大跨度地鐵車站深基坑預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù).docx

大跨度地鐵車站深基坑預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)尹頌杰 摘要：結(jié)合具體工程對(duì)預(yù)應(yīng)錨索施工實(shí)例，敘述了地鐵車站支撐結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力錨索的施工方案，詳細(xì)介紹了預(yù)應(yīng)力錨索的工藝過程，探討了預(yù)應(yīng)力錨索施工的關(guān)鍵技術(shù)與操作要點(diǎn)，提出了相關(guān)技術(shù)措施，以期為類似工程施工提供技術(shù)支持。 關(guān)鍵詞：大跨度，砂層，預(yù)應(yīng)力錨索，施工 預(yù)應(yīng)力錨索是在深基坑施工中廣泛應(yīng)用的一種支護(hù)形式，在地鐵施工常用于結(jié)構(gòu)臨時(shí)預(yù)留較大開孔、車站寬度較大等特殊部位，在支護(hù)體系起輔助支撐減小結(jié)構(gòu)變形的作用，較好的彌補(bǔ)了以鋼管內(nèi)支撐支護(hù)形式的缺點(diǎn)，同時(shí)不占用施工空間，形成無障礙的作業(yè)面，是一種有效、實(shí)用、簡(jiǎn)單、合理的支護(hù)形式。本文以石家莊市城市軌道交通1號(hào)線留村站為例，說明其施工要點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。1 工程概況石家莊市城市軌道交通1號(hào)線留村站位于長(zhǎng)江大道和天山大街十字路口處，沿長(zhǎng)江大道東西向設(shè)置，為1號(hào)線與遠(yuǎn)期規(guī)劃6號(hào)線換乘車站（雙島四線同臺(tái)換乘，1號(hào)線位于內(nèi)側(cè)，6號(hào)線位于外側(cè)），1號(hào)線與6號(hào)線結(jié)構(gòu)同期實(shí)施。車站起訖里程為K20+458.450K20+700.950，車站總長(zhǎng)242.5m,標(biāo)準(zhǔn)段寬41.4m，預(yù)留遠(yuǎn)期6號(hào)線盾構(gòu)井段寬44.9m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深17.07m盾構(gòu)井段深18.8m。車站主體結(jié)構(gòu)采用明挖順做法施工，結(jié)構(gòu)型式為地下二層四跨箱型框架結(jié)構(gòu)，頂板覆土跨天山大街段約3.43m，其他部位約2.6m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用8001300鉆孔灌注樁+4道錨索支護(hù)體系，如圖1所示。圖1 留村站橫剖面圖按地層沉積年代、成因類型，將本工程沿線勘探范圍內(nèi)的土層劃分為人工堆積層（Qml）、新近沉積層（Q4al）第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl）四大層。本站所在地層主要有雜填土、黃土狀粉質(zhì)粘土1、粉細(xì)砂1、粉質(zhì)粘土1、細(xì)中砂1、中粗砂1，結(jié)構(gòu)底板所在土層為細(xì)中砂1。2 預(yù)應(yīng)力錨索方案預(yù)應(yīng)力錨索由鉆孔穿過軟弱巖層或滑動(dòng)面，把一端（錨桿或錨索體）錨固在巖層或堅(jiān)硬地層中，然后在另一個(gè)自由端進(jìn)行張拉，從而對(duì)巖層施加壓力對(duì)不穩(wěn)定地層進(jìn)行錨固，簡(jiǎn)稱錨索。其施工的關(guān)鍵工藝是成孔，成孔的方法主要有沖擊鉆進(jìn)法、螺旋鉆進(jìn)法、套管鉆進(jìn)法以及旋噴鉆進(jìn)法?？紤]本工程主要為砂層地質(zhì)的情況，采用套管法鉆進(jìn)結(jié)合常規(guī)錨固注漿、錨索張拉及封錨進(jìn)行本站大跨度深基坑錨索支護(hù)體系施工。