錨索施工方案比選與施工方法介紹

 

1.1　總體工程簡介

 

深圳地鐵會展中--市民中心區(qū)間位于深圳市中心區(qū)，南接會展中心站，北接市民中心站。整個區(qū)間分為區(qū)間正線和西北聯(lián)絡(luò)線兩段，區(qū)間正線設(shè)計起訖里程為SSK3+058.375-SSK3+683.615，全長625.24m，西北聯(lián)絡(luò)線為深圳地鐵東西走向的一號線和南北走向的四號線的聯(lián)絡(luò)通道，設(shè)計起訖里程為LNSK0+50.788-LNSK0+446.304，全長395.516m。區(qū)間正線設(shè)計為單洞雙線馬蹄形結(jié)構(gòu)，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和中洞法（位于深南大道下的25m段）施工，西北聯(lián)絡(luò)線設(shè)計為單洞單線馬蹄形結(jié)構(gòu)，采用弧形導(dǎo)坑法施工，區(qū)間正線與西北聯(lián)絡(luò)線分岔處(里程SSK3+248.144-SSK3+303.144)55m段采用明挖法施工。

 

1.2　明挖基坑工程介紹

 

區(qū)間正線與西北聯(lián)絡(luò)線分岔處55m段設(shè)計采用明挖法施工，以作為深圳地鐵一期工程的鋪軌基地之一。本明挖基坑設(shè)計平面結(jié)構(gòu)形式為梯形，長邊長21.011m，短邊長13.534m，基坑開挖深度為23.54～24.42m，基坑圍護結(jié)構(gòu)采用人工挖孔樁咬合樁，樁徑Φ4m，樁長31m，咬合50mm，樁數(shù)共計112根，并于樁頂設(shè)置高1.2m的混凝土冠梁�；�坑支撐體系采用鋼管支撐(Φ600mm×16mm)與預(yù)應(yīng)力錨索相結(jié)合方式，即基坑南北兩側(cè)為鋼管支撐，中間30m段采用錨索支撐，錨索采用3～5股7Φ5鋼絞線，錨索孔徑為Φ150mm，錨索鎖定拉力取設(shè)計軸力的50％-80％。

 

明挖基坑范圍內(nèi)工程地質(zhì)為上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層、沖擊層、第四系殘積層，下伏燕山期花崗巖。根據(jù)地質(zhì)斷面所揭露的資料表明，挖孔樁從上往下穿越地質(zhì)層為：素填土、粘土、砂質(zhì)粘性土、礫質(zhì)粘性土、花崗巖(全風化、強風化)�；�坑地下水位按賦存條件分為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要賦存在第四系粘性土層、砂層、殘積土層中。基巖裂隙水主要賦存花崗巖風化層節(jié)理裂隙內(nèi)，由于節(jié)理裂隙分布不均勻，各處含水性和透水性差異較大，局部略具承壓性。

 

2　錨索施工方案的比選

 

2.1　原設(shè)計錨索施工方案

 

根據(jù)原設(shè)計，明挖基坑共設(shè)置了7排錨索，每掃瞄索共計38根，東、西兩側(cè)各設(shè)19根，同排同側(cè)相鄰兩根錨索之間的水平間距為1.5m，七排錨索呈梅花形布置，即第1、3、5、7排錨索平面位置相同，第2、4、6排錨索平面位置相同，上下相鄰兩排錨索的平面位置相互錯開750mm。7排錨索的相關(guān)設(shè)計參數(shù)見下表：

 

表1原設(shè)計錨索相關(guān)設(shè)計參數(shù)表

 

按此設(shè)計，在施工圍護柚時需預(yù)埋中Φ150mm的鋼管，作為錨索預(yù)埋孔道。但根據(jù)錨索的平面布置，每根錨索與圍護樁的相對位置都不同，且在預(yù)埋鋼管時需將鋼管位置處的圍護樁主筋截斷，同一根圍護樁需截斷7處。按此設(shè)計方案，勢必帶來如下不利之處：

 

(1)因圍護樁主筋截斷7處，主筋連接就依靠主筋與鋼管的焊接連接，降低了圍護樁的受力性能；　

 

(2)在施工圍護樁主筋時，需預(yù)埋錨索的孔道鋼管，預(yù)埋鋼管定位十分困難；

 

(3)圍護樁主筋截斷后，其連接依靠主筋與鋼管的焊接連接，為確保預(yù)埋鋼管與鋼筋的牢固連接，則需在孔內(nèi)焊接，而在孔內(nèi)焊接嚴重違反施工安全操作規(guī)范，不可能實施。

 

2.2　變更后的錨索施工方案

 

鑒于錨索原設(shè)計施工方案的以上情況和本次錨索支撐對于基坑安全的重要性，本著確保錨索施工質(zhì)量的目的，施工單位會同業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理四方召開了幾次現(xiàn)場會議，討論變更錨索施工方案。經(jīng)過充分考慮錨索支撐自身的受力特性、施工要求及實際施工時的困難后，決定將原錨索施工方案作如下調(diào)整：

