預(yù)應(yīng)力錨索支撐體系在地鐵明挖基坑中的應(yīng)用

王明湖（中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司，天津300450）

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預(yù)應(yīng)力錨索支撐體系在地鐵明挖基坑中的應(yīng)用

王明湖
（中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司，天津300450）

摘 要：沈陽地鐵二號(hào)線某車站采用明挖法施工，設(shè)計(jì)選用了預(yù)應(yīng)力錨索支撐體系。預(yù)應(yīng)力錨索水平方向和豎向均有布置，其豎向錨索通過腰梁錨固在鉆孔灌注樁上。一方面錨索的錨固力傳遞到防護(hù)樁上使土體密實(shí)；另一方面錨索施加的預(yù)應(yīng)力作用改變了破裂面土體的應(yīng)力狀態(tài)，從而保證開挖基坑邊坡土體的自穩(wěn)能力。闡述了預(yù)應(yīng)力錨索的施工原理與構(gòu)造、施工工藝及技術(shù)要點(diǎn)。工程實(shí)踐證明，深基坑施工采用預(yù)應(yīng)力錨索支撐體系在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性和變形的影響方面優(yōu)勢(shì)明顯。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力錨索；地鐵；深基坑圍護(hù)；注漿

在邊坡治理中發(fā)揮作用的預(yù)應(yīng)力錨索［1－2］越來越多地出現(xiàn)在地鐵明挖法車站施工中，所形成的錨索支撐體系被廣泛應(yīng)用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系。尤其在不規(guī)則深基坑［3］、復(fù)雜地質(zhì)條件中［4］，與組合式鋼管支撐體系相比較，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性和變形的影響方面優(yōu)勢(shì)明顯。這也要求在預(yù)應(yīng)力錨索施工過程中嚴(yán)格控制各施工工序、確保施工質(zhì)量。本文以沈陽地鐵二號(hào)線某車站預(yù)應(yīng)力錨索支撐體系為背景，詳細(xì)介紹了整個(gè)施工過程及控制要點(diǎn)。

1　預(yù)應(yīng)力錨索作用原理

預(yù)應(yīng)力錨索依靠錨固段預(yù)應(yīng)力鋼絞線與漿體接觸界面上的粘結(jié)應(yīng)力提供的錨固力，通過自由段傳遞到腰梁及防護(hù)樁上并實(shí)現(xiàn)受力平衡，使防護(hù)樁背后的土體結(jié)構(gòu)呈密實(shí)壓縮狀態(tài)；另一方面由于錨索施加的預(yù)應(yīng)力作用改變了破裂面土體的應(yīng)力狀態(tài)，從而保證了開挖基坑邊坡土體的自穩(wěn)能力。

2　工程概況

2．1設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

沈陽地鐵二號(hào)線某車站結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)203．4m，為二層三跨箱式框架島式站臺(tái)車站，本站規(guī)劃為鋪軌基地，設(shè)置一處軌排井，軌排（每節(jié)長(zhǎng)度為25m）均需通過軌排井由地面吊入隧道內(nèi)，軌排井段長(zhǎng)33 m，寬20．5m，底板最大埋深約17．8m，采用明挖法施工，設(shè)計(jì)選用了預(yù)應(yīng)力錨索支撐體系。基坑變形控制保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。

場(chǎng)地地貌類型屬第四系渾河老扇，根據(jù)鉆探揭露，地基土自上而下主要為雜（素）填土、粉質(zhì)粘土、中粗砂、礫砂、圓礫、泥礫。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm ＠1 200mm鉆孔灌注樁加鋼管內(nèi)支撐作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，樁間采用掛網(wǎng)噴射混凝土封閉找平，樁頂設(shè)冠梁，冠梁上部砌磚擋墻。

2．2預(yù)應(yīng)力錨索布設(shè)及設(shè)計(jì)參數(shù)

2．3預(yù)應(yīng)力錨索的構(gòu)造

預(yù)應(yīng)力錨索由錨固段、自由段、錨具三部分組成，在錨固段每米架設(shè)一架線環(huán)，兩架線環(huán)中間設(shè)箍筋環(huán)，鋼絞線束中間設(shè)兩根注漿管，一根為一次常壓注漿管，一根為二次高壓注漿管，其構(gòu)造詳見圖2。

