锚索施工方案比选与施工方法介绍

深圳地铁会展中心站—市民中心区间锚索施工方案比选与施工方法介绍[摘要]本文介绍了在深基坑施工中采取预应力锚索支护的成功纤验，通过锚索施工方案的优选，起到了降低施工难度、确保施工质量的作用。同时，对预应力锚索的全套管跟进水冲法成孔、钢绞线制作与下放、锚索孔常压注浆、高压注浆，劈裂注浆、锚索张拉锁定、锚索试验等也做丁较为详细的介绍。[关键词]预应力钳索全套管钢绞线劈裂注浆张拉锁定1工程概况1．1总体工程简介深圳地铁会展中--市民中心区间位于深圳市中心区，南接会展中心站，北接市民中心站。整个区间分为区间正线和西北联络线两段，区间正线设计起讫里程为SSK3+058．375-SSK3+683．615，全长625．24m，西北联络线为深圳地铁东西走向的一号线和南北走向的四号线的联络通道，设计起讫里程为LNSK0+50．788-LNSK0+446．304，全长395．516m。区间正线设计为单洞双线马蹄形结构，采用双侧壁导坑法和中洞法（位于深南大道下的25m段）施工，西北联络线设计为单洞单线马蹄形结构，采用弧形导坑法施工，区间正线与西北联络线分岔处(里程SSK3+248．144—SSK3+303．144)55m段采用明挖法施工。1．2明挖基坑工程介绍区间正线与西北联络线分岔处55m段设计采用明挖法施工，以作为深圳地铁一期工程的铺轨基地之一。本明挖基坑设计平面结构形式为梯形，长边长21．011m，短边长13．534m，基坑开挖深度为23．54～24．42m，基坑围护结构采用人工挖孔桩咬合桩，桩径ф4m，桩长31m，咬合50mm，桩数共计112根，并于桩顶设置高1．2m的混凝土冠梁。基坑支撑体系采用钢管支撑(ф600mmxl6mm)与预应力锚索相结合方式，即基坑南北两侧为钢管支撑，中间30m段采用锚索支撑，锚索采用3～5股7ф5钢绞线，锚索孔径为ф150mm，锚索锁定拉力取设计轴力的50％—80％。明挖基坑范围内工程地质为上覆第四系全新统人工堆积层、冲击层、第四系残积层，下伏燕山期花岗岩。根据地质断面所揭露的资料表明，挖孔桩从上往下穿越地质层为：素填土、粘土、砂质粘性土、砾质粘性土、花岗岩(全风化、强风化)。基坑地下水位按赋存条件分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存在第四系粘性土层、砂层、残积土层中。基岩裂隙水主要赋存花岗岩风化层节理裂隙内，由于节理裂隙分布不均匀，各处含水性和透水性差异较大，局部略具承压性。2锚索施工方案的比选2.1原设计锚索施工方案根据原设计，明挖基坑共设置了7排锚索，每扫瞄索共计38根，东、西两侧各设19根，同排同侧相邻两根锚索之间的水平间距为1．5m，七排锚索呈梅花形布置，即第1、3、5、7排锚索平面位置相同，第2、4、6排锚索平面位置相同，上下相邻两排锚索的平面位置相互错开750mm。7排锚索的相关设计参数见下表：表1原设计锚索相关设计参数表按此设计，在施工围护柚时需预埋中ф150mm的钢管，作为锚索预埋孔道。但根据锚索的平面布置，每根锚索与围护桩的相对位置都不同，且在预埋钢管时需将钢管位置处的围护桩主筋截断，同一根围护桩需截断7处。按此设计方案，势必带来如下不利之处：(1)因围护桩主筋截断7处，主筋连接就依靠主筋与钢管的焊接连接，降低了围护桩的受力性能；(2)在施工围护桩主筋时，需预埋锚索的孔道钢管，预埋钢管定位十分困难；(3)围护桩主筋截断后，其连接依靠主筋与钢管的焊接连接，为确保预埋钢管与钢筋的牢固连接，则需在孔内焊接，而在孔内焊接严重违反施工安全操作规范，不可能实施。