2.2.1　预应力锚杆基本构造#记录我的2023#​预应力锚杆是一种通过高强度钢绞线与锚固将荷载传递到深部稳定岩土层的构件，在基坑支护工程中经常与排桩、地下连续墙、土钉墙等支护结构联合使用，如图2-18所示。
图2-18 预应力锚杆在基坑中应用的形式图2-19为锚杆的基本构造简图，预应力锚杆通常由锚固段、自由段、拉杆（钢绞线）、锚头及锚头的传力装置等部分组成。
其布置形式、结构设计和预应力值大小需根据设计荷载、使用要求、地质条件、支护结构布置形式同时结合地区锚杆工程经验综合分析确定。
图2-19 锚杆的基本构造简图2.2.2　预应力锚杆的类型基坑工程常用的预应力锚杆类型和适用范围有：①一次注浆锚杆，用于岩层或荷载较小的锚固；②二次压力注浆锚杆，用于设计荷载较大的土层锚固，通过二次注浆可提升锚固效率；③扩大头锚杆，是一种压力型锚杆，将无黏结钢绞线作为拉杆，锚固段通过机械或高压喷射注浆扩孔，可提高锚固效率，多用于锚固空间受限制的场地；④可回收式锚杆，是一种压力型锚杆，将无黏结钢绞线作为拉杆，使用后通过某种装置回收钢绞线，以免影响周边场地的地下空间后续开发。
常用锚杆结构形式见图2-20。
图2-20 常用锚杆结构形式1—锚具；2—承压板；3—台座；4—支挡结构；5—钻孔；6—注浆防护处理；7—预应力筋；8—圆柱形锚固体；9—端部扩头体；10—止浆密封装置；11—注浆套管；12—异形扩头体；13—塑料套管L1—自由段长度；L2—锚固段长度2.2.3　预应力锚杆的施工预应力锚杆采用从上到下、分层开挖、分层支护的施工方法，如图2-21所示。
图2-21 预应力锚杆柔性支护法施工工艺预应力锚杆施工的具体步骤如下。
（1）分层向下开挖一定的深度　开挖深度依据预应力锚杆的设计竖向间距、土体自稳高度、锚杆钻机类型以及锚下结构形式确定。
预应力锚杆的间距和开挖的深度通常在2.0～3.0m。
每层开挖位置在锚杆下部0.5～1.0m处。
（2）设置预应力锚杆　在作业面上安置预应力锚杆，包括钻孔、制作安装锚杆、注浆等几个环节。
钻孔需按设计要求的长度及角度，采用适合于相应岩土介质的钻进方法成孔。
通过一定措施使自由段内的锚杆体和注浆体不发生黏结，以使锚杆在施加预应力时能自由伸缩，完成锚固不稳定岩土体的目的。
（3）安装锚下承载结构与喷射混凝土　施工时，先铺设钢筋网，然后安放锚下承载结构。
锚下承载结构和坑壁应保持一定间距。
喷射混凝土时应将型钢翼缘喷满。
这样，可提高型钢局部稳定性和整体稳定性，同时增强了锚下承载结构的刚度。
（4）锚杆体的预应力张拉　待注浆体和喷射混凝土强度达到设计需要时，即可进行预应力张拉。
张拉时可适当超张拉，来平衡之后的难以避免的预应力损失。
预应力张拉也是对锚杆注浆施工质量的良好检测。
（5）继续向下开挖一定的深度，并重复上述步骤，直到满足设计开挖深度。
2.2.4　某水厂东侧锚杆挡墙应用实例某水厂所建场地是由上部山体放炮开挖后回填至山脚所成。
由于开挖产生的土石方方量较大，为降低外运工程量，挡墙背后的库容应尽可能大。
设计在山脚坡度较大区域使用预应力锚杆挡墙，在坡度平缓地区采用重力式挡墙。
预应力锚杆挡墙需先在坡脚完成锚杆，再分层施工立柱、挡板，分层回填土方，分层张拉锁定相应标高的锚杆。
立柱、挡板基础的持力层是全风化晶屑熔结凝灰岩，地基承载力特征值500kPa。
预应力锚杆挡墙剖面见图2-22。
图2-22 预应力锚杆挡墙剖面钻孔涉及的土层主要为：全风化晶屑熔结凝灰岩，湿，可塑状，岩石基本风化为土状，层厚0.60～1.10m；强风化晶屑熔结凝灰岩，硬，岩心为碎块状，少数短柱状，裂隙发育，用手不易折断，层厚0.65～2.40m；中风化晶屑熔结凝灰岩，岩心为短柱状，裂隙较少发育，熔结凝灰结构，含角砾，含量大于15％，砾径0.1～2cm不等，岩石坚硬，饱和单轴抗压强度为40.8～47MPa。
使用潜孔钻机造孔，压缩空气清孔排渣，钻孔直径为130mm。
锚杆为拉力分散型，长度用进入中风化晶屑熔结凝灰岩5m控制。