預(yù)應(yīng)力錨索中各部件的作用如下：架線環(huán)將鋼絞線均勻分布在孔中，并使鋼絞線居于孔中間，保證每根鋼絞線被砂漿均勻握裹，提供錨固力，使鋼絞線外側(cè)留出一定的砂漿保護(hù)層，防止錨固段鋼絞線銹蝕；自由段鋼絞線外面的塑料管可與砂漿隔離，張拉錨索預(yù)應(yīng)力時(shí)鋼絞線可自由伸長(zhǎng)，在工作時(shí)可在自由段內(nèi)調(diào)解應(yīng)力，避免產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，塑料套管又具有永久防腐功能；外錨固段的鋼墊板在張拉和工作時(shí)可向混凝土錨墊板傳遞應(yīng)力；工作錨具由錨環(huán)和卡片構(gòu)成，共同起夾緊鋼絞線的作用，保證張拉后的鋼絞線預(yù)應(yīng)力不損失，使錨索處于正常工作狀態(tài)。錨索孔內(nèi)注入的水泥漿，在錨固段與孔壁和鋼絞線粘結(jié)在一起，共同提供錨固力，同時(shí)對(duì)鋼絞線全長(zhǎng)進(jìn)行防腐。

表1　預(yù)應(yīng)力錨索施工參數(shù)

圖1 預(yù)應(yīng)力錨索布置及地質(zhì)圖（單位：mm）

圖2 預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)示意圖

3　施工工藝

預(yù)應(yīng)力錨索施工過程主要包括鉆機(jī)就位、鉆孔、錨索制作、安裝、注漿、張拉鎖定等工序，詳細(xì)工序見圖3。

4　關(guān)鍵施工技術(shù)

4．1鉆機(jī)就位

造孔速度的快慢直接影響錨索工程的施工進(jìn)度，在本工程中選用MDL－80D型履帶式深基坑錨固鉆機(jī)，一般土層成孔時(shí)間為2h（鉆孔30m深）。

錨索施工緊接基坑土方開挖進(jìn)行，當(dāng)每層土方開挖至錨索孔位下0．5m高程時(shí)，場(chǎng)地進(jìn)行平整和簡(jiǎn)單處理，寬度不小于6m，以滿足鉆機(jī)正常工作需要，并保證鉆機(jī)就位的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，進(jìn)而保證施工中及成孔后其軸線的俯角和方位角符合要求。

為防止錨索施工時(shí)的泥漿將錨孔口沖塌并造成圍護(hù)樁背后空洞，提前應(yīng)進(jìn)行樁間掛網(wǎng)噴射混凝土（網(wǎng)噴底腳應(yīng)延伸到水溝底部為宜）。沿噴射混凝土的底腳提前開挖出循環(huán)用水的水溝，并開挖一個(gè)2 ～3m3的循環(huán)水池備用。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在噴射混凝土面上定出錨索孔位，做出標(biāo)記。鉆機(jī)就位后，方位角誤差不大于2°。用機(jī)身上的角度指示針或羅盤調(diào)整鉆桿角度（與水平面的夾角為15°），要求誤差小于1°。

4．2鉆孔

鉆機(jī)的鉆桿?150mm，端部上三翼鉆頭。鉆進(jìn)一根鉆桿后，動(dòng)力頭停止鉆進(jìn)和旋轉(zhuǎn)，停止往孔內(nèi)送風(fēng)，然后加接鉆桿，依此反復(fù)操作；在鉆進(jìn)一定深度后，將鉆具提離孔底，待鉆渣排出后再繼續(xù)鉆進(jìn)。

圖3 預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程圖

為保證鉆孔精度，在鉆孔過程中應(yīng)進(jìn)行分段測(cè)斜，及時(shí)糾偏，鉆孔完畢后再進(jìn)行一次全孔測(cè)斜。鉆孔允許偏差：孔距水平方向不應(yīng)大于50mm；垂直方向不應(yīng)大于100mm；孔深不小于設(shè)計(jì)尺寸，也不大于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的1%，鉆孔底部的偏斜尺寸不大于錨索長(zhǎng)度的3%。

4．3錨索制作

下料時(shí)，先把整卷的鋼絞線用鋼管架固定好，再拆捆放線。鋼絞線切割必須使用切割機(jī)，切斷后的鋼絞線兩端應(yīng)用鐵絲綁扎牢固。切割長(zhǎng)度為錨索長(zhǎng)度加0．8m預(yù)張拉長(zhǎng)度，長(zhǎng)度誤差不大于50mm。