3 施工工藝3.1 工藝要點(diǎn)預(yù)應(yīng)力錨索強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa，錨固孔傾角值設(shè)定為 1520，鉆孔直徑200mm。錨索安設(shè)完畢，對(duì)錨孔及鋼絞線驗(yàn)收合格后進(jìn)行注漿，采用一次注漿及二次高壓劈裂注漿，保證錨索牢固錨入地層。待錨固體不宜低于15MPa，并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后方能組織張拉，張拉采用分級(jí)等荷張拉，每級(jí)張拉直至壓力表無返回現(xiàn)象，方可進(jìn)行鎖定作業(yè)。若預(yù)應(yīng)力損失過大，須進(jìn)行整體張拉與重新鎖定，錨索預(yù)加力鎖定值為0.70.9N。3.2 工藝流程預(yù)應(yīng)力錨索主要工藝流程：錨孔測(cè)放鉆孔清孔錨索制作錨索安裝注漿養(yǎng)護(hù)鋼腰梁安裝錨索張拉補(bǔ)張拉及鎖定錨頭封閉，如圖2所示。土方開挖測(cè)量定位鉆機(jī)就位鉆孔錨索安裝洗孔、注漿二次注漿腰梁制作安裝張拉鎖定錨索制作鋼墊板加工 圖2預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程圖3.3 施工程序（1）錨孔測(cè)放：按設(shè)計(jì)要求，將錨孔位置準(zhǔn)確測(cè)放在坡面上，孔位誤差不得超過50mm。如遇特殊困難場(chǎng)地時(shí)，需經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位認(rèn)可，在確保坡體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全的前提下，適當(dāng)放寬定位精度或調(diào)整錨孔定位。（2）鉆孔：準(zhǔn)確安裝固定鉆機(jī)，并嚴(yán)格認(rèn)真進(jìn)行機(jī)位調(diào)整，確保錨索鉆孔時(shí)不得擾動(dòng)周圍地層，錨桿水平、垂直方向孔距誤差不應(yīng)大于100mm，鉆頭直徑不應(yīng)小于設(shè)計(jì)鉆孔直徑3mm，鉆孔軸線的偏斜率不應(yīng)大于錨桿長(zhǎng)度的2%,錨桿鉆孔深度不應(yīng)小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，也不宜大于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度500mm。成孔后清孔要徹底，并應(yīng)立即插入錨索灌漿。（3）錨孔清理：鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，不能立即停鉆，要求穩(wěn)鉆12分鐘，防止孔底尖滅、達(dá)不到設(shè)計(jì)孔徑。鉆孔孔壁不得有沉碴及水體粘滯，必須清理干凈，在鉆孔完成后，使用高壓空氣（風(fēng)壓0.20.4MPa）將孔內(nèi)巖粉及水體全部清除出孔外，以免降低水泥砂漿與孔壁巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度。（4）錨孔檢驗(yàn)：孔徑、孔深檢查一般采用設(shè)計(jì)孔徑、鉆頭和標(biāo)準(zhǔn)鉆桿在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理旁站的條件下驗(yàn)孔，要求驗(yàn)孔過程中鉆頭平順推進(jìn)，不產(chǎn)生沖擊或抖動(dòng)，鉆具輸送長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)錨孔深度，退鉆要求順暢，用高壓風(fēng)吹孔不存明顯飛濺塵碴及水體現(xiàn)象。同時(shí)要求復(fù)查錨孔孔位、傾角和方位，全部錨孔施工分項(xiàng)工作合格后，即可認(rèn)為錨孔鉆造檢驗(yàn)合格。（5）錨索體制作及安裝：錨索自由段鋼絞線采用PVC軟管套住，保證自由段錨索自由伸縮。