大跨度地鐵車站深基坑預應力錨索施工技術.docx

大跨度地鐵車站深基坑預應力錨索施工技術尹頌杰 摘要：結合具體工程對預應錨索施工實例，敘述了地鐵車站支撐結構預應力錨索的施工方案，詳細介紹了預應力錨索的工藝過程，探討了預應力錨索施工的關鍵技術與操作要點，提出了相關技術措施，以期為類似工程施工提供技術支持。 關鍵詞：大跨度，砂層，預應力錨索，施工 預應力錨索是在深基坑施工中廣泛應用的一種支護形式，在地鐵施工常用于結構臨時預留較大開孔、車站寬度較大等特殊部位，在支護體系起輔助支撐減小結構變形的作用，較好的彌補了以鋼管內支撐支護形式的缺點，同時不占用施工空間，形成無障礙的作業(yè)面，是一種有效、實用、簡單、合理的支護形式。本文以石家莊市城市軌道交通1號線留村站為例，說明其施工要點和關鍵技術。1 工程概況石家莊市城市軌道交通1號線留村站位于長江大道和天山大街十字路口處，沿長江大道東西向設置，為1號線與遠期規(guī)劃6號線換乘車站（雙島四線同臺換乘，1號線位于內側，6號線位于外側），1號線與6號線結構同期實施。車站起訖里程為K20+458.450K20+700.950，車站總長242.5m,標準段寬41.4m，預留遠期6號線盾構井段寬44.9m，標準段基坑深17.07m盾構井段深18.8m。車站主體結構采用明挖順做法施工，結構型式為地下二層四跨箱型框架結構，頂板覆土跨天山大街段約3.43m，其他部位約2.6m，圍護結構采用8001300鉆孔灌注樁+4道錨索支護體系，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、黃土狀粉質粘土1、粉細砂1、粉質粘土1、細中砂1、中粗砂1，結構底板所在土層為細中砂1。2 預應力錨索方案預應力錨索由鉆孔穿過軟弱巖層或滑動面，把一端（錨桿或錨索體）錨固在巖層或堅硬地層中，然后在另一個自由端進行張拉，從而對巖層施加壓力對不穩(wěn)定地層進行錨固，簡稱錨索。其施工的關鍵工藝是成孔，成孔的方法主要有沖擊鉆進法、螺旋鉆進法、套管鉆進法以及旋噴鉆進法?？紤]本工程主要為砂層地質的情況，采用套管法鉆進結合常規(guī)錨固注漿、錨索張拉及封錨進行本站大跨度深基坑錨索支護體系施工。3 施工工藝3.1 工藝要點預應力錨索強度標準值為1860MPa，錨固孔傾角值設定為 1520，鉆孔直徑200mm。錨索安設完畢，對錨孔及鋼絞線驗收合格后進行注漿，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，并達到設計強度的70%后方能組織張拉，張拉采用分級等荷張拉，每級張拉直至壓力表無返回現(xiàn)象，方可進行鎖定作業(yè)。若預應力損失過大，須進行整體張拉與重新鎖定，錨索預加力鎖定值為0.70.9N。3.2 工藝流程預應力錨索主要工藝流程：錨孔測放鉆孔清孔錨索制作錨索安裝注漿養(yǎng)護鋼腰梁安裝錨索張拉補張拉及鎖定錨頭封閉，如圖2所示。土方開挖測量定位鉆機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預應力錨索施工工藝流程圖3.3 施工程序（1）錨孔測放：按設計要求，將錨孔位置準確測放在坡面上，孔位誤差不得超過50mm。如遇特殊困難場地時，需經設計、監(jiān)理單位認可，在確保坡體穩(wěn)定和結構安全的前提下，適當放寬定位精度或調整錨孔定位。（2）鉆孔：準確安裝固定鉆機，并嚴格認真進行機位調整，確保錨索鉆孔時不得擾動周圍地層，錨桿水平、垂直方向孔距誤差不應大于100mm，鉆頭直徑不應小于設計鉆孔直徑3mm，鉆孔軸線的偏斜率不應大于錨桿長度的2%,錨桿鉆孔深度不應小于設計長度，也不宜大于設計長度500mm。成孔后清孔要徹底，并應立即插入錨索灌漿。（3）錨孔清理：鉆進達到設計深度后，不能立即停鉆，要求穩(wěn)鉆12分鐘，防止孔底尖滅、達不到設計孔徑。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（風壓0.20.4MPa）將孔內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強度。（4）錨孔檢驗：孔徑、孔深檢查一般采用設計孔徑、鉆頭和標準鉆桿在現(xiàn)場監(jiān)理旁站的條件下驗孔，要求驗孔過程中鉆頭平順推進，不產生沖擊或抖動，鉆具輸送長度滿足設計錨孔深度，退鉆要求順暢，用高壓風吹孔不存明顯飛濺塵碴及水體現(xiàn)象。同時要求復查錨孔孔位、傾角和方位，全部錨孔施工分項工作合格后，即可認為錨孔鉆造檢驗合格。（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。錨索選用松弛預應力鋼絞線，鋼絞線應嚴格按設計尺寸下斜，每股長度誤差不大于50mm，將自由段和錨固段分別作出標記，在錨固段范圍內的錨索每隔2m穿一個架線環(huán)，兩架線環(huán)之間扎一道箍筋環(huán)，自由端的鋼絞線應放入塑料管內并涂上黃油，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進行可灌密封處理。