關(guān)于改進(jìn)地鐵車站預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝的措施和方法

石翠穎

（昆明地鐵運(yùn)營有限公司，云南昆明650500）

關(guān)于改進(jìn)地鐵車站預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝的措施和方法

石翠穎*

（昆明地鐵運(yùn)營有限公司，云南昆明650500）

通過昆明地鐵首期廣電大學(xué)站的工程實(shí)例,分析預(yù)應(yīng)力錨索在樁錨支撐體系中的設(shè)計(jì)原理和施工效果,優(yōu)化和解決錨索施工過程中的施工技術(shù)要點(diǎn)和不足之處,保證了基坑及周圍建筑物的安全，對(duì)類似工程提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。

地鐵車站；深基坑；預(yù)應(yīng)力錨索；支撐體系；施工工藝

1 工程概況

1.1 工程概況

廣電大學(xué)車站全長為390m，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)外包寬度為20.7m,開挖深度約21.5～23.1m。車站主體為地下2層,采用雙柱三跨（局部單柱雙跨）的鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+鋼支撐支護(hù)體系、鉆孔灌注樁+錨索、放坡+土釘三種支護(hù)形式，其中樁號(hào)DK41+541.75～DK41+715.900圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用?1000mm@1600mm鉆孔樁+內(nèi)支撐的形式，樁號(hào)DK41+715.900～DK41+943.269圍護(hù)結(jié)構(gòu)北側(cè)采用?1000mm@1250mm鉆孔樁+錨索的形式，樁號(hào)DK41+715.900～DK41+943.269圍護(hù)結(jié)構(gòu)南側(cè)采用放坡+土釘?shù)男问?，采用明挖順作施工方法。車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面示意圖如圖1所示。

圖1 廣電大學(xué)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面示意圖

1.2 工程地質(zhì)條件

素填土①：大部分鉆孔見及該層，分布于場地表層，層厚1.00～14.10m。為近期人工堆而成，主要成份為粘性土，部分未壓實(shí)，呈松散狀，多數(shù)已壓實(shí)，稍固結(jié)，局部見有碎石，屬Ⅰ級(jí)松土。

③1-2層：粉質(zhì)粘土，黃灰色、褐黃色，可塑，屬Ⅰ級(jí)松土。屬中等壓縮性土。層厚1.00～6.00m，頂面埋深0～18.0m，標(biāo)高1924.89～1937.99m。建議地基基本承載力取σ0＝130kPa。

③1-3層：粉質(zhì)粘土，黃灰色、褐黃色，硬塑，屬Ⅱ級(jí)普通土。屬中等壓縮性土。層厚2.00～19.00m，平均厚度 7.58m。頂面埋深 0～7.2m，標(biāo)高 1927.70～1942.59m。建議地基基本承載力取σ0＝150kPa。

1.2.3 基巖

下伏基巖為寒武系粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，該層埋深一般13～40m，按風(fēng)化程度及強(qiáng)度的差異可分為全風(fēng)化帶、強(qiáng)風(fēng)化帶及中風(fēng)化帶?，F(xiàn)分述如下：

⑦1-1全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖（W4）：褐黃色、褐紅色，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，巖芯呈堅(jiān)硬土狀或土夾巖狀，巖質(zhì)狀，手可捏碎，泡水易軟化。屬Ⅲ級(jí)硬土，層厚2.00～12.00m，平均厚度4.48m。頂面埋深0～39.6m，標(biāo)高1898.47～1951.28m。建議地基基本承載力取σ0＝200kPa。

⑦2-1強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖（W3）：灰黃色、黃褐色，原巖結(jié)構(gòu)清晰，裂隙很發(fā)育，裂隙面多見鐵質(zhì)浸染，巖芯呈碎塊狀為主，風(fēng)化不均勻，局部夾有中風(fēng)化巖，巖芯呈短柱狀，錘擊易碎。屬Ⅳ級(jí)軟石。層厚1.2～26.9m，平均厚度8.67m。層面埋深0～43m，層面標(biāo)高1895.07～1949.70m。建議地基基本承載力取σ0＝300kPa。

