錨索施工方案比選與施工方法介紹

摘　要：本文介紹了在深基坑施工中采取預應力錨索支護的成功纖驗，通過錨索施工方案的優選，起到了降低施工難度、確保施工質量的作用。同時，對預應力錨索的全套管跟進水沖法成孔、鋼絞線制作與下放、錨索孔常壓注漿、高壓注漿，劈裂注漿、錨索張拉鎖定、錨索試驗等也做丁較為詳細的介紹。
關鍵詞：預應力鉗索、全套管、鋼絞線、劈裂注漿、張拉鎖定

1　工程概況
1.1　總體工程簡介
　　深圳地鐵會展中--市民中心區間位于深圳市中心區，南接會展中心站，北接市民中心站。整個區間分為區間正線和西北聯絡線兩段，區間正線設計起訖里程為SSK3+058.375-SSK3+683.615，全長625.24m，西北聯絡線為深圳地鐵東西走向的一號線和南北走向的四號線的聯絡通道，設計起訖里程為LNSK0+50.788-LNSK0+446.304，全長395.516m。區間正線設計為單洞雙線馬蹄形結構，采用雙側壁導坑法和中洞法（位于深南大道下的25m段）施工，西北聯絡線設計為單洞單線馬蹄形結構，采用弧形導坑法施工，區間正線與西北聯絡線分岔處(里程SSK3+248.144-SSK3+303.144)55m段采用明挖法施工。
1.2　明挖基坑工程介紹
　　區間正線與西北聯絡線分岔處55m段設計采用明挖法施工，以作為深圳地鐵一期工程的鋪軌基地之一。本明挖基坑設計平面結構形式為梯形，長邊長21.011m，短邊長13.534m，基坑開挖深度為23.54～24.42m，基坑圍護結構采用人工挖孔樁咬合樁，樁徑Φ4m，樁長31m，咬合50mm，樁數共計112根，并于樁頂設置高1.2m的混凝土冠梁。基坑支撐體系采用鋼管支撐(Φ600mm×16mm)與預應力錨索相結合方式，即基坑南北兩側為鋼管支撐，中間30m段采用錨索支撐，錨索采用3～5股7Φ5鋼絞線，錨索孔徑為Φ150mm，錨索鎖定拉力取設計軸力的50％-80％。
　　明挖基坑范圍內工程地質為上覆第四系全新統人工堆積層、沖擊層、第四系殘積層，下伏燕山期花崗巖。根據地質斷面所揭露的資料表明，挖孔樁從上往下穿越地質層為：素填土、粘土、砂質粘性土、礫質粘性土、花崗巖(全風化、強風化)。基坑地下水位按賦存條件分為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要賦存在第四系粘性土層、砂層、殘積土層中。基巖裂隙水主要賦存花崗巖風化層節理裂隙內，由于節理裂隙分布不均勻，各處含水性和透水性差異較大，局部略具承壓性。
2　錨索施工方案的比選
2.1　原設計錨索施工方案
　　根據原設計，明挖基坑共設置了7排錨索，每掃瞄索共計38根，東、西兩側各設19根，同排同側相鄰兩根錨索之間的水平間距為1.5m，七排錨索呈梅花形布置，即第1、3、5、7排錨索平面位置相同，第2、4、6排錨索平面位置相同，上下相鄰兩排錨索的平面位置相互錯開750mm。7排錨索的相關設計參數見下表：
表1 原設計錨索相關設計參數表

