關于改進地鐵車站預應力錨索施工工藝的措施和方法

石翠穎

（昆明地鐵運營有限公司，云南昆明650500）

關于改進地鐵車站預應力錨索施工工藝的措施和方法

石翠穎*

（昆明地鐵運營有限公司，云南昆明650500）

通過昆明地鐵首期廣電大學站的工程實例,分析預應力錨索在樁錨支撐體系中的設計原理和施工效果,優化和解決錨索施工過程中的施工技術要點和不足之處,保證了基坑及周圍建筑物的安全，對類似工程提供一定的參考經驗。

地鐵車站；深基坑；預應力錨索；支撐體系；施工工藝

1 工程概況

1.1 工程概況

廣電大學車站全長為390m，標準段結構外包寬度為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構。基坑圍護結構采用鉆孔灌注樁+鋼支撐支護體系、鉆孔灌注樁+錨索、放坡+土釘三種支護形式，其中樁號DK41+541.75～DK41+715.900圍護結構采用?1000mm@1600mm鉆孔樁+內支撐的形式，樁號DK41+715.900～DK41+943.269圍護結構北側采用?1000mm@1250mm鉆孔樁+錨索的形式，樁號DK41+715.900～DK41+943.269圍護結構南側采用放坡+土釘的形式，采用明挖順作施工方法。車站圍護結構平面示意圖如圖1所示。

圖1 廣電大學站圍護結構平面示意圖

1.2 工程地質條件

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，呈松散狀，多數已壓實，稍固結，局部見有碎石，屬Ⅰ級松土。

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

③1-3層：粉質粘土，黃灰色、褐黃色，硬塑，屬Ⅱ級普通土。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泥巖、粉砂巖，該層埋深一般13～40m，按風化程度及強度的差異可分為全風化帶、強風化帶及中風化帶?，F分述如下：

⑦1-1全風化粉砂質泥巖（W4）：褐黃色、褐紅色，原巖結構基本破壞，巖芯呈堅硬土狀或土夾巖狀，巖質狀，手可捏碎，泡水易軟化。屬Ⅲ級硬土，層厚2.00～12.00m，平均厚度4.48m。頂面埋深0～39.6m，標高1898.47～1951.28m。建議地基基本承載力取σ0＝200kPa。

⑦2-1強風化粉砂質泥巖（W3）：灰黃色、黃褐色，原巖結構清晰，裂隙很發育，裂隙面多見鐵質浸染，巖芯呈碎塊狀為主，風化不均勻，局部夾有中風化巖，巖芯呈短柱狀，錘擊易碎。屬Ⅳ級軟石。層厚1.2～26.9m，平均厚度8.67m。層面埋深0～43m，層面標高1895.07～1949.70m。建議地基基本承載力取σ0＝300kPa。

⑦3-1中風化粉砂質泥巖、泥巖（W2）：紫紅色、青灰色，泥質結構，層狀構造，裂隙發育，巖芯以柱狀為主，巖石較軟，泡水易軟化。風干易裂，屬Ⅴ級次堅石。層厚1.00～20.9m，平均厚度6.07m。層面埋深2～48m，層面標高1896.58～1947.76m。建議地基基本承載力取σ0＝400kPa。

⑧2場地內構造角礫巖：原巖為強風化泥質粉砂巖，灰黃色、黃褐色，巖石擠壓破碎，呈角礫狀，角礫母巖為砂質泥巖，角礫大小一般為0.5～10.0cm，泥質膠結，膠結較好，局部見擦痕及擠壓跡象。層厚5.4m，層面埋深15.00m，層面標高1935.99m，建議地基承載力取σ0＝300kPa。

1.3 水文地質條件

根據地下水的形成、賦存條件、水力特征及水理性質，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。孔隙潛水主要賦存于第四系含水層中，其含水性能與砂粒含量、形狀、大小、顆粒級配及粘（粉）粒含量等有密切關系。