⑦3-1中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、泥巖（W2）：紫紅色、青灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖芯以柱狀為主，巖石較軟，泡水易軟化。風(fēng)干易裂，屬Ⅴ級(jí)次堅(jiān)石。層厚1.00～20.9m，平均厚度6.07m。層面埋深2～48m，層面標(biāo)高1896.58～1947.76m。建議地基基本承載力取σ0＝400kPa。

⑧2場地內(nèi)構(gòu)造角礫巖：原巖為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，灰黃色、黃褐色，巖石擠壓破碎，呈角礫狀，角礫母巖為砂質(zhì)泥巖，角礫大小一般為0.5～10.0cm，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)較好，局部見擦痕及擠壓跡象。層厚5.4m，層面埋深15.00m，層面標(biāo)高1935.99m，建議地基承載力取σ0＝300kPa。

1.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水的形成、賦存條件、水力特征及水理性質(zhì)，地下水劃分為以下基本類型：松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙承壓水，局部偶有賦存人工填土層中的上層潛水。

（1）孔隙潛水?？紫稘撍饕x存于第四系含水層中，其含水性能與砂粒含量、形狀、大小、顆粒級(jí)配及粘（粉）粒含量等有密切關(guān)系。

人工填土①具弱等透水性，粉質(zhì)粘土③-1及基巖全風(fēng)化層，成分以粘粒為主，透水性及富水性差，為相對(duì)隔水層，水量貧乏。

（2）基巖裂隙水。場地內(nèi)基巖巖性為寒武系（τ），裂隙較發(fā)育，地下水量較小。主要靠上層的孔隙潛水下滲補(bǔ)給，基巖裂隙水較貧乏。

場地主要位于剝蝕殘丘及丘間谷地區(qū)，水位變化較大?？辈炱陂g測(cè)得地下水穩(wěn)定水位埋深2.20～9.70m，相應(yīng)標(biāo)高1931.98～1944.13m。地下水位變化主要受氣候的控制。

（3）地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件。第四系地層中的地下水主要受大氣降水及地表水入滲補(bǔ)給，水位變化因氣候、季節(jié)而異；基巖地下水（裂隙水、）受大氣降水、地表水和上層地下水補(bǔ)給,局部略具微承壓。地下水的排泄方式主要有蒸發(fā)、側(cè)向徑流、低洼處天然露頭。根據(jù)縱斷面圖各鉆孔的穩(wěn)定水位線及地形地貌分析，地下水的流向：從西北流向東南。

（4）水質(zhì)及腐蝕性評(píng)價(jià)。場地地下水對(duì)砼無腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性，對(duì)砼結(jié)構(gòu)中鋼筋無腐蝕性。

1.4 承載力特征值及樁側(cè)摩阻力參數(shù)

地質(zhì)報(bào)告提供各土層的承載力特征值及樁基參數(shù)見表1。

表1 承載力特征值及樁基參數(shù)

2 錨索設(shè)計(jì)參數(shù)

錨索均采用7?5mm鋼絞線，預(yù)埋鋼套管壁厚t= 3mm，注漿材料采用水灰比為0.38～0.45的水泥漿，注漿體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不應(yīng)低于20MPa。錨索總長度＝1.5m張拉余長+自由段長度+錨固段長度?；訃o(hù)樁采用直徑1000mm的鉆孔灌注樁，間距1250mm。為減少密集錨索的“群錨效應(yīng)”，錨索設(shè)計(jì)水平角度采用10°、15°間隔布置。

錨索布設(shè)示意圖如圖2所示。

3 錨索施工工藝及注意事項(xiàng)