根据受力大小选择5根或9根直径为15.24mm、fptk为1860MPa的钢绞线，用水灰比0.5的M30纯水泥浆一次注浆。
最下一排锚杆的设计极限抗拔力为1200kN。
应在一排锚杆施工后再回填该排锚杆至上一排锚杆之间的土方。
为免上部填方造成下部已张拉锁定锚杆的拉力增加过大，采取了以下方法：预应力筋张拉控制应力设得较小，为0.1fptk；锚杆周围0.5m范围内回填中粗砂，避免破坏自由段套管和钢绞线；自挡墙外坡面向内25m范围内分层压实，施工时保证压实机械不对挡墙及相应设施造成危害。
2.2.5　某广场深基坑支护工程应用实例（1）工程概况　某广场位于市中心商业繁华地段，占地面积约40000m2，以地下建筑为主，地下为综合商场，共四层，最深可达22.2m。
基坑平面大体呈正方形，地势由南到北略有倾斜，南高北低，如图2-23所示。
图2-23 基坑平面布置图（2）支护设计方案　该广场可以根据地质构造分为两个区域。
占场区大部分面积的北部区域上层是第四系松散堆积物，厚度1～8m，由东向西变深；下层是强风化板岩，由北向南倾斜，层理发育，伴有软弱夹层，倾角为40°～90°。
南部区域上层是第四系松散堆积物，下层是辉绿岩。
在广场的西部是一个地震断裂带，岩石破碎（古冲沟所在处，现地下排污暗沟）。
根据场区地质构造、岩性分析、地下管网等情况，采取不同的支护方式。
①基坑东壁和南壁采用预应力锚杆支护。
东壁地层情况依次为：第四系覆盖层、全风化板岩和强风化板岩，坑壁岩层侧倾。
南壁地层情况依次为：第四系覆盖层、全风化辉绿岩和强风化辉绿岩，节理发育，呈碎块状。
综合考虑后，决定在这两侧采用预应力锚杆喷射混凝土支护。
②基坑西壁和北壁采用灌注桩与预应力锚杆联合支护。
在基坑西壁离基坑4～5m处有一平行于基坑的大断面排污暗渠，根据计算，第一层锚杆位置需设在距地面8m处才能通过该暗渠，在这种情况下无法使用预应力锚杆支护进行施工。
因此，采用传统的灌注桩与预应力锚杆联合支护。
基坑北壁地层依次为：第四系覆盖层与强风化板岩，强风化板岩趋势由北向南，层理发育，且有软弱夹层，自立高度低，从地质上讲是不利的，加上北临东西交通干路，在这种情况下，采取比较保守的桩锚联合支护形式。
预应力锚杆支护典型剖面（基坑南壁），如图2-24所示。
为避免上部土体坍塌下滑，在第一、第二排锚杆处设置竖向槽钢。
为了方便施工，从第三排开始，槽钢水平放置，均使用210槽钢，用作锚下承载结构。
锚杆从两个槽钢之间穿过，用锚具和槽钢连接。
锚具由螺纹丝和螺母组成。
图2-24 基坑剖面布置图（基坑南壁）（3）预应力锚杆支护的施工①工艺流程。
预应力锚杆支护的主要施工流程如图2-25所示。
由于不同岩土体的力学性质有差异，所以它的自立高度和稳定性是不同的，基坑开挖后根据岩土层的稳定情况分别按流程a和流程b进行，当然流程中的一些施工步骤可以交换。
图2-25 预应力锚杆支护的主要施工流程图a.基坑开挖。
因本工程占地面积较大，为缩短整体工程工期，保证土石方工程与支护工程互不干扰，先开挖出支护施工所需的第一层支护作业通道。
作业通道宽度需大于6m，开挖深度由第一排锚杆设计位置向下开挖0.5～1.0m。
第一层锚杆张拉完后，才能开挖第二层。
b.坡面修整。
支护作业面形成后，施工人员应及时清理支护作业坡面上松动的岩土体和凹凸不平处，尽量使坑壁平整。
c.锚杆成孔。
支护坡面清理完后，按照施工图纸要求的钻孔位置和钻孔角度钻孔，钻孔位置与角度的偏差应符合现行国家规范。
钻孔深度应满足设计需要，终孔时应用高压风将孔内岩粉、沉渣吹净。
d.注浆。
水泥砂浆标号为M30，水泥砂浆中添加膨胀剂及早强剂。
注浆采用常压注浆，注浆时将注浆管插至孔底（距孔底100mm左右），浆液从孔底开始向孔口灌注，在砂浆自孔口溢出后拔管。
e.锚杆筋制作安装。
锚杆所用的钢筋使用热轧螺纹钢筋，锚头采用45号钢，两根锚杆筋之间每3m设一隔离点，每隔2m设一道船形定位支架。
锚杆筋和锚头焊接应严格按国家规范要求进行，并做连接强度测试。
制作锚杆筋时应控制好自由段长度，自由段长度在伸过预计土体滑移面0.5m为宜。
