合格证。
6. 操作要点
7.1 边坡修整
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边坡开挖必须按设计要求分层分级开挖,严格做到开挖一级支护一级,上一级未支护完,不得开挖下一级,避免边坡暴露时间过长,造成新的危害。对具有特殊变形迹象的边坡开挖,可采用分段跳挖或两侧向中间推进开挖的方式并同步进行支挡。在开挖过程中要根据钻机特点确定土方开挖深度和开挖工作面，一般挖土至预应力锚索标高以下500mm，留出的工作面宽度不小于7m。
每层土体开挖后的桩面配置Φ6.5@250mm的双向钢筋网，并喷涂混凝喷，在涂过程中要保证预应力锚索所在位置的混凝土面平整坚固，并满足局部抗压要求。该过程应在土方开挖后随即进行，防止桩间土坍塌。 7.2 孔位放线
按照设计要求采用拉线尺量，结合水准仪测量放线。并用油漆标记确定，确定锚孔位置。孔位坐标误差不得大于100mm。具体位置详见下图
7.3 造孔
搭设钢管脚手架，脚手架的平台位置与钻孔位置对应，钢管脚手架的横杆与纵杆之间利用斜杆加固，然后铺设厚木板形成钻机操作平
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台。要求脚手架在平台和坡面上的受力点打入地层不小于20cm，同时所有的扣件牢固连接。
造孔的孔深、孔径均不得小于设计值，钻孔的倾角、方位角应符合设计要求。其允许误差值如下：
（l）有效孔深的超深不得大于20cm；
（2）机械式锚固段的超径不得大于孔径的3％，最大不得大于5mm；
（3）孔斜误差不得大于3％；凡有特殊要求时其孔斜误差不宜大于0．8％；
（4）孔径不得小于设计孔径的10mm；
钻机严格按照设计孔位倾角和方位角准确就位，并用测角工具控制角度，当钻进200mm～300mm后应校正角度，钻机在钻孔过程中应做到“正、平、稳、固”，钻进过程中钻机的推力和扭矩要适当以便在出现卡钻是能够有足够的力量进行处理。钻孔后要反复提插孔内钻杆，并用水冲洗直至出清水，再接下一节钻杆，为了使锚固端发挥最大的锚固作用，孔壁不得塌陷和松动，否则会影响拉杆的安放和锚索的承载力。当土层易坍塌时，应加快成孔速度，必要时下套管护壁。
钻孔过程中既要注意地下隐蔽物安全，又要防止钻进过程中钻到地下电缆等物的不安全因素，当发现锚孔地层出现异常情况要及时向上汇报，经分析查明后方可继续。
钻孔必须采用清水，不能采用泥浆及浑浊泥水清孔，否则因泥浆附着于钻孔孔壁起隔离作用，使水泥浆无法渗入周围土体中，使水泥
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浆与孔壁间的摩擦力减小。 7.4 锚索制作安装
钢绞线下料长度计算公式： L=a+b+c
L—钢绞线下料长度,mm; a—钢绞线设计长度,mm; b—外锚头厚度，mm；
c—锚具长度（垫板、千斤顶），mm；
下料时钢绞线的切割应采用砂轮切割机，禁止用电焊或气割，以免钢绞线头松散及钢绞线受热损伤而降低抗拉强度。
为保证钢绞线在孔中处于居中位置，防止自由段产生过大的挠度和插入钻孔时不搅动孔壁并保证钢绞线有足够的保护层，应沿沿钢绞线间距1.5m套上隔离支架和对中支架，并用铅丝绑扎牢固，在绑扎过程中钢绞线要顺直，不要歪扭，更不要出现相互交错的现象。注浆管居中放置前端距锚索端头500mm，并在注浆管前端开设两对注浆孔。钢绞线前端套上导向帽，并导向帽牢固的固定在钢绞线上。锚索自由段涂防锈漆两道并用塑料波纹管包裹，两端用胶带密封防止时水泥浆液渗入自由段的塑料波纹管内。要求组装的锚索整体性好，每根钢绞线上无伤痕，搬运过程中不走形错位，注浆管畅通，锚固段钢绞线无油污。最后在锚索上编号以便对号入孔。
锚索主要配件示意图
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a)导向帽； b）隔离支架； c）对中支架
锚束制作所采用的隔离架、支撑环装置及绑扎方式均不得妨碍张拉与灌浆的施工操作。对中支架必须保证钢绞线处于居中位置，钢绞线四周应有足够的水泥浆保护层厚度，从而提高锚固力。
锚索安装应在钻孔验收合格后立即进行，安装时应采用人工通过架体送入孔中完成，注浆管随锚索绑在一起同时放入孔内，放置时要求操作人员均匀用力并按设计的倾角和方位角平顺推进，严禁抖动、扭转和串动防止中途散束和卡阻。在锚索推进预定深度后，检查注浆管是否畅通。 7.5 灌浆