3.1 錨索施工工藝的改進(jìn)研究方向

錨索的施工方法有多種，影響錨索施工質(zhì)量的重要因素是錨索的承載力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此，在施工過程中，因緊緊圍繞這個(gè)重點(diǎn)來改進(jìn)其施工工藝。根據(jù)以往的試驗(yàn)研究表明，主要影響錨索承載力的有3個(gè)方面：（1）巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)及地下水的動(dòng)態(tài)決定了錨索注漿體與巖土層粘結(jié)力的大小，應(yīng)盡可能將錨索的錨固段錨入堅(jiān)硬土層和巖層中；（2）錨索成錨過程中（如成孔、制錨、洗孔、一次灌漿和二次灌漿等）中的質(zhì)量控制問題；（3）錨索張拉鎖定過程中預(yù)應(yīng)力損失。

從施工角度考慮，只有（2）、（3）與施工單位的技術(shù)水平及施工經(jīng)驗(yàn)有密切關(guān)系。

3.2 錨索施工設(shè)備的選擇

圖2 車站錨索橫斷面設(shè)計(jì)示意圖（單位：mm）

錨索作為一個(gè)廣泛應(yīng)用的邊坡防護(hù)形式，已經(jīng)具有成熟施工工藝和經(jīng)驗(yàn)，所使用的設(shè)備包括錨固鉆機(jī)、潛孔鉆機(jī)、全液壓錨固鉆機(jī)、履帶鉆機(jī)、全液壓履帶鉆機(jī)等。但根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備性能比較，為滿足本項(xiàng)目工期緊、質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，選擇采用全液壓履帶鉆機(jī)，其具有成孔速度快、成孔角度易控制、可根據(jù)地下水情況選擇干鉆和水鉆的特點(diǎn)，且機(jī)械化程度高、移機(jī)速度快、操作簡單、施工人員少等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 錨索的試錨施工

由于在施工過程中錨索的實(shí)際錨固力在不同地層和水文條件或受施工設(shè)備和工藝的影響會(huì)與設(shè)計(jì)理論值有差別。為了確保施工后錨索錨固力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)在不同地層中和水文條件下，按照現(xiàn)場采用的施工設(shè)備、施工工藝和方案進(jìn)行錨索試驗(yàn)施工，以得出錨索實(shí)際所能達(dá)到的參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求，以便于設(shè)計(jì)單位對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。具體試錨方法如下：

（1）基本實(shí)驗(yàn)每道錨索采用2根錨索，用作基本試驗(yàn)的錨索參數(shù)、材料及施工工藝必須和工程錨索相同。

（2）最大試驗(yàn)荷載（Qmax）不應(yīng)超過鋼絲、鋼鉸線、鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.8倍。

（3）砂質(zhì)土、硬粘土中錨索基本試驗(yàn)加荷等級(jí)與測(cè)讀錨頭位移應(yīng)遵守下列規(guī)定：

①采用循環(huán)加荷初始荷載宜取A·fptk的0.1倍，每級(jí)加荷增量宜取A·fptk的1/10～1/15。

②砂質(zhì)土、硬粘土中錨索加荷等級(jí)與觀測(cè)時(shí)間見表2。

③在每級(jí)加荷等級(jí)觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，測(cè)讀錨頭位移不應(yīng)少于3次。

④在每級(jí)加荷等級(jí)觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，錨頭位移量不大于0.1mm時(shí)，可施加下一級(jí)荷載，否則要延長觀測(cè)時(shí)間，直至錨頭位移增量2.0h小于2.0mm時(shí)，再施加下一級(jí)荷載。

⑤錨索破壞標(biāo)準(zhǔn)：

a.后一級(jí)荷載產(chǎn)生的錨頭位移增量達(dá)到或超過前一級(jí)荷載位移增量的2倍。

b.錨頭位移不收斂。

表2 錨索基本試驗(yàn)加荷等級(jí)與觀測(cè)時(shí)間

c.錨頭總位移超過設(shè)計(jì)允許位移值。

3.4 錨索施工注意事項(xiàng)

