中国核工业第二二建设有限公司国际工程事业部
摘要：随着“一带一路”国家战略的推进，“一带一路”沿线国家经济快速发展，城市建筑市场也相应加速发展。各种大型建筑，高层建筑也不断出现，深基坑工程越来越多，排桩预应力锚索支护技术也沿线国家应用越来越广泛。
关键词：旋挖支护灌注桩；预应力锚索；深基坑
1.前言
排桩预应力锚索支护是指支护桩配合一道或多道锚杆的支护形式，它是一种超静定结构，主要特点是采用预应力锚索取代基坑支护内支撑，给支护排桩提供锚拉力，以减小支护排桩的位移与内力，并将基坑的变形控制在允许的范围内，稳定性好，安全性能高，是深基坑的一种重要支护措施，是把灌注排桩施工技术和预应力锚索施工技术结合起来的一种综合性的护坡技术。[1]
随着我国经济建设的发展，城市规模不断扩大，建筑业呈现出跨越式发展的趋势。大规模的高层建筑地基基础与地下室、大型地下商场、地下停车场、地下车站、地下交通枢纽、地下变电站等的建设中都面临着深基坑工程的问题。由于工程地质和水文地质条件复杂多变、环境保护要求越来越高、基坑工程规模向超大面积和大深度方向发展、工期进度及资源节约等开发条件要求日益复杂。排桩预应力锚索支护因其施工成本低、施工快、适用于复杂地址条件、可靠性高等特点，在深基坑支护工程中应用非常广泛。
随着“一带一路”国家战略的推进，“一带一路”沿线国家经济快速发展，城市建筑市场也相应加速发展。各种大型建筑，高层建筑也不断出现，深基坑工程越来越多，排桩预应力锚索支护技术也沿线国家应用越来越广泛。现就“一带一路”沿线国家某项目具体论述排桩预应力锚索支护技术的应用。
2、排桩预应力锚索支护的优点
排桩预应力锚索支护方法有着其他支护形式无法比拟的独特优点：与土钉支护相比，其具有控制土体变形能力较强的技术优势；与内支撑相比，其具有造价低、施工方便、支护空间小、遗留问题少的优势；与水泥土墙相比，其具有材料用量少、适用范围广、环境污染小的优势；与逆作法相比，其具有设备简单、技术要求低、推广性强、适用性广的优势；与地下连续墙支护形式相比，工程造价要低很多，与重力式支护和排桩支护相比，具有支护深度大的优势，它一般可以支护开挖深度超过20米的基坑，并且桩锚支护还适用于各种土层。因而，排桩+预应力锚索支护形式在本工程施工中是最优方案。
3、排桩预应力锚索支护设计
按照要求本基坑采用旋挖支护灌注桩+预应力锚索的支护形式，采用长螺旋深层搅拌桩进行止水，长螺旋深层搅拌桩在支护桩外侧，连续搭接施工，形成封闭止水帷幕，旋挖支护灌注桩+预应力锚索承受土体压力
4、施工工序安排
1、首先进行长螺旋深层搅拌桩施工，在此期间穿插完成基坑灌注支护桩。
2、进行支护桩顶部冠梁施工。
3、当灌注桩及冠梁达到设计强度后分层分块开挖基坑土方。
4、当挖至第一层腰梁底标高处，停止挖土，完成第一道腰梁施工。
5、完成第一层预应力锚索。
6、锚索张拉完成后，再次开始挖土，挖至第二层腰梁底标高处停止挖土，进行第二道腰梁、预应力锚索施工，依次循环，直到土方施工完成。
根据现场实际情况，对中间建筑物周边采取预留土体的方式进行保护，严格按照设计要求建筑物周边基坑不得同时进行开挖，必须分区、分期进行，保证土方开挖过程中不对原有建筑物产生影响。
5、排桩预应力锚索支护稳定性验算
5.1最不利截面选取
本处选取最不良条件断面进行验算，截面图下图：
5.2抗倾覆安全系数验算
抗倾覆安全系数：
Mp——被动土压力及支点力对桩底的弯矩，对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定；对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。
Ma——主动土压力对桩底的弯矩；
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
最不利工况为土方挖至设计基底标高即-15.8米时，根据内力计算
KP=39004.97；Ka=22716.14
Ks=1.717＞1.25；满足规范要求
5.3抗隆起验算
Prandtl（普朗德尔）公式（Ks>=1.1～1.2），注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97（冶金部）：
KS=4.073≥1.800，隆起稳定性满足规范要求
6、排桩预应力锚索支护施工技术措施