　　按此設計，在施工圍護柚時需預埋中Φ150mm的鋼管，作為錨索預埋孔道。但根據錨索的平面布置，每根錨索與圍護樁的相對位置都不同，且在預埋鋼管時需將鋼管位置處的圍護樁主筋截斷，同一根圍護樁需截斷7處。按此設計方案，勢必帶來如下不利之處：
　　(1)因圍護樁主筋截斷7處，主筋連接就依靠主筋與鋼管的焊接連接，降低了圍護樁的受力性能；　
　　(2)在施工圍護樁主筋時，需預埋錨索的孔道鋼管，預埋鋼管定位十分困難；
　　(3)圍護樁主筋截斷后，其連接依靠主筋與鋼管的焊接連接，為確保預埋鋼管與鋼筋的牢固連接，則需在孔內焊接，而在孔內焊接嚴重違反施工安全操作規范，不可能實施。
2.2　變更后的錨索施工方案
　　鑒于錨索原設計施工方案的以上情況和本次錨索支撐對于基坑安全的重要性，本著確保錨索施工質量的目的，施工單位會同業主、設計、監理四方召開了幾次現場會議，討論變更錨索施工方案。經過充分考慮錨索支撐自身的受力特性、施工要求及實際施工時的困難后，決定將原錨索施工方案作如下調整：
　　(1)將各排錨索的平面位置調為一致，即每根錨索都位于圍護樁的咬合部位中心處，這樣，就將原設計的每排38根錨索變為每排42根，七排錨索共增加28根；
　　(2)原設計錨索的相關設計參數(即每排錨索的孔深、總長、自由段長度、錨固段長度、張拉段長度、傾角、鋼絞線規格、鋪軌期間最大設計軸力、埋深、豎向間距等）均維持不變；
　　(3)為避免錨索間距過小產生群錨效應，則每排錨索均采用梅花形布置，即將原設計的混凝土腰粱寬度擴大1倍，同排相鄰兩根錨索的斜向間距保持1.5m，如圖1所示。
　　在經過以上變更后，既避免了在圍護樁內預埋鋼管，保證了圍護樁的受力性能，同時，又使錨索的間距達到了不產生群錨效應的最低要求，施工時直接按測量放線位置鉆孔即可。
3　預應力錨索支撐施工方法及工藝流程
　　根據明挖基坑的工程地質、水文地質情況及施工工期的要求，錨索施工采用目前國內最先進的德國進口HD(HD-70，HD-90)系列鉆機，該鉆機特點是施工時受地質變化影響較小，成孔速度快，一般土層成孔時間為2h(鉆孔30m深)，不足之處是施工時需水量大，須做好排水工作。
　　錨索施工工藝流程詳見圖2。