注漿壓力0.40.6Mpa，水泥漿的水灰比0.450.5，水泥標號42.5級，注漿體強度不小于25Mpa。待一次注漿形成的水泥結石體強度達到5MPa后進行二次高壓注漿,二次注漿壓力為2.55.0MPa，進行自由段的注漿，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，應用C20細石混凝土填充，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，當錨固漿體強度大于15MPa后方可進行張拉，錨索張拉前，應對張拉設備進行標定。正式張拉前應取設計值的0.10.2倍，預張拉12次，使其各部分接觸緊密，錨索桿體完全平直，錨索張拉應按50%N、75%N、110%三級進行張拉（N為錨索預加軸力），持荷時間及張拉速率按照表1進行施工，張拉順序考慮臨近錨索的相互影響，對于鋼絞線的松弛、地層的徐變等因素造成的預應力損失，在張拉后可進行補張拉，然后鎖定。錨索張拉持荷時間及張拉速率表 表1 荷載分級持荷時間（min）加荷速率（KN/min）0.2N21000.5N50.75N51.1N1050注：N表示錨桿軸向預加拉力。3.4 控制難點（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，根據(jù)以往施工經驗傳統(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經常出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，成孔困難，嚴重者可能造成地面沉降。傳統(tǒng)錨索成孔流程：錨孔測放鉆孔清孔錨索制作錨索安裝注漿養(yǎng)護鋼腰梁安裝錨索張拉補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)場實際情況采用MD-135D套管鉆機，采用新的鉆機錨索施工鉆孔同時進行旋噴水泥漿，將砂層進行加固在旋噴的同時將錨索鋼絞線安裝到位，加固土體同時減少了錨索安裝和鉆孔兩個工序之間的時間，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度，同時增加了錨索錨固段的錨固力，錨索抗拉拔能力更強。（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，每根鋼絞線或高強鋼絲需順直、不扭不叉、排列均勻，嚴格依據(jù)設計尺寸下料，每股長度誤差不大于50mm。鋼絞線要求采用機械切割，嚴禁采用電弧切割，并經除油和除銹處理合格，對有死彎、機械損傷及銹坑材料應剔除。鋼絞線或高強鋼絲應按設計要求平直編排，錨固段每2m設置一個隔離支架，并在錨固段兩隔離支架之間中部設一道緊箍環(huán)，采用16號鐵絲繞制，不得少于兩圈，保證錨索體保護層厚度不小于20mm。錨索編束（包括注漿管）應捆扎牢固，捆扎材料不宜用鍍鋅材料。錨索體自由段應按設計要求采用塑料套管，與錨固段相交處的塑料管管口應密封并用鉛絲綁架。同時，要求按設計要求進行防腐處理。若采用壓力分散型錨索或其它荷載分散型錨索，應嚴格按照設計相關要求下料和編制。b.采用二次補充注漿的錨筋體組裝時，應同時裝放二次注漿管和止?jié){密封裝置。止?jié){裝置應設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，密封袋兩端應牢固地綁扎在錨筋體上。當采用高壓劈裂注漿提高地層錨固力時，要求以漿體強度控制開始劈注時間（一次漿體強度為5MPa），并注意二次注漿管之錨固段內設花孔和封塞。c.錨筋體自由段的防腐與隔離應嚴格按照設計要求施做。d.注漿管：注漿管需滿足設計要求，具有足夠強度，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。二次補充注漿管捆扎在防腐塑料套管外側，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實，并按設計要求預留花管孔眼和安放止?jié){裝置。4 技術措施（1）鉆孔的孔位、孔深、傾斜度應按設計要求進行嚴格控制，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5m，用測斜儀校正一次，保證孔位達到設計和規(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，以保證張拉的順利進行。（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）認真做好施工記錄，各道工序施工人員必須經培訓并經考核合格后方可上崗作業(yè)，嚴禁違章操作。（5）嚴格執(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監(jiān)理工程師驗收簽證的預應力錨索階