 

(1)將各排錨索的平面位置調(diào)為一致，即每根錨索都位于圍護樁的咬合部位中心處，這樣，就將原設(shè)計的每排38根錨索變?yōu)槊颗?2根，七排錨索共增加28根；

 

(2)原設(shè)計錨索的相關(guān)設(shè)計參數(shù)(即每排錨索的孔深、總長、自由段長度、錨固段長度、張拉段長度、傾角、鋼絞線規(guī)格、鋪軌期間最大設(shè)計軸力、埋深、豎向間距等）均維持不變；

 

(3)為避免錨索間距過小產(chǎn)生群錨效應(yīng)，則每排錨索均采用梅花形布置，即將原設(shè)計的混凝土腰粱寬度擴大1倍，同排相鄰兩根錨索的斜向間距保持1.5m，如圖1所示。

 

在經(jīng)過以上變更后，既避免了在圍護樁內(nèi)預(yù)埋鋼管，保證了圍護樁的受力性能，同時，又使錨索的間距達到了不產(chǎn)生群錨效應(yīng)的最低要求，施工時直接按測量放線位置鉆孔即可。

 

3　預(yù)應(yīng)力錨索支撐施工方法及工藝流程

 

根據(jù)明挖基坑的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況及施工工期的要求，錨索施工采用目前國內(nèi)最先進的德國進口HD(HD-70，HD-90)系列鉆機，該鉆機特點是施工時受地質(zhì)變化影響較小，成孔速度快，一般土層成孔時間為2h(鉆孔30m深)，不足之處是施工時需水量大，須做好排水工作。

 

錨索施工工藝流程詳見圖2。

 

圖2　錨索施工工藝流程圖

 

3.1　施工準備

 

錨索施工緊接基坑土方開挖進行，基坑土方開挖采取分層開挖，當每層土方開挖至錨索孔位下0.5m高程時，平整開挖面后進行錨索施工。根據(jù)HD鉆帆的特點，鉆機的工作面寬度不小于7m，施工時東西兩側(cè)各設(shè)置一臺鉆機同時施鉆。施工用電采用交流電，功率80kW，用水使用自來水，用100mm水管分兩個Φ50mir閥門通向基坑。因施工時用水量大，因此，正式鉆進前，須于基坑內(nèi)設(shè)置好排水溝，并于基坑中部南、北兩側(cè)各設(shè)置一個泥漿沉淀池。

 

3.2　錨位開孔

 

測量放點定出錨索孔位后，于孔位上支設(shè)開孔機(HD鉆帆鉆頭無法穿破圍護樁樁身混凝土)，調(diào)整好角度，開孔直徑為160mm。錨位開孔應(yīng)提前進行，以確保錨索施工進度。

 

3.3　鉆孔

 

錨索開孔施工完成后，即可移動鉆機就位進行鉆孔作業(yè)。HD系列鉆機采用套管跟進水沖法作業(yè)，機內(nèi)配置高壓泵及可沖擊鉆頭，土壤在高壓水沖擊鉆頭及推進力的作用下沖散成孔，泥漿及水沿套筒周邊涌出，反復(fù)沖擊，形成擴大頭錨桿，能更有力地保證錨索的支撐作用。

 

錨索鉆孔時，孔間水平方向允許偏差為±10mm，垂直方向允許偏差為±50mm，鉆孔傾斜允許偏差為3‰，孔深應(yīng)超過錨索設(shè)計長度0.5～1.0m，終孔后清孔要徹底，并立即插入錨索灌漿。

 

3.4　錨索制作與下放

 

錨索用7Φ5鋼絞線制作，在乎坦無泥的加工場加工，每根鋼鉸線誤差小于50mm。錨固段每隔2.0m設(shè)—個架線環(huán)，用火燒絲綁扎牢固。架線環(huán)形式應(yīng)根各鉆機的施工工藝相適應(yīng)，以利于施工。HD鉆機系列采用套管跟進作業(yè)，用塑料圓盤作為架線環(huán)易與套管接頭相卡，鐵制的錨頭在下錨時易損壞套管內(nèi)壁，所以HD鉆機施工中的錨索在原設(shè)計的基礎(chǔ)上加以改進：架線環(huán)形狀改為流線性，換掉鐵制錨頭，改為用較軟材料包裹錨頭，錨索自由段套人塑料管保護，兩端應(yīng)裹嚴密，防止漏入水泥漿。錨索加工檢驗合格完后，方可下放。桿體放人孔內(nèi)后，外露張拉長度1.5m(以樁外邊為準)。

 

3.5　注漿

 

為了提高錨索受力，一次注漿與二次注漿都使用純水泥漿，水灰比0.5(設(shè)計一次注漿水灰比為0.38-0.45的水泥砂漿)，攪漿用水為自來水，水泥為425#普通硅酸鹽水泥。