3.4.1 鉆孔

土層錨索鉆孔應(yīng)遵守下列規(guī)定：

（1）鉆孔前，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和土層條件，定出孔位，做出標(biāo)記。

（2）錨索水平方向孔距誤差不應(yīng)大于50mm，處置方向孔距誤差不應(yīng)大于100mm。

（3）鉆孔底部的偏斜尺寸不應(yīng)大于錨索長度的3%，可用鉆孔測(cè)斜儀控制鉆孔方向。

（4）錨索孔深不應(yīng)小于實(shí)際長度，也不宜大于設(shè)計(jì)長度的1%。

（5）安放錨索前，濕式鉆孔應(yīng)用水沖洗，直至孔口流出清水位置。

3.4.2 注漿

（1）錨索注漿應(yīng)遵守下列規(guī)定：

①注漿材料應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，一般宜選用灰砂比1∶1～1∶2，水灰比0.38～0.45的水泥砂漿或水灰比為0.40～0.45的純水泥漿，必要時(shí)可加入一定量的外加劑或摻和料。

②注漿漿液應(yīng)攪拌均勻，隨攪隨用，漿液應(yīng)在初凝前用完，并嚴(yán)防石塊雜物混入漿液。

③采用孔底返漿注漿法進(jìn)行注漿,注漿壓力一般為0.5～0.7MPa,直到孔底返漿從孔口溢出，普通注漿后再進(jìn)行二次劈裂注漿。

④錨孔灌漿作業(yè)用孔底返漿方式注漿，直至錨孔孔口溢出漿液或排氣管停止排氣時(shí)，方可停止注漿。注漿結(jié)束后，應(yīng)觀察漿液的回落情況，若有回落應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漿。

⑤漿體硬化后不能充滿錨固體時(shí)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)漿。（2）注漿體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不應(yīng)低于20MPa。

3.4.3 張拉與鎖定

（1）臺(tái)座的承壓面應(yīng)平整并與錨索的軸線方向垂直。

（2）錨索的張拉應(yīng)遵守下列規(guī)定：

①錨索張拉前應(yīng)對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。

②錨固體與臺(tái)座混凝土強(qiáng)度均大于時(shí)方可進(jìn)行張拉。

③錨索張拉應(yīng)按一定程序進(jìn)行錨索張拉順序應(yīng)考慮鄰近錨索的相互影響。

④錨索正式張拉之前，應(yīng)取0.1～0.2設(shè)計(jì)軸向拉力值Nt，對(duì)錨索預(yù)張拉1～2次，使其各部位的接觸緊密桿體完全平直。

⑤永久錨索張拉控制應(yīng)力σcon不應(yīng)超過0.6fptk，臨時(shí)錨索張拉控制應(yīng)力σcon不應(yīng)超過0.65fptk。

（3）錨索張拉至1.1～1.2Nt，土質(zhì)為砂質(zhì)土?xí)r保持10min，為粘性土?xí)r保持15min，然后卸荷至鎖定荷載進(jìn)行鎖定作業(yè)。錨索張拉荷載分級(jí)及觀測(cè)時(shí)間應(yīng)遵守表3的規(guī)定。

表3 錨索張拉荷載分級(jí)及觀測(cè)時(shí)間

4 改進(jìn)錨索施工工藝的幾點(diǎn)措施和方法

根據(jù)錨索試錨施工和現(xiàn)場施工中得出的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，錨索在不同地層中和水文條件下，其錨固效果不盡相同的，有時(shí)與設(shè)計(jì)參數(shù)有所差異，并與所采用的機(jī)械設(shè)備、施工工藝和方案密切相關(guān)。因此，在施工中因根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)和水文條件，選擇合適的機(jī)械設(shè)備、施工工藝和方案，必要時(shí)，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)。并提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)措施和方法。