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

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

場地主要位于剝蝕殘丘及丘間谷地區，水位變化較大?？辈炱陂g測得地下水穩定水位埋深2.20～9.70m，相應標高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給，水位變化因氣候、季節而異；基巖地下水（裂隙水、）受大氣降水、地表水和上層地下水補給,局部略具微承壓。地下水的排泄方式主要有蒸發、側向徑流、低洼處天然露頭。根據縱斷面圖各鉆孔的穩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）水質及腐蝕性評價。場地地下水對砼無腐蝕性，對鋼結構有弱腐蝕性，對砼結構中鋼筋無腐蝕性。

1.4 承載力特征值及樁側摩阻力參數

地質報告提供各土層的承載力特征值及樁基參數見表1。

表1 承載力特征值及樁基參數

2 錨索設計參數

錨索均采用7?5mm鋼絞線，預埋鋼套管壁厚t= 3mm，注漿材料采用水灰比為0.38～0.45的水泥漿，注漿體的設計強度不應低于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”，錨索設計水平角度采用10°、15°間隔布置。

錨索布設示意圖如圖2所示。

3 錨索施工工藝及注意事項

3.1 錨索施工工藝的改進研究方向

錨索的施工方法有多種，影響錨索施工質量的重要因素是錨索的承載力是否達到設計要求。因此，在施工過程中，因緊緊圍繞這個重點來改進其施工工藝。根據以往的試驗研究表明，主要影響錨索承載力的有3個方面：（1）巖土層的物理力學性質及地下水的動態決定了錨索注漿體與巖土層粘結力的大小，應盡可能將錨索的錨固段錨入堅硬土層和巖層中；（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）中的質量控制問題；（3）錨索張拉鎖定過程中預應力損失。

從施工角度考慮，只有（2）、（3）與施工單位的技術水平及施工經驗有密切關系。

3.2 錨索施工設備的選擇

圖2 車站錨索橫斷面設計示意圖（單位：mm）

錨索作為一個廣泛應用的邊坡防護形式，已經具有成熟施工工藝和經驗，所使用的設備包括錨固鉆機、潛孔鉆機、全液壓錨固鉆機、履帶鉆機、全液壓履帶鉆機等。但根據以往的施工經驗和設備性能比較，為滿足本項目工期緊、質量要求高等特點，選擇采用全液壓履帶鉆機，其具有成孔速度快、成孔角度易控制、可根據地下水情況選擇干鉆和水鉆的特點，且機械化程度高、移機速度快、操作簡單、施工人員少等優點。

3.3 錨索的試錨施工

由于在施工過程中錨索的實際錨固力在不同地層和水文條件或受施工設備和工藝的影響會與設計理論值有差別。為了確保施工后錨索錨固力達到設計要求，應在不同地層中和水文條件下，按照現場采用的施工設備、施工工藝和方案進行錨索試驗施工，以得出錨索實際所能達到的參數是否滿足設計要求，以便于設計單位對設計參數進行優化和調整。具體試錨方法如下：

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

（2）最大試驗荷載（Qmax）不應超過鋼絲、鋼鉸線、鋼筋強度標準值的0.8倍。

（3）砂質土、硬粘土中錨索基本試驗加荷等級與測讀錨頭位移應遵守下列規定：

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

②砂質土、硬粘土中錨索加荷等級與觀測時間見表2。

③在每級加荷等級觀測時間內，測讀錨頭位移不應少于3次。

④在每級加荷等級觀測時間內，錨頭位移量不大于0.1mm時，可施加下一級荷載，否則要延長觀測時間，直至錨頭位移增量2.0h小于2.0mm時，再施加下一級荷載。

⑤錨索破壞標準：

a.后一級荷載產生的錨頭位移增量達到或超過前一級荷載位移增量的2倍。

b.錨頭位移不收斂。

表2 錨索基本試驗加荷等級與觀測時間

c.錨頭總位移超過設計允許位移值。

3.4 錨索施工注意事項

3.4.1 鉆孔

土層錨索鉆孔應遵守下列規定：

（1）鉆孔前，根據設計要求和土層條件，定出孔位，做出標記。

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

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

（4）錨索孔深不應小于實際長度，也不宜大于設計長度的1%。

（5）安放錨索前，濕式鉆孔應用水沖洗，直至孔口流出清水位置。

3.4.2 注漿

（1）錨索注漿應遵守下列規定：

①注漿材料應根據設計要求確定，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，必要時可加入一定量的外加劑或摻和料。