錨索選用松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鋼絞線應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸下斜，每股長(zhǎng)度誤差不大于50mm，將自由段和錨固段分別作出標(biāo)記，在錨固段范圍內(nèi)的錨索每隔2m穿一個(gè)架線環(huán)，兩架線環(huán)之間扎一道箍筋環(huán)，自由端的鋼絞線應(yīng)放入塑料管內(nèi)并涂上黃油，兩端用膠帶密封防止注漿液滲入自由端。（6）錨固注漿：注漿管宜與錨索桿體綁扎在一起，一次注漿管距孔底宜為300500mm，二次注漿管的出漿孔應(yīng)進(jìn)行可灌密封處理。注漿壓力0.40.6Mpa，水泥漿的水灰比0.450.5，水泥標(biāo)號(hào)42.5級(jí)，注漿體強(qiáng)度不小于25Mpa。待一次注漿形成的水泥結(jié)石體強(qiáng)度達(dá)到5MPa后進(jìn)行二次高壓注漿,二次注漿壓力為2.55.0MPa，進(jìn)行自由段的注漿，注漿材料同錨固階段。（7）鋼腰梁制作安裝：錨索張拉前，將工字鋼腰梁安放在鋼支架及錨索自由端（應(yīng)保證錨索自由端不受力），并將腰梁與樁身緊貼，無法緊貼處，應(yīng)用C20細(xì)石混凝土填充，將鋼墊塊固定于工字鋼腰梁上，并保證鋼墊塊的上表面與錨索垂直。（8）錨索張拉及鎖定、封錨：張拉錨索采用整體式張拉，當(dāng)錨固漿體強(qiáng)度大于15MPa后方可進(jìn)行張拉，錨索張拉前，應(yīng)對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。正式張拉前應(yīng)取設(shè)計(jì)值的0.10.2倍，預(yù)張拉12次，使其各部分接觸緊密，錨索桿體完全平直，錨索張拉應(yīng)按50%N、75%N、110%三級(jí)進(jìn)行張拉（N為錨索預(yù)加軸力），持荷時(shí)間及張拉速率按照表1進(jìn)行施工，張拉順序考慮臨近錨索的相互影響，對(duì)于鋼絞線的松弛、地層的徐變等因素造成的預(yù)應(yīng)力損失，在張拉后可進(jìn)行補(bǔ)張拉，然后鎖定。錨索張拉持荷時(shí)間及張拉速率表 表1 荷載分級(jí)持荷時(shí)間（min）加荷速率（KN/min）0.2N21000.5N50.75N51.1N1050注：N表示錨桿軸向預(yù)加拉力。3.4 控制難點(diǎn)（1）砂層錨索施工成孔本站覆土為約3.3m，埋深17.4m，主要處在砂層中由此錨索施工期間錨索成孔成為施工中難點(diǎn)，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)傳統(tǒng)螺旋鉆施工工藝適用與黏土底層施工，在全砂層鉆孔施工時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，成孔困難，嚴(yán)重者可能造成地面沉降。傳統(tǒng)錨索成孔流程：錨孔測(cè)放鉆孔清孔錨索制作錨索安裝注漿養(yǎng)護(hù)鋼腰梁安裝錨索張拉補(bǔ)張拉及鎖定錨頭封閉。傳統(tǒng)錨索施工工藝鉆孔、錨索安裝兩道工序分開施工，期間存在時(shí)間空擋，砂層自身穩(wěn)定性極差無法保證自身穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用MD-135D套管鉆機(jī)，采用新的鉆機(jī)錨索施工鉆孔同時(shí)進(jìn)行旋噴水泥漿，將砂層進(jìn)行加固在旋噴的同時(shí)將錨索鋼絞線安裝到位，加固土體同時(shí)減少了錨索安裝和鉆孔兩個(gè)工序之間的時(shí)間，有效的保證了鉆孔的穩(wěn)定性。采用套管旋噴工藝加大了水泥漿用增加了土體強(qiáng)度，同時(shí)增加了錨索錨固段的錨固力，錨索抗拉拔能力更強(qiáng)。（2）注漿控制及張拉控制注漿和張拉工序是錨索施工重要一環(huán)節(jié)，注漿控制質(zhì)量直接影響錨索抗拉拔的能力，決定基坑的穩(wěn)定性是否可靠。為保證注漿控制需采取以下措施：a.