灌浆的关键是如何将孔底的空气、泥浆排出孔外，保证灌浆饱满密实。
注浆水泥应有出场材质证明书，应严格按规定计量拌合均匀，水泥浆水灰比宜采用0.45-0.50的纯水泥浆。随伴随用，搅拌时间应≥3min，确保搅拌均匀并经8×8mm筛网过滤方可使用。
锚索注浆分为常压注浆和高压注浆两个步骤，注浆体强度不低于25Mpa。锚索放入孔后半小时内应进行一次常压注浆，从孔底向上直至孔口溢浆为止，待浆面下降至一定位置后进行补浆，以保证注浆饱满；二次高压注浆在一次常压注浆强度达到5.0Mpa后进行，且二次
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注浆浆液冒出孔口方可停止注浆，注浆压力控制在2.5—5.0Mpa，并在施工中严格记录水泥用量。注浆完成后，自然养护不少于7天，在浆体硬化前，不能承受外力或有外力引起的锚杆移动。
若注浆量超过理论注浆量的3倍且压力较小时，应及时查明附近是否有地下工程。在注浆过程中还应防止注浆压力过大造成边坡发生破坏，所以在注浆前必须进行有关的稳定验算和现场调查。
为给锚索张拉提供依据，注浆时应对预应力锚索的浆液取样做抗压试验，并要求锚索张拉时混凝土强度不得低于设计强度的80％。 7.6 锚具安装
锚垫板采用300×300×20钢板，腰梁采用20a#工字钢，腰梁与桩间用细石混凝土填充密实。安装应保证锚具面与钢绞线受力方向垂直。
7.7 张拉锁定
预应力张拉前应对张拉设备、压力表、千斤顶等进行标定，张拉机具操作人员应定人定位持证上岗。
锚索承压垫板应平整，锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，
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千斤顶轴线与锚孔及钢绞线同轴线，确保受力均匀。
锚索张拉宜在锚固体强度大于20Mpa并达到设计强度的80％后进行，预应力锚索张拉时应分段分区进行，防止临近锚索相互影响，应采用“隔二拉一”或“隔一拉一”的方式进行。
张拉开始应取10％－20％的设计张拉荷载对锚索张拉1－2次，使钢绞线拉紧各部位接触紧密， 再进行整索张拉。
分级加载和整索加载程序
在补充差异荷载后分五级按有关规范规定施加，即荷载的25％、50％、75％、100％和110％。最后荷载张拉时应维持10min。预应力卸载后48h内，若发现预应力损失大于锚杆设计值的10％时，应进行补偿张拉。
张拉加载及卸载应缓慢平稳。张拉过程中应采用双重控制，以压力表读数为主，伸长值为辅进行复核，当锚索张拉实测伸长值与理论计算伸长值偏差超出10％或小于－5％时，应停机检查，待查明原因并采取措施后方可恢复张拉。
张拉过程中如遇预应力钢绞线断裂，夹片出现可视裂纹，千斤顶严重漏油，油泵压力表反应异常等情况，应停机检查处理。
张拉过程中发现有以下几种情况容易造成张拉失败，进而导致锚索失效。第一种破坏形式是注浆体与地层界面间发生破坏，这是因为一是注浆压力难以达到要求，浆液扩散范围过小；二是成孔孔壁粗糙
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程度难以足够的粘结力；三是下锚后注浆不及时造成孔内可能发生坍孔，影响了注浆的质量。第二种破坏形式表现为沿锚索体与注浆体界面破坏，从施工记录及破坏情况分析来看，原因一是因为无粘结钢绞线外包塑皮破坏，二是因为注浆浆液发生分层现象。第三种问题是以设计承载力难以锁定锚索，锚头位移过大；这种情况主要发生在锚垫墩坐落于土石交错地段，还有一种原因分析后认为主要是因为锚固段埋入稳定地层中的深度不足所引起。 7.8 封锚
预应力锚索为受力构件，外锚头一旦失效就会前功尽弃，故对外锚头要加以保护，防止产生锈蚀。一般情况下采用C20细石混凝土将外锚头（含钢垫板）保护起来。其作法如下：用手提式切割机把外露钢绞线切掉，留长为500mm，然后支模，保护层厚度≥4㎝，最后浇注混凝土。
锚索剖面图
7. 锚索施工时应注意的问题
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1、由于地质原因，有时预定的设计孔位次造孔成功，需要调整孔位。出现这种情况时，要把废孔用砂浆注满，再另行开孔，调整的角度在±2°以内。
2、钢绞线在组装前和组装后都不要有伤痕，特别要防止电焊烧伤和硬物击打。