4.1 錨索施工工序調(diào)整

將冠（腰）梁施工工序提到的鉆孔施工工序前。由于目前錨索施工工藝都是先進(jìn)行錨索鉆孔施工，然后再進(jìn)行混凝土骨架或是冠（腰）梁施工，這樣就容易發(fā)生在錨索鉆孔過程中，孔位水平角度的控制大部分憑操作人員簡易的測(cè)量方法進(jìn)行操作，就容易造成孔位的上下、左右偏位，影響施工精度。而在冠（腰）梁中設(shè)置了導(dǎo)向管，這樣更容易準(zhǔn)確控制錨索孔位水平角度，提高了施工精確度。

4.2 錨索制作

由于鋼絞線是柔性材料，在鉆孔內(nèi)放置鋼絞線難以保證鋼絞線都平直和張緊，當(dāng)多束鋼絞線同時(shí)張拉時(shí)，由于各束鋼絞線之間的張緊程度不同，往往使得不同束鋼絞線之間受力相差懸殊。為減少這種情況，因此在制作錨索時(shí)，可將隔離支架間距加密到1.0m，并增加兩根?25mm鋼筋作為縱向骨架固定，這樣就可以將不同束鋼絞線固定牢固，增加多束鋼絞線張緊一致程度，在放置鋼絞線時(shí)，能有效地提高鋼絞線的平直度、張緊度和整體剛度。

4.3 錨索成孔方法的選擇

錨索成孔方式可分為干鉆和水鉆2種方法，由于采取水鉆法，會(huì)造成孔壁周圍巖土層附著泥漿，造成孔壁表面平順、光滑，將大大減少注漿體與巖土層的摩阻力，從而影響錨索的錨固力。但是在存在地下水的巖土層時(shí)，必須采用水鉆法方可將鉆進(jìn)過程中鉆出的巖土體通過水流帶出孔外，但需做好清孔工作。因此，成孔方法上應(yīng)根據(jù)地質(zhì)和水文條件進(jìn)行合理選擇，在條件允許的情況下，建議盡量采用干鉆法。

4.4 錨索張拉鎖定的控制

由于在張拉鎖定過程中，由于自由端被部分水泥漿包裹、冠（腰）梁的承壓面與鋼絞線不垂直、鋼絞線與錨具間的摩擦力等因素影響，將造成錨索預(yù)應(yīng)力大量損失，從而影響錨索實(shí)際承載力。因些，建議在錨索正式施工前，進(jìn)行試錨索施工，收集相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)與設(shè)計(jì)單位確認(rèn)后，合理確定超張拉系數(shù)。

5 結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力錨索已廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、市政道路的路基邊坡防護(hù)，其施工工藝成熟，應(yīng)用效果得到了大量工程案例印證，其實(shí)用性、技術(shù)性已趨于完善，通過大量工程實(shí)踐表明，錨索體系的錨固力除受工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的影響外，還要受到施工工藝、技術(shù)措施、施工控制、材料等因素的影響，不利于充分發(fā)揮出錨索的最大效果。為確保錨索體系的安全性和有效性，必須從設(shè)計(jì)和施工兩方面采取有效措施，合理選擇錨索設(shè)計(jì)參數(shù)，優(yōu)化和改進(jìn)錨索施工工藝，加強(qiáng)過程質(zhì)量控制。

[1]中華人民共和國建設(shè)部.GB50330-2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2]中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).CESS22-2005巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程[S].

[3]唐孟雄.基坑預(yù)應(yīng)力錨索錨固力試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007(6)：1158.

[4]陳曉文，楊光華，張君祿，等.廣州凱華城基坑采用土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)踐[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2004(17)-3021-9.

U459.3

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1004-5716(2015)01-0181-05

2014-06-13

2014-06-19

石翠穎（1977-），女（漢族），遼寧阜新人，工程師，現(xiàn)從事專業(yè)技術(shù)管理工作。