锚杆安插时应顺锚孔慢慢放入，防止碰塌孔壁，锚杆安插完后锚头部分应预留一定长度，以满足安放锚下承载结构的要求。
f.绑扎钢筋网。
本道工序在不妨碍成孔、注浆和安放锚杆筋的情况下可与其同步进行。
g.锚下承载结构制作安装。
本工程的锚下承载结构由10号槽钢、加劲肋、200mm×200mm×20mm钢垫板以及钢垫楔等组成。
各构件焊接符合焊接规范和图纸要求。
锚下承载结构制作完毕自检合格后方可安装。
锚下结构需在第一遍喷射混凝土后安装，尽量使其紧靠支护壁面。
锚头外留长度满足预应力张拉需求。
h.喷射混凝土。
喷射混凝土前应在作业面上埋设控制混凝土厚度标志，并用高压风清扫坡面。
作业面若有明显出水点时，可埋设导管排水。
喷射时，向喷射机供料需连续均匀，喷射机的工作风压应满足喷头处的压力在0.1MPa左右时，喷射混凝土需分两次施喷，两次喷射应有一定时间间隔，否则混凝土容易脱落。
i.预应力张拉。
在锚杆内砂浆强度达到20MPa，喷射混凝土强度达到10MPa后，才能施加预应力。
预应力使用穿心式千斤顶张拉，一般超张拉10％，最后拧紧螺帽进行锁定。
②防排水措施。
该工程地面采用混凝土面层，在基坑壁按2m×2m间距设ф60的排水管，以便将混凝土面层背后的水排走。
（4）基坑位移　在基坑壁的每侧各设置6个位移监测点，基坑南侧最大位移42mm，位移和坑深之比为1/530。
在距基坑南侧约3～5m处出现裂缝，裂缝宽约5mm，分析原因可能是由于该处杂填土深达8m，加上雨水渗漏导致；同时锚杆预应力值偏小可能也是产生这一现象的原因之一。
2.2.6　某工程预应力锚杆加固应用实例某边坡工程原使用浆砌块石衡重式挡土墙，墙高5～12m，墙顶以上根据1:1.5放坡，放坡高度5～6m。
距离墙顶20m将建造2～3层住宅。
工程所处场地属第四系低丘坡地，覆盖层属于第四系坡残积沉积土，挡土墙通常以中风化粉砂岩作为持力层，地基承载力特征值1500kPa。
设计采取预应力锚杆结合混凝土框格梁加固，12m高的挡墙使用三排预应力锚杆，如图2-26所示，锚杆长度25m，水平间距为5m。
锚杆为压力分散型，使用4根直径15.24mm无黏结钢绞线，两个挤压锚头承载体，每个承载体有两根钢绞线，设计极限抗拔力400kN，张拉荷载为250kN，锁定荷载为200kN。
框格梁截面为400mm×500mm，混凝土强度为C30。
图2-26 12m高挡墙预应力锚杆加固剖面图对于块石挡墙墙身和填土部分地层需采用套管跟管钻进。
钻孔开孔直径为150mm，跟管套管直径为146mm，与水平之间夹角向下15°。
钻孔至碎裂粉砂岩后停止跟管，换120mm冲击回转钻头钻进，锚固段孔径为120mm。
钻进达到设计要求后，使用高压空气将孔中岩（土）粉及水全部清除出孔外。
使用水灰比0.5的纯水泥浆注浆，浆体强度为M35。
由于填土层易漏浆，故在块石挡墙和填土孔段，采用PVC套管保护，在PVC管内注浆，以确保钢绞线为水泥浆所包裹。
采用孔底返浆方法，直至孔口溢出新鲜浆液。
依据浆液注入情况缓慢地拔出注浆管，根据拔管手感控制拔管速度，不得将管口拔出到液面以上。
若发现孔口浆面回落，及时进行补充注浆，确保孔口浆体充满。
前期试验段的22m长锚杆的抗拔试验荷载-位移（Q-s）曲线如图2-27所示，极限抗拔力为432kN。
图2-27 22m长预应力锚杆的抗拔试验荷载-位移（Q-s）曲线当注浆体强度与框格梁混凝土强度均达到设计强度90％以上、并经验收试验合格后，即可进行张拉作业。
先对长度较长的一组承载体进行补偿张拉，以补偿因自由长度不同引起的弹性伸长差，使得张拉到设计要求荷载时，各根钢绞线的应力相接近。
在补偿张拉后，按20％设计荷载进行1～2次预张拉，然后根据设计要求分级张拉及超张拉，再行锁定。
在张拉锁定完成十天后再次进行补张拉，用来消除因钢绞线松弛及其他因素造成的预应力损失，确保设计预应力。
锚具锁定后，对孔口段实施封闭注浆，以保证锚头端孔内注浆密实。
张拉完成后切割多余的钢绞线，锚头外钢绞线保留长度为100mm，用C30素混凝土密封保护锚头。