預應力錨索支撐體系在地鐵明挖基坑中的應用

王明湖（中鐵十八局集團第五工程有限公司，天津300450）

?

預應力錨索支撐體系在地鐵明挖基坑中的應用

王明湖
（中鐵十八局集團第五工程有限公司，天津300450）

摘 要：沈陽地鐵二號線某車站采用明挖法施工，設計選用了預應力錨索支撐體系。預應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樁上使土體密實；另一方面錨索施加的預應力作用改變了破裂面土體的應力狀態，從而保證開挖基坑邊坡土體的自穩能力。闡述了預應力錨索的施工原理與構造、施工工藝及技術要點。工程實踐證明，深基坑施工采用預應力錨索支撐體系在圍護結構的強度、整體穩定性和變形的影響方面優勢明顯。

關鍵詞：預應力錨索；地鐵；深基坑圍護；注漿

在邊坡治理中發揮作用的預應力錨索［1－2］越來越多地出現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用于圍護結構體系。尤其在不規則深基坑［3］、復雜地質條件中［4］，與組合式鋼管支撐體系相比較，在圍護結構的強度、整體穩定性和變形的影響方面優勢明顯。這也要求在預應力錨索施工過程中嚴格控制各施工工序、確保施工質量。本文以沈陽地鐵二號線某車站預應力錨索支撐體系為背景，詳細介紹了整個施工過程及控制要點。

1　預應力錨索作用原理

預應力錨索依靠錨固段預應力鋼絞線與漿體接觸界面上的粘結應力提供的錨固力，通過自由段傳遞到腰梁及防護樁上并實現受力平衡，使防護樁背后的土體結構呈密實壓縮狀態；另一方面由于錨索施加的預應力作用改變了破裂面土體的應力狀態，從而保證了開挖基坑邊坡土體的自穩能力。

2　工程概況

2．1設計簡介

沈陽地鐵二號線某車站結構總長203．4m，為二層三跨箱式框架島式站臺車站，本站規劃為鋪軌基地，設置一處軌排井，軌排（每節長度為25m）均需通過軌排井由地面吊入隧道內，軌排井段長33 m，寬20．5m，底板最大埋深約17．8m，采用明挖法施工，設計選用了預應力錨索支撐體系。基坑變形控制保護等級為一級。

場地地貌類型屬第四系渾河老扇，根據鉆探揭露，地基土自上而下主要為雜（素）填土、粉質粘土、中粗砂、礫砂、圓礫、泥礫。圍護結構采用800mm ＠1 200mm鉆孔灌注樁加鋼管內支撐作為基坑支護結構，樁間采用掛網噴射混凝土封閉找平，樁頂設冠梁，冠梁上部砌磚擋墻。

2．2預應力錨索布設及設計參數

2．3預應力錨索的構造

預應力錨索由錨固段、自由段、錨具三部分組成，在錨固段每米架設一架線環，兩架線環中間設箍筋環，鋼絞線束中間設兩根注漿管，一根為一次常壓注漿管，一根為二次高壓注漿管，其構造詳見圖2。

預應力錨索中各部件的作用如下：架線環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，使鋼絞線外側留出一定的砂漿保護層，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，張拉錨索預應力時鋼絞線可自由伸長，在工作時可在自由段內調解應力，避免產生應力集中現象，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可向混凝土錨墊板傳遞應力；工作錨具由錨環和卡片構成，共同起夾緊鋼絞線的作用，保證張拉后的鋼絞線預應力不損失，使錨索處于正常工作狀態。錨索孔內注入的水泥漿，在錨固段與孔壁和鋼絞線粘結在一起，共同提供錨固力，同時對鋼絞線全長進行防腐。

表1　預應力錨索施工參數

圖1 預應力錨索布置及地質圖（單位：mm）

圖2 預應力錨索結構示意圖

3　施工工藝

預應力錨索施工過程主要包括鉆機就位、鉆孔、錨索制作、安裝、注漿、張拉鎖定等工序，詳細工序見圖3。

4　關鍵施工技術

4．1鉆機就位

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

錨索施工緊接基坑土方開挖進行，當每層土方開挖至錨索孔位下0．5m高程時，場地進行平整和簡單處理，寬度不小于6m，以滿足鉆機正常工作需要，并保證鉆機就位的準確性和穩定性，進而保證施工中及成孔后其軸線的俯角和方位角符合要求。

為防止錨索施工時的泥漿將錨孔口沖塌并造成圍護樁背后空洞，提前應進行樁間掛網噴射混凝土（網噴底腳應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用水的水溝，并開挖一個2 ～3m3的循環水池備用。