6.1旋挖支护灌注桩施工流程图
6.2旋挖支护灌注桩施工工艺
（1）泥浆制备
泥浆采用优质粘土与水拌合而成并掺入一定比例的膨润土，制备的泥浆满足：含砂量≤4%，胶体率≥96%，泥浆比重≥1.2。钻孔施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆，维持护筒内应有的水头，防止孔壁坍塌。桩孔砼灌注时，孔内溢出的泥浆引流至泥浆池内，用于下一根桩基钻孔护壁。
（2）埋设护筒
钻孔前设置坚固、不漏水的钢护筒，护筒高1.5m，直径比设计桩径大20cm，顶面高出施工平台约30cm。挖埋护筒时坑底应整平，然后通过定位的控制桩放样，把孔位中心位置标于坑底，再把护筒吊放进坑内，找出护筒的圆心位置，用十字线定在护筒顶部或底部，然后移动护筒使护筒中心与钻孔中心位置重合，同时用水平尺或锤球检查，使护筒竖直。此后即在护筒周围对称、均匀地回填粘土，并分层夯实，夯填时要防止护筒偏斜。
护筒顶面中心与设计桩位偏差不得大于5cm，倾斜度不得大于1%。为便于泥浆循环，在护筒顶端留有高30cm，宽20cm的出浆口。
（3）钻机成孔
钻机就位前应对钻机各项准备工作进行检查，钻机安装后的底座和顶端应平稳，就位核对好中心后，连接泥浆循环系统，开动泥浆泵使泥浆循环2～3min，然后开始钻孔，在护筒底处应低压慢速钻进，钻至护筒底下1.0m左右后开始正常钻进。
施工时在孔内将钻头下降到预定深度后，转钻头并加压，旋起的土挤入钻筒内，泥土挤满钻筒后，反转钻头，钻头底部封闭并提出孔外，然后自动开启钻头底部开关，倒出弃土成孔，在钻进过程中或将钻头提出钻孔外后，向孔内注浆，泥浆液面不得低于护筒底部。
（4）清孔
钻孔达到要求深度后，用检孔器进行检孔。孔径、孔垂直度、孔深检查合格后，立即填写终孔检查证，并经驻地监理工程师认可，方可进行孔底清理，否则重新进行扫孔。
清孔采用换浆法，钻孔达到设计标高后，停止进尺，将钻头提出，然后注入净化泥浆置换孔内含碴的泥浆，清孔时孔内水位需保持在地下水位以上1.5～2.0m。当从孔内取出泥浆（孔底、孔中、孔口）测试的平均值与注入的净化泥浆相近，测量孔底沉碴厚度符合技术规范要求及设计要求，即停止清孔作业。
（5）钢筋笼骨架的制作安装
钢筋笼宜制作成整体，一次吊装就位。钢筋笼制作完成后，使用特制加长平板车运输至现场，采用汽车吊安装。为了保证骨架起吊时不变形，对于长骨架，起吊前应在加强骨架内焊接十字撑，以加强其刚度。对于长骨架，起吊前应在骨架内部临时绑扎两根杉木杆以加强其刚度。
（6）导管试压及安装
管采用φ25-30钢管，每节2～4m，配1～2节1～1.5m的短管，钢导管内壁光滑、圆顺，内径一致，接口严密。导管使用前应全部预拼装、编号并进行水密承压和接头抗拉试验。进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.5倍的压力。
导管安装接头一律采用丝扣连接，并采用橡胶垫圈增强密封。导管底标高按实际孔底悬空250～400mm控制。
（7）二次清孔
浇筑水下混凝土前应检查沉渣厚度，沉渣厚度应满足设计要求；当设计无要求时：柱桩不大于5cm；摩擦桩不大于15cm。如沉渣厚度超出规范要求，则利用导管进行二次清孔。
（8）灌注水下混凝土
桩基混凝土采用为C30水下混凝土，为搅拌站提供，罐车运输至现场。首批封底混凝土下落时有一定的冲击能量，能够把桩底沉渣尽可能地冲开，是控制桩底沉渣，减少工后沉降的重要环节。灌注后泥浆从导管中排出，要保证导管下口埋入混凝土不小于1m深。
灌注开始后，应紧凑连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中，应防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，致使测探不准确；应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指挥导管的提升和拆除；导管的埋置深度应控制在2～4m。同时应经常测探孔内混凝土面的位置，即时调整导管埋深。
导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管法兰卡挂钢筋骨架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，再移到钻孔中心。
拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中。要注意安全。已拆下的管节要立即清洗干净，堆放整齐。循环使用导管4～8次后应重新进行水密性试验。
在混凝土灌注前应进行坍落度、含气量、入模温度等检测并记录，在灌注混凝土时，每根桩留取三组试件。灌注时间、混凝土面的深度、导管埋深、导管拆除以及发生的异常现象等，应指定专人进行记录。
6.3冠梁及腰梁施工
冠梁及腰梁的作用是将所有支护桩连接成一个整体，保证支护桩共同受力，保证整个体系的稳定性。
6.3.1冠梁施工
灌注桩施工完成即可开始冠梁施工，凿除灌注桩顶部混凝土露出灌注桩钢筋，将灌注桩钢筋锚入冠梁，与冠梁连接牢固。冠梁应与灌注桩紧密连接，冠梁应与灌注桩之前有缝隙应用细石混凝土灌缝。
基坑外土方若高于冠梁顶标高时，冠梁以上边坡采用钢筋砼构造柱+砖砌挡土墙支护，挡土墙上部设置钢筋砼压顶。
6.3.2腰梁施工
当支护桩及冠梁强度达到设计强度后即可进行土方开挖。当土方开挖至腰梁底部后，人工开挖至腰梁底8cm后整平、夯实，铺设8cm水泥砂浆作底模。每根灌注桩在于腰梁交接处应植两根HRB400Φ16钢筋，与腰梁钢筋连接固定，支腰梁模板时应预留锚索孔道，孔道直径7cm。腰梁尺寸为200*400，竖面并根据锚索插入角度设15°俯角，以便于锚具安装。腰梁节点详图见下图：
腰梁混凝土与冠梁混凝土设计强度一致，强度达到设计强度后才能进行锚索张拉及锚具固定。
6.4预应力锚索施工施工工艺
（1）施工工艺流程：
锚孔定位编号→钻机就位→造孔→清孔→探孔→注浆→下锚→拔管（填土及卵石地层）→补浆→设置锚墩→张拉锁定→封孔灌浆
（2）钻孔
（a）锚孔定位
锚孔位置在桩上，土石方开挖至锚索位置，支腰梁模板时，需预埋锚索孔道，应对锚索位置进行复核，施工前严格检测钻具轴线方位角及倾角，使锚孔方位角及倾角满足设计要求。孔位误差不得超过土50mm。
（b）钻机选择与就位
根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度、以及施工场地条件等来选择钻孔设备，本工程拟采用江苏锡探MDL-135型钻机。
为使锚孔在施工过程中及成孔后其轴线的俯角、方位角符合设计要求，必须保证钻机就位的准确性和稳固性，并严格检测开孔钻具的轴线与设计错孔轴线方位是否保持一致。
（c）钻孔
岩石中采用全面钻进成孔，在岩层破碎或松软饱和水等易坍缩空和卡钻埋钻的地层中，采用跟管转进技术，遇强度较高的砂岩则可用气动潜孔锤钻进，以提高功效，加快进度，填土及卵石地层采用跟管钻进工艺，开孔时应轻压慢钻，确保空位准确。
钻进过程中对每个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速）、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，立即停钻，及时进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1〜0.2MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进或采用全程跟官钻进。
（d）清空
钻孔完成后，使用高压空气和高压水（风压0.2〜0.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安锚筋与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。
（2）锚索制作
锚索为dS15.2高强度低松弛钢绞线。锚索制作时按设计长度下料，每股长度误差不大于50mm，在锚索长度的基础上增加1.0m用于外锚固段的张拉。自由段抹黄油，套PVC管。下料后钢绞线需进行除油、除锈，保持钢绞线清洁。然后按设计要求将钢绞线绑扎编制成束，按照施工图安装锚索定位环、隔离支架、注浆管等；
（3）锚索的安装
锚索放入钻孔之前，需确认锚索与孔位一致，将注浆管随锚索一同放入钻孔，注浆管头部距孔底宜为50cm左右。杆体放入角度与钻孔角度保持一致，放送用力要均匀，不要左右摇摆，检查定位止浆环是否准确，损坏者必须更换，经常检查排气管是否通畅。
（4）灌浆
