深坑酒店崖壁坑頂上的基礎梁超長預應力錨索施工技術

中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 200135

1 工程概況

上海市松江區“辰花路 2#地塊”深坑酒店工程是利用采石形成的山體深坑建造，其創意獨特，被美國國家地理頻道列為本世紀的“偉大工程”。工程地上2 層、坑下16 層，其中有2 層位于坑內水面以下，建筑面積55 058.6 m2。在坑頂設有坑口基礎梁，坑口基礎梁通過預應力錨索固定于基巖。基礎梁頂部設有28 榀鋼桁架與坑內主樓鋼結構及坑外裙房鋼結構相連（圖1）。基礎梁主要承受坑內鋼結構產生的拉力，這是由于本工程獨特的設計構思產生的：坑底基巖承受豎向力，坑頂基礎梁承受水平力，即所謂的“兩點”受力（圖2）。

坑口基礎梁延坑口設置，呈C形，長255 m、寬3.2 m、高2.25 m，在其長度范圍內28 個鋼支座處設有89 根預應力錨索（圖3），其中40 m長預應力錨索41 根，采用9Φs21.6mm無粘結鋼鉸線，設計預應力2 400 kN；長30 m預應力錨索48 根，采用6Φs21.6 mm無粘結鋼鉸線，設計預應力1 600 kN。

圖1 坑口基礎梁剖面示意

圖2 巖、梁“兩點”受力示意

坑口基礎梁承受鋼桁架傳來的豎向壓力和水平力，尤其是地震作用產生的水平力。由于基礎梁與地基之間的摩擦力不足以抵抗鋼桁架的拉力，故設計單位在基礎梁位置布置了89 根預應力錨索拉住基礎梁（圖4），確保深坑酒店主體結構在使用過程中安全、可靠。

本工程預應力錨索設計有獨特之處，常規的錨索設計是從山坡向山體打錨索逆坡錨固，本工程是從山體向坡腳打錨索順坡錨固。設計錨索入巖基本角度是水平向下35°。

圖3 錨索結構大樣與剖面示意

深坑酒店的坑是由于采石將一座山體挖空形成的。由于山體坡腳形成過程的不均勻性，因此存在被土覆蓋的邊坡地質情況復雜，厚度不均。常規的地勘孔位間距（24 m內）過大，所揭示的地層剖面不能準確地反映錨索位置的地質實際情況，因此設計確定的錨索入巖及入巖傾角不能確保準確。這個問題在試驗性錨索施工過程中就體現出來了：鉆孔遇到黏土層及強風化破碎層時成孔易坍塌，錨索不能入巖。因此施工存在很大困難，需采取措施解決。

2 現場施工條件

坑口邊坡巖石已經按設計要求爆破到位，基礎梁基底軟土已經按設計要求挖除并置換好C30混凝土，坑口地勢較為平坦。坑口寬度4～6 m，標高－3.0 m，距自然地面+3.3 m垂直高差有6.3 m，土坡坡度45°～60°。基礎梁臨坑距離2～4 m，臨坑一側已經做好安全防護欄（圖5）。

圖4 錨索平面位置示意

圖5 現場施工條件

3 工程難點

3.1 錨索成孔難度大

設計要求在巖層中鉆孔，先后穿過強風化層、中風化層，在中風化層錨固長度必須滿足設計要求，且錨索距離中風化巖層最近處的覆蓋厚度必須≥2 m。但順坡打孔由于邊坡巖體的不均勻性、常規地勘報告不能詳細反映邊坡的地質情況，所以在試驗性錨索施工時試錨索不能按設計要求入巖。

3.2 施工機械和設備不能一次就位

坑口基礎梁基底到自然地面垂直高差有6.3 m，土坡坡度45°～60°，因此錨索機及配套設備、材料下基坑困難，必須采用大噸位的起重吊裝設備。

3.3 錨索入孔就位困難

基礎梁距坑邊2～4 m、基礎梁寬3.2 m、錨索孔口距坑邊5.2～7.2 m，而錨索在－3.0 m長度有30 m、40 m。這么長的錨索在這么短距離的臨坑邊采用常規施工的人工抬索入孔已經不可能。