根據設計要求，在噴射混凝土面上定出錨索孔位，做出標記。鉆機就位后，方位角誤差不大于2°。用機身上的角度指示針或羅盤調整鉆桿角度（與水平面的夾角為15°），要求誤差小于1°。

4．2鉆孔

鉆機的鉆桿?150mm，端部上三翼鉆頭。鉆進一根鉆桿后，動力頭停止鉆進和旋轉，停止往孔內送風，然后加接鉆桿，依此反復操作；在鉆進一定深度后，將鉆具提離孔底，待鉆渣排出后再繼續鉆進。

圖3 預應力錨索施工工藝流程圖

為保證鉆孔精度，在鉆孔過程中應進行分段測斜，及時糾偏，鉆孔完畢后再進行一次全孔測斜。鉆孔允許偏差：孔距水平方向不應大于50mm；垂直方向不應大于100mm；孔深不小于設計尺寸，也不大于設計長度的1%，鉆孔底部的偏斜尺寸不大于錨索長度的3%。

4．3錨索制作

下料時，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，切斷后的鋼絞線兩端應用鐵絲綁扎牢固。切割長度為錨索長度加0．8m預張拉長度，長度誤差不大于50mm。

錨索編束應選平整干凈的場地，將切好的鋼絞線平順放好，逐根檢查，確認無誤。量出錨固段和自由段長度，作出標記。在錨固段范圍內的錨索每隔1m穿一個架線環，兩架線環之間扎一道箍筋環。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，先確認錨索編號與孔號一致。由于錨索較長、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，放送用力均勻，避免左右搖擺，要求錨索在孔內平直不扭，錨索在架線環支撐下居中，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，其長度要超過損壞段兩端各5cm。②下錨索過程中如遇塌孔，應拔出掃孔后再重新下入。③錨索外露端要滿足張拉工作長度，要精確計算，不能憑眼睛估計，防止出現錨索張拉工作長度不夠或外留段過長的現象，前者錨索無法張拉，后者保證不了錨索的設計長度。4．5錨固注漿

水泥漿攪拌采用自制高速灰漿攪拌機，注漿施工采用BW－200注漿泵進行。

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，拌和應良好，具高可泵性、低泌漿性。為避免堵塞壓漿泵，漿液需經濾網過濾后再注入壓漿泵。注漿時做好同期立方試塊。

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

待一次注漿體初凝后，立即用高壓注漿管進行二次高壓注漿。注漿壓力根據情況而定，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；當壓力太大時，由于土體強度不高導致土體破壞而使漿液從孔壁或鄰近孔流失，也影響錨索的抗拔力，影響基坑穩定，通過試驗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。

注意在養護期內嚴禁移動錨索。

4．6腰梁制作與安裝

在錨索施工的同時，進行腰梁的制作。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：①安裝腰梁前，先將腰梁及三角托架處樁身面鑿平。②根據各道錨索的標高，推算出該段腰梁的標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細石混凝土填充。

4．7錨索張拉與鎖定

當錨固體強度大于15．0MPa（大約7d）后，對錨索進行分級張拉。首先取預加軸力的10%作為預張拉，使其各部分接觸緊密，錨索完全平直。然后取預加軸力的20%、100%、105%，每級持荷5min，并記錄鋼絞線的伸長量，檢測指標合格后及時進行鎖定。

錨索張拉的質量采用張拉力和伸長量雙項指標控制，錨索拉力用鋼弦式錨索應力計測量，對每一級張拉進行鋼絞線伸長量的記錄，計算出實際伸長量L，保證理論伸長量和實際伸長量之差不大于6%。對由于鋼絞線的松弛、地層土的徐變、伸長量超標等因素造成的預應力損失和質量問題，在張拉后進行補張拉后鎖定。

4．8外錨頭防護

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

5　結束語

預應力錨索支撐體系施工完成后，基坑在開挖過程中（含凍融）沉降及收斂穩定，為車站施工提供了安全保障。同時，要求施工作業人員應嚴格控制每道施工工序，確保施工質量，使預應力錨索支撐體系按設計要求發揮最大效能。

參考文獻

［1］劉剛．預應力錨索在三峽庫區高邊坡工程中的應用［J］．陜西煤炭，2007（2）：34－38

［2］向欣，范雷，唐輝明．預應力錨索在三峽庫區邊坡治理中的應用［J］．路基工程，2008（2）：65－67，80

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

［4］謝曉泳．地鐵深基坑砂層預應力錨索施工［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：TU473．2

文獻標識碼：B

文章編號：1672－3953（2016）01－0074－04

DOI：10．13219／j．gjgyat．2016．01．020