2．2变更后的锚索施工方案鉴于锚索原设计施工方案的以上情况和本次锚索支撑对于基坑安全的重要性，本着确保锚索施工质量的目的，施工单位会同业主、设计、监理四方召开了几次现场会议，讨论变更锚索施工方案。经过充分考虑锚索支撑自身的受力特性、施工要求及实际施工时的困难后，决定将原锚索施工方案作如下调整：(1)将各排锚索的平面位置调为一致，即每根锚索都位于围护桩的咬合部位中心处，这样，就将原设计的每排38根锚索变为每排42根，七排锚索共增加28根；(2)原设计锚索的相关设计参数(即每排锚索的孔深、总长、自由段长度、锚固段长度、张拉段长度、倾角、钢绞线规格、铺轨期间最大设计轴力、埋深、竖向间距等）均维持不变；(3)为避免锚索间距过小产生群锚效应，则每排锚索均采用梅花形布置，即将原设计的混凝土腰粱宽度扩大1倍，同排相邻两根锚索的斜向间距保持1，5m，如图1所示。在经过以上变更后，既避免了在围护桩内预埋钢管，保证了围护桩的受力性能，同时，又使锚索的间距达到了不产生群锚效应的最低要求，施工时直接按测量放线位置钻孔即可。3预应力锚索支撑施工方法及工艺流程根据明挖基坑的工程地质、水文地质情况及施工工期的要求，锚索施工采用目前国内最先进的德国进口HD(HD-70，HD-90)系列钻机，该钻机特点是施工时受地质变化影响较小，成孔速度快，一般土层成孔时间为2h(钻孔30m深)，不足之处是施工时需水量大，须做好排水工作。锚索施工工艺流程详见图2。图2锚索施工工艺流程图3.1施工准备锚索施工紧接基坑土方开挖进行，基坑土方开挖采取分层开挖，当每层土方开挖至锚索孔位下0．5m高程时，平整开挖面后进行锚索施工。根据HD钻帆的特点，钻机的工作面宽度不小于7m，施工时东西两侧各设置一台钻机同时施钻。施工用电采用交流电，功率80kW，用水使用自来水，用100mm水管分两个φ50mir阀门通向基坑。因施工时用水量大，因此，正式钻进前，须于基坑内设置好排水沟，并于基坑中部南、北两侧各设置一个泥浆沉淀池。3．2锚位开孔测量放点定出锚索孔位后，于孔位上支设开孔机(HD钻帆钻头无法穿破围护桩桩身混凝土)，调整好角度，开孔直径为160mm。锚位开孔应提前进行，以确保锚索施工进度。3．3钻孔锚索开孔施工完成后，即可移动钻机就位进行钻孔作业。HD系列钻机采用套管跟进水冲法作业，机内配置高压泵及可冲击钻头，土壤在高压水冲击钻头及推进力的作用下冲散成孔，泥浆及水沿套筒周边涌出，反复冲击，形成扩大头锚杆，能更有力地保证锚索的支撑作用。锚索钻孔时，孔间水平方向允许偏差为±10mm，垂直方向允许偏差为±50mm，钻孔倾斜允许偏差为3‰，孔深应超过锚索设计长度0．5～1．0m，终孔后清孔要彻底，并立即插入锚索灌浆。3．4锚索制作与下放锚索用7φ5钢绞线制作，在乎坦无泥的加工场加工，每根钢铰线误差小于50mm。锚固段每隔2．0m设—个架线环，用火烧丝绑扎牢固。架线环形式应根各钻机的施工工艺相适应，以利于施工。HD钻机系列采用套管跟进作业，用塑料圆盘作为架线环易与套管接头相卡，铁制的锚头在下锚时易损坏套管内壁，所以HD钻机施工中的锚索在原设计的基础上加以改进：架线环形状改为流线性，换掉铁制锚头，改为用较软材料包裹锚头，锚索自由段套人塑料管保护，两端应裹严密，防止漏入水泥浆。锚索加工检验合格完后，方可下放。杆体放人孔内后，外露张拉长度1．