 

3.5.1　一次注漿

 

HD鉆機的一次注漿分為—次常壓注漿和一次高壓注漿兩次進行。

 

一次常壓注漿：用高壓水沖洗鉆孔并安放錨索桿體完成后，即可進行錨索一次注漿，由于注人的水泥漿較孔內(nèi)殘留的泥漿、清水比重大，故能依次將泥漿、清水置換出來，由孔底開始注漿，當孔口冒出的水泥漿與新漿相同時，再繼續(xù)注漿2分鐘即可。

 

一次高壓注漿：撥出一節(jié)套管，在管內(nèi)注滿水泥漿，并在管口加蓋高壓注漿帽，繼續(xù)注漿，管內(nèi)水泥漿在高壓作用下，向錨固端土壤擴散，滲透壓縮周邊土體，穩(wěn)定2分鐘后卸管，再撥出一節(jié)套管，并繼續(xù)上述過程，直至撥管至自由段時停止二步注漿，繼續(xù)撥管至完成。撥管后應(yīng)注意檢查錨索桿體是否正確。

 

3.5.2　二次劈裂注漿

 

二次注漿為劈裂注漿，注漿壓力一般為2.5～5.0MPa，其目的是再次向錨固區(qū)段注漿，使第一次注漿休被劈裂，漿液在高壓下被壓人孔內(nèi)壁的土體中，使錨索能牢固地錨在巖層中。壓漿管為膠管，在制作鋼絞線就綁扎在鋼絞線中。施工中為了使二次注漿達到設(shè)計的效果，在—次注漿中必須將錨固段完全注滿漿。

 

3.6　張拉鎖定

 

錨索固體的強度大于15Mpa，達到設(shè)計強度70％時，可進行錨索張拉鎖定。本明挖基坑錨索張拉的時間定為二次注漿后7天進行張拉。張拉時的mt荷載應(yīng)根據(jù)不同的千斤頂進行計算，張拉分預(yù)張拉和鎖定張拉兩種，預(yù)張拉一般力值為0.1TW、0.5TW、1.0TW(TW為設(shè)計荷載)。

 

4　錨索基本試驗及抗拔力試驗

 

對錨索支撐進行基本試驗和抗拔力試驗，以確定錨索的極限承載力，掌握錨索體在不同凝固期(3天、7天、14天)抵抗破壞的安全程度，以便在正式使用錨索結(jié)構(gòu)參數(shù)或改進錨索制作工藝，揭示錨索注漿完成后，錨索抗拔力是否達到滿足設(shè)計要求的時限。

 

4.1　試驗前期準備工作

 

(1)按試驗要求制作好用于基本試驗(3條)和抗撥力試驗的錨索，并滿足試驗的現(xiàn)場要求；

 

(2)用于基本試驗和抗拔力試驗的錨索的具體位置由設(shè)計和監(jiān)理單位在現(xiàn)場指定；

 

(3)在確定的基本試驗錨索注漿滿3天、7天、和14天時，分別進行一根錨索的基本試驗；

 

(4)錨索外露于基坑壁面長度應(yīng)不少于1.3m，以便千斤頂?shù)陌惭b和試驗；

 

(5)在錨索成孔注漿后，在基坑壁面用C20細石混凝土澆注400mm×400mm×200mm的傳力臺

 

臺座混凝土里面放2～3片Φ80100×100鋼筋網(wǎng)片，臺座中心預(yù)埋Φ50鋼管，以利錨頭穿過。

 

(1)試驗張拉設(shè)備采用預(yù)應(yīng)力穿心千斤頂，千斤頂?shù)念~定壓力大于最大試驗壓力544.3kN；

 

(2)千斤頂和油壓表莊試驗前須標定，計算各級荷載下油壓表的讀數(shù)值，并繪制成表；

 

(3)在每級荷載下，用百分表測讀錨頭(千斤頂活塞)位移3次，并記錄；

 

(4)錨索基本試驗采用循環(huán)加荷，各級荷載及觀測時間表2所示；

 

(5)錨索抗拔力試驗加荷與觀測時間如下時間分配表，見表3；

 

(6)錨索抗拔力試驗加到最大試驗荷載，觀測15min測讀3次錨頭位移后，卸荷至0.1T量測錨頭位移，然后卸荷至錨索荷載進行鎖定。

 

5　總　結(jié)

 

為了掌握錨索在實際工作中的受力狀態(tài)，并檢驗錨索的施工質(zhì)量，我部在每排錨索中設(shè)置了三個錨索測力計。經(jīng)過長時間的觀測結(jié)果顯示，錨索支撐自施工至今1年多時間以來，錨索受力性能良好，蠕變量小，說明本次錨索施工是成功的，錨索支撐施工質(zhì)量達到了設(shè)計要求，保證了本深基坑工程的穩(wěn)定。