注浆在锚孔施工完成后，锚索施工之前进行，用注浆机直接在套管内注满水泥浆，水泥浆注浆完成后，在安放锚索，锚索安放完毕后立即拔管。
由于先行注浆，拔管过程中，水泥浆可起到护壁的作业，降低塌孔对注浆质量的影响，有效的防止了注浆过程中的塌孔，保证了工程质量，特别是保证了锚固段锚固体的质量，拔管结束后，由于水泥浆自由渗入土体，也因为水泥浆弥补了套管留下的空隙，水泥浆面会下降，因此需要再补浆一次，保证水泥浆能包裹住锚索的自由段，以保证自由段的质量要求。
注浆材料采用纯水泥浆（水灰比0.40-0.45），注浆压力0.3MP，为提高水泥浆的早期强度，可适当增加早强剂，锚固体设计强度为30MP。
注装过程中，严格按配合比计量，揽拌均勾并过滤。严格控制注浆压力，并对基坑壁变形进行观测，如发现有向基坑内变形迹象应立刻停止施工并上报业主、监理和设计。
注浆开始或中途停止超过30min时，应用水或稀水泥浆润滑灌浆泵及其管路，水泥浆搅拌均匀，随拌随用，一次拌合的水泥浆在初凝前用完。
在注浆作业开始和中途停止较长时间，注浆前应用清水润湿泵和注浆管线。在注浆完毕后或距下一次注浆时间较长时，应及时将注浆管线清洗干净。水泥浆硬化后未能充满锚孔时，应进行二次补浆并封孔。
（6）张拉
锚索张拉前，应对张拉设备进行标定。当锚固体强度达到设计强度的75%方可进行张拉。锚索张拉应按照-定的程序，锚索张拉顺序应考虑邻近锚索的相互影响。对于钢绞线的松驰。地层的徐变等因素造成的应力损失，可进行补张拉，然后锁定。
通过现场张拉试验，确定张拉锁定工艺，锚索的张拉及锁定分级进行，严格按照规程执行，在设计张拉完成6-10D后再进行一次补偿张拉。
张拉按照以下步骤进行：
钢束张拉完毕后严禁碰撞锚头及钢束，补偿张拉后从锚具算起，留出0.8m钢绞线，其余部分用机械切割，严禁电弧烧割。
（7）锚头保护
锚索张拉锁定后，应用砂轮切割机切除锚索锚头外长于15cm的钢绞线，锚头应涂刷防腐防锈漆进行保护，涂刷面积应覆盖锚头垫板，必要时可采用环氧砂浆对猫头进行密封保护。
7、排桩预应力锚索支护安全施工措施
（1）在项目经理部成立安全健康领导小组并领导本项目的安全工作。项目经理部设安全质量监察部，施工队配置专职安全员。
（2）建立安全生产责任制，落实各级管理人员和操作人员的安全职责，做到纵向到底，横向到边，各自作好本岗位的安全工作。
（3）项目开工前编制实施性安全技术措施，领导小组同意后交底实施。
（4）严格执行逐级安全技术交底制度，施工前由项目经理部组织有关人员进行详细的技术安全交底。项目施工队对施工班组及具体操作人员进行安全技术交底。各级专职安全员对安全措施的执行情况进行检查、督促并作好记录。
（5）认真执行安全检查制度，项目经理部要保证检查制度的落实。经理部每10日检查一次，安全主任每天检查进行例行检查，作业班组实行每班班前、班中、班后三检制。
（6）施工安全：当发现搅拌机的入土切削和提升搅拌负荷太大及电机工作电流超过额定值时，应减慢升降速度或补给清水，发生卡钻，蹩车等现象时应切断电源，并将搅拌机强制提升出地面，然后再重新启动电机，当电网电压低于350V时，应暂停施工，以保护电机。
在施工过程中，应对周边环境及围护体系进行全过程监测控制，根据监测数据，对施工工艺、施工参数、施工顺序、施工速度进行及时的调整，尽量减少挤土效应对周边环境的影响，可适当降低注浆压力和减少流量、控制下沉（提升）速度、采用跳打等方式。
施工中产生的水泥土将浆，可集积在导向沟内或现场临时设置的沟型内，待自然固结后，运至指定地点。
8、工程实施效果
通过对本项目深基坑排桩及预应力锚索支护体系沉降及变形观测，在基坑施工过程中各项观测值均在控制范围之内，未突破预警值，支护体系工作效果良好，给基础及主体施工创造了良好的工作环境，同时也创造了当地施工速度最快的典型案例，社会效应和经济效益显注。
9、结束语
随着建筑行业的快速发展，以及“一带一路”政策的快速推进，排桩预应力锚索支护技术将在海外建筑行业中起到越来越大的作业。
参考文献：
[1]姜云申，桩锚支护结构在深基坑工程中的应用及研究，山东大学
[2]徐军翔，桩锚支护结构在深基坑工程中的应用与控制研究，天津大学
[3]《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）
[4]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）