錨索編束應(yīng)選平整干凈的場(chǎng)地，將切好的鋼絞線平順放好，逐根檢查，確認(rèn)無誤。量出錨固段和自由段長(zhǎng)度，作出標(biāo)記。在錨固段范圍內(nèi)的錨索每隔1m穿一個(gè)架線環(huán)，兩架線環(huán)之間扎一道箍筋環(huán)。自由段的鋼絞線涂抹黃油后套入20mm塑料螺紋管。在錨固段與自由段交界處的塑料管端部纏上膠布或不干膠帶，平順放好待用。

4．4錨索安裝

錨索放入鉆孔之前，先確認(rèn)錨索編號(hào)與孔號(hào)一致。由于錨索較長(zhǎng)、較重、基坑較深，所以下錨必須集中人員，將錨索慢慢地從鉆桿中送入孔內(nèi)，放送用力均勻，避免左右搖擺，要求錨索在孔內(nèi)平直不扭，錨索在架線環(huán)支撐下居中，送到位后拔除鉆桿。

需要注意的問題：①自由段塑料波紋管破損的要用不干膠帶纏第1道，再用電工膠布纏第2道，其長(zhǎng)度要超過損壞段兩端各5cm。②下錨索過程中如遇塌孔，應(yīng)拔出掃孔后再重新下入。③錨索外露端要滿足張拉工作長(zhǎng)度，要精確計(jì)算，不能憑眼睛估計(jì)，防止出現(xiàn)錨索張拉工作長(zhǎng)度不夠或外留段過長(zhǎng)的現(xiàn)象，前者錨索無法張拉，后者保證不了錨索的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。4．5錨固注漿

水泥漿攪拌采用自制高速灰漿攪拌機(jī)，注漿施工采用BW－200注漿泵進(jìn)行。

注漿材料：425＃水泥，以普通硅酸鹽水泥為佳；用飲用水為宜。水泥漿水灰比為0．45～0．5，拌和應(yīng)良好，具高可泵性、低泌漿性。為避免堵塞壓漿泵，漿液需經(jīng)濾網(wǎng)過濾后再注入壓漿泵。注漿時(shí)做好同期立方試塊。

錨索安放后，用常壓注漿管進(jìn)行一次常壓注漿，采用孔底返漿法，漿液從鉆孔底口向外依次充滿并將孔內(nèi)空氣壓出，待漿液從孔口流出時(shí)，結(jié)束第一次注漿。為縮短施工工期，在漿液中加2%復(fù)合型早強(qiáng)減水劑。

待一次注漿體初凝后，立即用高壓注漿管進(jìn)行二次高壓注漿。注漿壓力根據(jù)情況而定，太小造成孔壁與砂漿體之間未充滿，摩阻力較小，抗拔力不高，位移較大；當(dāng)壓力太大時(shí)，由于土體強(qiáng)度不高導(dǎo)致土體破壞而使?jié){液從孔壁或鄰近孔流失，也影響錨索的抗拔力，影響基坑穩(wěn)定，通過試驗(yàn)確定二次高壓注漿終壓控制在2．0～2．5MPa。注漿量視情況而定，一般為漿液由孔眼處擠出并沖破第一次注漿體后從孔口縫隙中流出為止，這樣既可達(dá)到二次注漿效果，也可充填孔口裂隙，起到止水作用。

注意在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)嚴(yán)禁移動(dòng)錨索。

4．6腰梁制作與安裝

在錨索施工的同時(shí)，進(jìn)行腰梁的制作。腰梁采用工字鋼制作，利用三角托架與鉆孔樁連接固定，做法詳見圖4腰梁與三角托架安裝圖。

圖4 腰梁與三角托架安裝圖（單位：mm）

腰梁安裝要注意以下五點(diǎn)：①安裝腰梁前，先將腰梁及三角托架處樁身面鑿平。②根據(jù)各道錨索的標(biāo)高，推算出該段腰梁的標(biāo)高從而使三角托架安裝在同一平面上，以保證整體受力。③三角托架以兩個(gè)M20膨脹螺栓與樁身相連，三角托架每3根樁安裝一榀。④腰梁采用吊車起吊，橫移輕放在三腳托架上，緊靠樁身平面，并將錨索自由端穿過腰梁用鋼墊塊和錨具臨時(shí)固定于腰梁上（不得受力），要保證鋼墊塊的上表面與錨索垂直。⑤腰梁與樁間無法密貼的空隙，用C25細(xì)石混凝土填充。