②注漿漿液應攪拌均勻，隨攪隨用，漿液應在初凝前用完，并嚴防石塊雜物混入漿液。

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

④錨孔灌漿作業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，方可停止注漿。注漿結束后，應觀察漿液的回落情況，若有回落應及時補漿。

⑤漿體硬化后不能充滿錨固體時應進行補漿。（2）注漿體的設計強度不應低于20MPa。

3.4.3 張拉與鎖定

（1）臺座的承壓面應平整并與錨索的軸線方向垂直。

（2）錨索的張拉應遵守下列規定：

①錨索張拉前應對張拉設備進行標定。

②錨固體與臺座混凝土強度均大于時方可進行張拉。

③錨索張拉應按一定程序進行錨索張拉順序應考慮鄰近錨索的相互影響。

④錨索正式張拉之前，應取0.1～0.2設計軸向拉力值Nt，對錨索預張拉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力σcon不應超過0.6fptk，臨時錨索張拉控制應力σcon不應超過0.65fptk。

（3）錨索張拉至1.1～1.2Nt，土質為砂質土時保持10min，為粘性土時保持15min，然后卸荷至鎖定荷載進行鎖定作業。錨索張拉荷載分級及觀測時間應遵守表3的規定。

表3 錨索張拉荷載分級及觀測時間

4 改進錨索施工工藝的幾點措施和方法

根據錨索試錨施工和現場施工中得出的經驗和數據，錨索在不同地層中和水文條件下，其錨固效果不盡相同的，有時與設計參數有所差異，并與所采用的機械設備、施工工藝和方案密切相關。因此，在施工中因根據現場實際地質和水文條件，選擇合適的機械設備、施工工藝和方案，必要時，及時調整設計參數。并提出以下幾點改進措施和方法。

4.1 錨索施工工序調整

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行錨索鉆孔施工，然后再進行混凝土骨架或是冠（腰）梁施工，這樣就容易發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量方法進行操作，就容易造成孔位的上下、左右偏位，影響施工精度。而在冠（腰）梁中設置了導向管，這樣更容易準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，在鉆孔內放置鋼絞線難以保證鋼絞線都平直和張緊，當多束鋼絞線同時張拉時，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，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，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，必須采用水鉆法方可將鉆進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，成孔方法上應根據地質和水文條件進行合理選擇，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，將造成錨索預應力大量損失，從而影響錨索實際承載力。因些，建議在錨索正式施工前，進行試錨索施工，收集相關試驗數據，經與設計單位確認后，合理確定超張拉系數。

5 結束語

預應力錨索已廣泛應用于公路、鐵路、市政道路的路基邊坡防護，其施工工藝成熟，應用效果得到了大量工程案例印證，其實用性、技術性已趨于完善，通過大量工程實踐表明，錨索體系的錨固力除受工程地質、水文地質條件的影響外，還要受到施工工藝、技術措施、施工控制、材料等因素的影響，不利于充分發揮出錨索的最大效果。為確保錨索體系的安全性和有效性，必須從設計和施工兩方面采取有效措施，合理選擇錨索設計參數，優化和改進錨索施工工藝，加強過程質量控制。

[1]中華人民共和國建設部.GB50330-2002建筑邊坡工程技術規范[S].

[2]中國工程建設標準化協會.CESS22-2005巖土錨桿（索）技術規程[S].

[3]唐孟雄.基坑預應力錨索錨固力試驗研究[J].巖石力學與工程學報,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設計實踐[J].巖石力學與工程學報,2004(17)-3021-9.

U459.3

B

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，現從事專業技術管理工作。