3.4 錨索施工安全難度大

錨索孔位距坑邊距離5.3～7.2 m，錨索鉆機履帶長度2.5 m，支撐腿縱向間距3 m，錨索機縱向長度6.1 m。因此，在狹窄地段，錨索鉆機后身需貼著坑邊施工，且坑邊的安全防護設施需拆除才能滿足施工的需要。因此，施工時人、機安全防護要求高。

4 關鍵施工技術

4.1 一索一探施工技術

由于在試驗性錨索施工過程中，發現錨索不能進入設計預定的巖層，從而達不到設計要求。為此，地質勘察單位提出了“一索一探”方案。所謂“一索一探”就是在每根錨索孔位方向上設置足夠的勘探孔位，鉆探孔所揭示的剖面能夠真實地反映錨索所處位置的地層情況[4]。利用原先的地勘孔加上新增的勘察孔，在每根錨索方向上共設置有4 個勘探孔。利用本工程裙房基礎“一樁一鉆”工程的勘察報告的地層資料及本次新增勘探孔鉆探資料，勘察單位繪制出強風化巖層頂面埋深及中風化巖層頂面埋深的等值線圖，根據錨索的位置及端點的標高作出了每根錨索的斷面圖，提供了基巖頂面的傾角，直觀地顯現出錨索與巖層面相交的情況。設計單位根據地勘資料對錨索入巖角度、索長及錨索拉拔力進行了調整。共調整了44 根錨索，占錨索總量的49.4％，其中最大錨索入巖角度調整為44°。

下面以D39（原設計索長30 m，入巖角度35°，錨索拉拔力1 600 kN）為例，見表1。

表1 錨索調整一覽表

4.2 成孔加套管護孔施工技術

在軟土層中成孔采用螺旋鉆加鋼套管鉆進，在巖層中成孔采用沖擊鉆鉆進。根據錨索詳勘報告，有28 根錨索從－3.00 m斜向下鉆孔在初始階段需穿越軟土和強風化巖層，這段長度10～18 m不等。為防止已經成型的錨索孔塌方或強風化巖層脫落造成孔洞堵塞預應力錨索不能穿越，決定采用Φ170 mm×3 mm鋼管護孔。鋼套管采用絲接接頭，加工長度同鉆桿長度（1.5 m），鉆孔時隨鉆桿接長跟進。鋼套管接長一直伸入到強風化與中風化巖層界面交接處。這樣可以確保處在軟土層和強風化巖層中的孔洞不塌方、不掉碎石、不被堵塞。

4.3 導向帽與預應力錨索點焊

導向帽用鋼管和鋼筋焊接制作而成，固定在預應力筋的端部，其作用是確保錨索順利穿越孔道。在做試驗錨索穿孔入巖時，導向帽被個別松動的碎石卡住，工人采用吊車人工配合向上拔錨索時，導向帽卡在洞里了，需要重新啟動錨索機用沖擊鉆將導向帽送入孔底，這樣費工費時，影響施工進度[2]。分析原因，就是導向帽和預應力錨索連接不牢固，采用鐵絲綁扎的，經不起人、機的來回拉拽。為解決這個問題，采取導向帽與預應力錨索點焊固定并為消除焊接影響而加長錨索400 mm入巖的做法，確保了錨索能順利穿越孔洞導向帽時不與錨索脫離，同時超鉆孔深400 mm也確保了錨索錨固段的有效長度不受導向帽與錨索焊接的影響。

4.4 大型吊車起吊預應力長錨索人工配合錨索入巖

預應力錨索長度分別為34.7 m、44. 7 m，超長錨索如果在平整寬闊的場地上7～8 人抬舉便能輕而易舉入巖，但在孔口距崖壁只有5.3～7.2 m的坑口上卻不能，因為彎曲的錨索有彈性，可能會將施工人員甩到坑中從而引發安全事故。有鑒于此，決定選用1 臺100 t的汽車吊在坡頂起吊錨索，同時安排7～8 個工人配合使錨索入巖。吊車的吊臂要在錨索入巖過程中不斷調整，以確保錨索入巖角度基本與錨索孔角度一致。

5 結語

在復雜地質條件下，尤其是順坡鉆孔施工預應力錨索，首先應想到施工會碰到的難題，在施工前及早地提出來，采取可靠地方案解決問題后可避免影響工期。本工程采取的“一索一探”的勘探方法可為同行提供借鑒。