4．7錨索張拉與鎖定

當(dāng)錨固體強(qiáng)度大于15．0MPa（大約7d）后，對(duì)錨索進(jìn)行分級(jí)張拉。首先取預(yù)加軸力的10%作為預(yù)張拉，使其各部分接觸緊密，錨索完全平直。然后取預(yù)加軸力的20%、100%、105%，每級(jí)持荷5min，并記錄鋼絞線的伸長(zhǎng)量，檢測(cè)指標(biāo)合格后及時(shí)進(jìn)行鎖定。

錨索張拉的質(zhì)量采用張拉力和伸長(zhǎng)量雙項(xiàng)指標(biāo)控制，錨索拉力用鋼弦式錨索應(yīng)力計(jì)測(cè)量，對(duì)每一級(jí)張拉進(jìn)行鋼絞線伸長(zhǎng)量的記錄，計(jì)算出實(shí)際伸長(zhǎng)量L，保證理論伸長(zhǎng)量和實(shí)際伸長(zhǎng)量之差不大于6%。對(duì)由于鋼絞線的松弛、地層土的徐變、伸長(zhǎng)量超標(biāo)等因素造成的預(yù)應(yīng)力損失和質(zhì)量問題，在張拉后進(jìn)行補(bǔ)張拉后鎖定。

4．8外錨頭防護(hù)

張拉鎖定經(jīng)驗(yàn)收合格后，將張拉段多余束體切除，要求鋼絞線在錨具外的外露長(zhǎng)度不大于5cm，多余部分予以切除。外露的鋼絞線和錨具應(yīng)用瀝青涂封，防止銹蝕。

5　結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力錨索支撐體系施工完成后，基坑在開挖過程中（含凍融）沉降及收斂穩(wěn)定，為車站施工提供了安全保障。同時(shí)，要求施工作業(yè)人員應(yīng)嚴(yán)格控制每道施工工序，確保施工質(zhì)量，使預(yù)應(yīng)力錨索支撐體系按設(shè)計(jì)要求發(fā)揮最大效能。

參考文獻(xiàn)

［1］劉剛．預(yù)應(yīng)力錨索在三峽庫區(qū)高邊坡工程中的應(yīng)用［J］．陜西煤炭，2007（2）：34－38

［2］向欣，范雷，唐輝明．預(yù)應(yīng)力錨索在三峽庫區(qū)邊坡治理中的應(yīng)用［J］．路基工程，2008（2）：65－67，80

［3］王吉華．采用深基坑法對(duì)盾構(gòu)機(jī)糾偏綜合施工技術(shù)［J］．鐵道建筑技術(shù)，2010（12）：210－213

［4］謝曉泳．地鐵深基坑砂層預(yù)應(yīng)力錨索施工［J］．西部探礦工程，2008（4）：49－51

On the Application of the Reinforcing Anchor Rope Supporting System to the Open－Cut Foundation Pit of the Tube

Wang Minghu
（5th Engineering Co．Ltd．of the 18th Bureau Group of China Railway，Tianjin 300450，China）

Abstract：A certain station of Line Two of the Shenyang Metro is built by means of open－cutting，with the reinforcing anchor rope supporting system adopted．Reinforcing anchor ropes are provided both horizontally and vertically while the vertical anchor ropes are anchored in the bored piles by way of mid－beams．On the hand，the anchoring force of the anchor rope is passed to the protective pile to densify the earth body．On the other，the reinforcing action applied by the anchor rope changes the stress state of the broken earth body so as to ensure the self stability of the earth body of the side slope of the excavated foundation pit．The construction principle and composition，construction processes and technical characteristics of the reinforcing anchor rope are dealt with in the paper．Construction practice shows that the application of reinforcing anchor ropes to the construction of deep foundation pits as the supporting system has obvious advantages in maintaining the structural strength，the integral stability and in reducing the effect of deformation．

Key words：reinforcing anchor rope；tube；maintenance for deep foundation pit；slip－casting

作者簡(jiǎn)介：王明湖（1982—），男，工程師，主要從事地鐵施工管理工作 wangjihua1001＠163．com

收稿日期：2015－10－08

中圖分類號(hào)：TU473．2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672－3953（2016）01－0074－04

DOI：10．13219／j．gjgyat．2016．01．020