錨索編束時(shí)，每根鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲需順直、不扭不叉、排列均勻，嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)尺寸下料，每股長(zhǎng)度誤差不大于50mm。鋼絞線要求采用機(jī)械切割，嚴(yán)禁采用電弧切割，并經(jīng)除油和除銹處理合格，對(duì)有死彎、機(jī)械損傷及銹坑材料應(yīng)剔除。鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲應(yīng)按設(shè)計(jì)要求平直編排，錨固段每2m設(shè)置一個(gè)隔離支架，并在錨固段兩隔離支架之間中部設(shè)一道緊箍環(huán)，采用16號(hào)鐵絲繞制，不得少于兩圈，保證錨索體保護(hù)層厚度不小于20mm。錨索編束（包括注漿管）應(yīng)捆扎牢固，捆扎材料不宜用鍍鋅材料。錨索體自由段應(yīng)按設(shè)計(jì)要求采用塑料套管，與錨固段相交處的塑料管管口應(yīng)密封并用鉛絲綁架。同時(shí)，要求按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防腐處理。若采用壓力分散型錨索或其它荷載分散型錨索，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)相關(guān)要求下料和編制。b.采用二次補(bǔ)充注漿的錨筋體組裝時(shí)，應(yīng)同時(shí)裝放二次注漿管和止?jié){密封裝置。止?jié){裝置應(yīng)設(shè)在自由段和錨固段的分界處，并具良好可靠的密封性能。宜用密封袋作止?jié){密封裝置，密封袋兩端應(yīng)牢固地綁扎在錨筋體上。當(dāng)采用高壓劈裂注漿提高地層錨固力時(shí)，要求以漿體強(qiáng)度控制開始劈注時(shí)間（一次漿體強(qiáng)度為5MPa），并注意二次注漿管之錨固段內(nèi)設(shè)花孔和封塞。c.錨筋體自由段的防腐與隔離應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施做。d.注漿管：注漿管需滿足設(shè)計(jì)要求，具有足夠強(qiáng)度，保證在注漿施工過程中注漿順利，不堵塞、爆管或破損拉斷。一次注漿管捆扎在錨筋體中軸部位，注漿管頭部距錨筋體末端宜為3050mm。若采用二次注漿，須另置注漿管。二次補(bǔ)充注漿管捆扎在防腐塑料套管外側(cè)，二次高壓注漿管與一次注漿管一起捆扎或采用同一管路，管口要求用膠布封堵嚴(yán)實(shí)，并按設(shè)計(jì)要求預(yù)留花管孔眼和安放止?jié){裝置。4 技術(shù)措施（1）鉆孔的孔位、孔深、傾斜度應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行嚴(yán)格控制，其孔距、排距偏差允許為20cm，傾斜度及方位角允許偏差為1，有效孔深的超深不大于20cm，且每鉆進(jìn)5m，用測(cè)斜儀校正一次，保證孔位達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。（2）工具錨夾片與工作錨夾片兩者不可混用，工具錨夾片使用一般不宜超過10次。工作錨板、限位板和工具錨板之間的鋼絞線一定要保持順直，不能相互扭結(jié)，以保證張拉的順利進(jìn)行。（3）錨固段和張拉段交界處的止?jié){環(huán)必須能承受大于0.5MPa的注漿壓力且不漏漿,止?jié){環(huán)處鋼絞線與止?jié){環(huán)之間必須密封好,止?jié){環(huán)充氣壓力0.5MPa,并用壓力表檢查有無漏氣現(xiàn)象。（4）認(rèn)真做好施工記錄，各道工序施工人員必須經(jīng)培訓(xùn)并經(jīng)考核合格后方可上崗作業(yè)，嚴(yán)禁違章操作。（5）嚴(yán)格執(zhí)行“三檢”制，作好班組自檢，必須作好各工序的施工記錄，施工中上道工序不合格或未經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收簽證的預(yù)應(yīng)力錨索階