5m(以桩外边为准)。3．5注浆为了提高锚索受力，一次注浆与二次注浆都使用纯水泥浆，水灰比0．5(设计一次注浆水灰比为0．38-0．45的水泥砂浆)，搅浆用水为自来水，水泥为425#普通硅酸盐水泥。3．5．1一次注浆HD钻机的一次注浆分为—次常压注浆和一次高压注浆两次进行。一次常压注浆：用高压水冲洗钻孔并安放锚索杆体完成后，即可进行锚索一次注浆，由于注人的水泥浆较孔内残留的泥浆、清水比重大，故能依次将泥浆、清水置换出来，由孔底开始注浆，当孔口冒出的水泥浆与新浆相同时，再继续注浆2分钟即可。一次高压注浆：拨出一节套管，在管内注满水泥浆，并在管口加盖高压注浆帽，继续注浆，管内水泥浆在高压作用下，向锚固端土壤扩散，渗透压缩周边土体，稳定2分钟后卸管，再拨出一节套管，并继续上述过程，直至拨管至自由段时停止二步注浆，继续拨管至完成。拨管后应注意检查锚索杆体是否正确。3．5．2二次劈裂注浆二次注浆为劈裂注浆，注浆压力一般为2．5～5．0MPa，其目的是再次向锚固区段注浆，使第一次注浆休被劈裂，浆液在高压下被压人孔内壁的土体中，使锚索能牢固地锚在岩层中。压浆管为胶管，在制作钢绞线就绑扎在钢绞线中。施工中为了使二次注浆达到设计的效果，在—次注浆中必须将锚固段完全注满浆。3．6张拉锁定锚索固体的强度大于15mpa，达到设计强度70％时，可进行锚索张拉锁定。本明挖基坑锚索张拉的时间定为二次注浆后7天进行张拉。张拉时的mt荷载应根据不同的千斤顶进行计算，张拉分预张拉和锁定张拉两种，预张拉一般力值为0．1TW、0．5TW、1．0TW(TW为设计荷载)。4锚索基本试验及抗拔力试验对锚索支撑进行基本试验和抗拔力试验，以确定锚索的极限承载力，掌握锚索体在不同凝固期(3天、7天、14天)抵抗破坏的安全程度，以便在正式使用锚索结构参数或改进锚索制作工艺，揭示锚索注浆完成后，锚索抗拔力是否达到满足设计要求的时限。4．1试验前期准备工作(1)按试验要求制作好用于基本试验(3条)和抗拨力试验的锚索，并满足试验的现场要求；(2)用于基本试验和抗拔力试验的锚索的具体位置由设计和监理单位在现场指定；(3)在确定的基本试验锚索注浆满3d、7d、和14d时，分别进行一根锚索的基本试验；(4)锚索外露于基坑壁面长度应不少于1．3m，以便千斤顶的安装和试验；(5)在锚索成孔注浆后，在基坑壁面用C20细石混凝土浇注400mx400mmx200mm9的传力台台座混凝土里面放2～3片中φ8@100x100钢筋网片，台座中心预埋φ50钢管，以利锚头穿过。(1)试验张拉设备采用预应力穿心千斤顶，千斤顶的额定压力大于最大试验压力544．3kn(2)千斤顶和油压表庄试验前须标定，计算各级荷载下油压表的读数值，并绘制成表；(3)在每级荷载下，用百分表测读锚头(千斤顶活塞)位移3次，并记录；(4)锚索基本试验采用循环加荷，各级荷载及观测时间表2所示：(5)锚索抗拔力试验加荷与观测时间如下时间分配表，见表3：(6)锚索抗拔力试验加到最大试验荷载，观测15min测读3次锚头位移后，卸荷至0．1T量测锚头位移，然后卸荷至锚索荷载进行锁定。5总结为了掌握锚索在实际工作中的受力状态，并检验锚索的施工质量，我部在每排锚索中设置了三个锚索测力计。经过长时间的观测结果显示，锚索支撑自施工至今1年多时间以来，锚索受力性能良好，蠕变量小，说明本次锚索施工是成功的，锚索支撑施工质量达到了设计要求，保证了本深基坑工程的稳定。文章来源：《地下地铁技术文集2003》原作者：雷建海宋官平