圖2　錨索施工工藝流程圖
3.1　施工準備
　　錨索施工緊接基坑土方開挖進行，基坑土方開挖采取分層開挖，當每層土方開挖至錨索孔位下0.5m高程時，平整開挖面后進行錨索施工。根據HD鉆帆的特點，鉆機的工作面寬度不小于7m，施工時東西兩側各設置一臺鉆機同時施鉆。施工用電采用交流電，功率80kW，用水使用自來水，用100mm水管分兩個Φ50mir閥門通向基坑。因施工時用水量大，因此，正式鉆進前，須于基坑內設置好排水溝，并于基坑中部南、北兩側各設置一個泥漿沉淀池。
3.2　錨位開孔
　　測量放點定出錨索孔位后，于孔位上支設開孔機(HD鉆帆鉆頭無法穿破圍護樁樁身混凝土)，調整好角度，開孔直徑為160mm。錨位開孔應提前進行，以確保錨索施工進度。
3.3　鉆孔
　　錨索開孔施工完成后，即可移動鉆機就位進行鉆孔作業。HD系列鉆機采用套管跟進水沖法作業，機內配置高壓泵及可沖擊鉆頭，土壤在高壓水沖擊鉆頭及推進力的作用下沖散成孔，泥漿及水沿套筒周邊涌出，反復沖擊，形成擴大頭錨桿，能更有力地保證錨索的支撐作用。
　　錨索鉆孔時，孔間水平方向允許偏差為±10mm，垂直方向允許偏差為±50mm，鉆孔傾斜允許偏差為3‰，孔深應超過錨索設計長度0.5～1.0m，終孔后清孔要徹底，并立即插入錨索灌漿。
3.4　錨索制作與下放
　　錨索用7Φ5鋼絞線制作，在乎坦無泥的加工場加工，每根鋼鉸線誤差小于50mm。錨固段每隔2.0m設—個架線環，用火燒絲綁扎牢固。架線環形式應根各鉆機的施工工藝相適應，以利于施工。HD鉆機系列采用套管跟進作業，用塑料圓盤作為架線環易與套管接頭相卡，鐵制的錨頭在下錨時易損壞套管內壁，所以HD鉆機施工中的錨索在原設計的基礎上加以改進：架線環形狀改為流線性，換掉鐵制錨頭，改為用較軟材料包裹錨頭，錨索自由段套人塑料管保護，兩端應裹嚴密，防止漏入水泥漿。錨索加工檢驗合格完后，方可下放。桿體放人孔內后，外露張拉長度1.5m(以樁外邊為準)。
3.5　注漿
　　為了提高錨索受力，一次注漿與二次注漿都使用純水泥漿，水灰比0.5(設計一次注漿水灰比為0.38-0.45的水泥砂漿)，攪漿用水為自來水，水泥為425#普通硅酸鹽水泥。
3.5.1　一次注漿
　　HD鉆機的一次注漿分為—次常壓注漿和一次高壓注漿兩次進行。
　　一次常壓注漿：用高壓水沖洗鉆孔并安放錨索桿體完成后，即可進行錨索一次注漿，由于注人的水泥漿較孔內殘留的泥漿、清水比重大，故能依次將泥漿、清水置換出來，由孔底開始注漿，當孔口冒出的水泥漿與新漿相同時，再繼續注漿2分鐘即可。
　　一次高壓注漿：撥出一節套管，在管內注滿水泥漿，并在管口加蓋高壓注漿帽，繼續注漿，管內水泥漿在高壓作用下，向錨固端土壤擴散，滲透壓縮周邊土體，穩定2分鐘后卸管，再撥出一節套管，并繼續上述過程，直至撥管至自由段時停止二步注漿，繼續撥管至完成。撥管后應注意檢查錨索桿體是否正確。
3.5.2　二次劈裂注漿
　　二次注漿為劈裂注漿，注漿壓力一般為2.5～5.0MPa，其目的是再次向錨固區段注漿，使第一次注漿休被劈裂，漿液在高壓下被壓人孔內壁的土體中，使錨索能牢固地錨在巖層中。壓漿管為膠管，在制作鋼絞線就綁扎在鋼絞線中。施工中為了使二次注漿達到設計的效果，在—次注漿中必須將錨固段完全注滿漿。
3.6　張拉鎖定
　　錨索固體的強度大于15Mpa，達到設計強度70％時，可進行錨索張拉鎖定。本明挖基坑錨索張 拉的時間定為二次注漿后7天進行張拉。張拉時的mt荷載應根據不同的千斤頂進行計算，張拉分預張拉和鎖定張拉兩種，預張拉一般力值為0.1TW、0.5TW、1.0 TW(TW為設計荷載)。
4　錨索基本試驗及抗拔力試驗
　　對錨索支撐進行基本試驗和抗拔力試驗，以確定錨索的極限承載力，掌握錨索體在不同凝固期(3天、7天、14天)抵抗破壞的安全程度，以便在正式使用錨索結構參數或改進錨索制作工藝，揭示錨索注漿完成后，錨索抗拔力是否達到滿足設計要求的時限。
4.1　試驗前期準備工作
　　(1)按試驗要求制作好用于基本試驗(3條)和抗撥力試驗的錨索，并滿足試驗的現場要求；
　　(2)用于基本試驗和抗拔力試驗的錨索的具體位置由設計和監理單位在現場指定；
　　(3)在確定的基本試驗錨索注漿滿3天、 7天、和14天時，分別進行一根錨索的基本試驗；
　　(4)錨索外露于基坑壁面長度應不少于1.3m，以便千斤頂的安裝和試驗；
　　(5)在錨索成孔注漿后，在基坑壁面用C20細石混凝土澆注400mm×400mm×200mm的傳力臺
臺座混凝土里面放2～3片Φ80100×100鋼筋網片，臺座中心預埋Φ50鋼管，以利錨頭穿過。
　　(1)試驗張拉設備采用預應力穿心千斤頂，千斤頂的額定壓力大于最大試驗壓力544.3kN；
　　(2)千斤頂和油壓表莊試驗前須標定，計算各級荷載下油壓表的讀數值，并繪制成表；
　　(3)在每級荷載下，用百分表測讀錨頭(千斤頂活塞)位移3次，并記錄；
　　(4)錨索基本試驗采用循環加荷，各級荷載及觀測時間表2所示；
　　(5)錨索抗拔力試驗加荷與觀測時間如下時間分配表，見表3；
　　(6)錨索抗拔力試驗加到最大試驗荷載，觀測15min測讀3次錨頭位移后，卸荷至0.1T量測錨頭位移，然后卸荷至錨索荷載進行鎖定。

5　總　結
　　為了掌握錨索在實際工作中的受力狀態，并檢驗錨索的施工質量，我部在每排錨索中設置了三個錨索測力計。經過長時間的觀測結果顯示，錨索支撐自施工至今1年多時間以來，錨索受力性能良好，蠕變量小，說明本次錨索施工是成功的，錨索支撐施工質量達到了設計要求，保證了本深基坑工程的穩定。

轉載自：隧道網