3、注浆管进入后，前端被泥土或岩粉堵塞，可用压缩空气或高压水冲管，直到畅通为止。经过处理仍然不通，可拔出注浆管在原位另送注浆管，如果送不进去，只有有拔出锚索，重新用钻机洗孔，再送入锚索。
4、在滑动边坡上施工锚索，先施工的锚索将首先承受因边坡滑动产生的张力，当张力超过锚索的断裂强度时，有的钢绞线可能断裂，锚具中的卡片飞出，断裂点通常在卡片附近。如果此时多余的钢绞线尚未切除，可将断裂锚索处的锚垫板下面的岩土挖除，把锚索切断，重新从锚环中穿入短钢绞线锚索，用钢绞线对接器把钢绞线接好，然后再单根张拉，最后把锚垫板挖空处用片石填满，并向片石中注浆。
5、在施工过程中要保护好已送入的锚索外露端，钢绞线不能被机械碾压，产生变型或破损。
8. 试验与监测
预应力锚索试验包括材料试验，锚索受力性能试验及验收试验。 材料试验分钢绞线力学性能试验、锚具硬度检查。
锚索受力性能试验的条件，所用的锚索、张拉机具及施工工艺必须与实际工程相同，张拉力值应以测力计读书为准。
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验收试验按设计要求随机抽样进行，其抽样数一般为5％，但不得小于3束验收合格标准应由设计确定。
各项试验应提出实验报告，实验报告的主要内容包括：试验方法、数量使用的材料、设备、仪器、加载过程、伸长值量测，实验结果整理分析，并作出试验结论。
施工期间监测工作必须与预应力锚索张拉同步进行，及时整理资料，迅速反馈信息，进行动态设计，调整施工工艺。
按照规范规定对基坑、周边建筑物、道路管线的沉降位移进行检测，在基坑四周设置水平位移及沉降观测点，基坑监测必须由专人对监测结果及时进行反馈，发现异常情况及时通知相关人员，并作研究处理。
9. 质量要求
1、钻孔的孔位、孔深、倾斜度应按设计要求进行严格控制，保证孔位达到设计和规范要求。
2、严格执行“三检”制，作好班组自检，必须作好各工序的施工记录，施工中上道工序不合格或未经监理工程师验收签证的预应力锚索阶段产品，不得进入下一道工序施工。
3、认真做好施工记录，各道工序施工人员必须经培训并经考核合格后方可上岗作业，严禁违章操作。
4、工具锚夹片与工作锚夹片两者不可混用，工具锚夹片使用一般不宜超过10次。工作锚板、限位板和工具锚板之间的钢绞线一定要保持顺直，不能相互扭结，以保证张拉的顺利进行。
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5、锚索入孔时索体的弯曲半径必须大于5m。
6、自由段内预应力筋宜采用带塑料套管的双重防腐，塑料套管材料应具有足够的强度，保证其在加工和安装过程中不致损坏，具有抗水性和化学稳定性，且与水泥砂浆和防腐剂接触无不良反应，套管与孔壁间应灌满水泥砂浆或水泥净浆。
7、锚索上安装的各种进回浆管应保持通畅，管路系统耐压值不低于设计灌浆压力的1.5倍。对于张拉合格并锁定后的锚索，在相隔24h至72h时间内，按5%的比例随机抽检锁定吨位。实测值不得大于设计值的5%，并不得小于设计值的3%。
8、灌浆结束标准：
（1）、灌浆量大于理论吸浆量；
（2）、回浆量比重不小于进浆量，稳压15min，孔内不在吸浆，即进、排浆量一致。
9、封孔灌浆的沉缩部分复灌后不得有脱空现象。
10. 安全措施
1、操作人员必须持证上岗，并遵守相关操作规程。 2、施工前必须进行安全技术交底。
3、锚束张拉前应对张拉机具进行全面检查，使张拉机具处于完好状态。
4、注浆管路应畅通，不得有堵塞现象，避免浆液喷出伤人。 5、锚束张拉过程中千斤顶出力方向45°范围内严禁人员进入，以免飞锚伤人。
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6、夜间施工应有足够的照明。
11. 效益分析
该预应力锚索支护结构经监测数据分析，基坑边坡和周围建筑物未出现较大的位移和沉降，保证了基坑的安全稳定，消除了施工中最大的安全隐患为，满足了规范和设计要求，为工程顺利进行提供了保障，并具有显著的经济效益，也为单位创造了良好的社会效益。证明该施工工法可行，具有推广应用价值。
12. 应用实例
国贸中心工程基坑开挖深度11m，基坑面积约为10000㎡，基坑支护采用采用预应力锚索和钻孔灌注桩组合方法。采用本工法施工，施工过程中对基坑进行监测，监测结果变形量在规范规定允许范围内，实施效果理想。
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