富水粗砂层锚索施工涌水涌沙处理技术.doc

富水粗砂层中锚索施工涌水涌砂处理技术中铁十五局集团城交公司 韦尚坤【内容摘要】 深圳地铁二号线东延线工程土建2224标段岗厦北站华强北站区间设一盾构井（兼做轨排井），采用五道锚索支撑，锚索施工中出现涌水涌砂情况下，安全、顺利地完成了施工任务。本文结合工程实例，详细介绍了富水粗砂中锚索施工中涌水涌砂处理技术，为同类工程施工具有参考意义。【关键词】 粗砂层 锚索施工 涌水涌砂 处理技术1 工程概况深圳地铁二号线东延线工程土建2224标段岗厦北站华强北站区间设一盾构井（兼做轨排井），里程为YCK28049YCK28129 ，基坑长度为80m，深19米，工程位于深圳市中心公园内，围护结构采用800mm厚地下连续墙。盾构井段第一、二、三道采用环框梁支撑，第四、五道采用钢支撑，轨排井段采用五道锚索支撑。预应力锚索设计选用1*7标准型钢绞线，公称直径15.2mm，其标准强度为1860Mpa。锚索间水平间距2m，垂直间距44.5m。第一道锚索锚固段长度19m，自由段长度12m，第二道锚索锚固段长度20m，自由段长度11m，第三道锚索锚固段长度21.5m，自由段长度10m，第四道锚索锚固段长度22m，自由段长度8m，第五道锚索锚固段长度17.5m，自由段长度5m。2 工程地质条件轨排井地质情况从地面至基坑底分别为杂填土，粗砂层，全风化花岗岩和半土状强风化花岗岩地层，地下水埋深2.6m，以孔隙水为主，局部具有承压性，地质断面如图1所示： 图1 轨排井地质断面图轨排井地层分布特征见下表：轨排井主要地质分层特征表（地面至基底）序号分层代号岩土层名称平均层厚（m）地质特点1杂填土5主要成分为生活垃圾、粉质粘土，碎石等，灰黄色，稍湿，疏松。2粗砂层9.2灰黄、黄褐色，松散中密，饱和。3全风化花岗岩4.9黄褐色，裂隙极发育，原结构基本破坏，遇水易软化、崩解。4半土状强风化花岗岩5.6黄褐色，局部夹灰白、灰绿色，岩石风化强烈，原岩结构可辨析，遇水软化、崩解。3 锚索施工锚索施工设备采用履带式全液压锚索机，这种锚索机移动方便，操作灵活，能够转动各种角度，根据不同作业性质的环境，可采用不同功率，并能控制套管上扣和卸扣，施工速度快，效率高。锚索施工工艺流程为：施工放线连续墙开孔施钻锚索孔制作束体并将其放入锚索孔固定束体进行注浆浇筑腰梁安装钢锚垫板张拉及锁定使束体产生预应力与腰梁、连续墙连接成整体。施工中遵循“分段分层、由上而下、先锚固、后开挖”的原则进行锚索施工及基坑开挖，开挖土方至下道锚索位置后,进行锚索施工，待腰梁混凝土强度达到要求，锚索张拉完成后进行下层土方开挖。3.1锚索施工重难点由于本基坑地质条件的特殊性，锚索内力值较大，设计锚索孔径为180mm。孔径大，为防止塌孔，采用全套管跟进技术，不许采用泥浆护壁，这在广东地区锚索施工中是非常少见的，并且是在粗砂层中，施工难度大，技术要求高，施工所用180mm钢套管市场根本买不到，需要专门加工制作。锚索施工中第三、四道锚索要穿越富水粗砂层，如何解决锚索施工中涌水涌砂将是施工中的难点之一。如何确保粗砂层中锚索施工质量，是施工中又一大难点，也是确保基坑是否安全的重要因素。3.2涌水涌砂原因根据地质勘查资料，轨排井处存在厚度9.2m的粗砂层，且地下水压力大，富存在各地层中，锚索施工中将连续墙打穿后，在压力水流的作用下水和砂顺着锚索孔流出，发生涌水涌砂现象，多次造成地面塌陷，危害基坑安全。3.3涌水涌砂处理措施锚索孔倾角值为20,孔径180mm，锚索施工前首先要将基坑围护结构地下连续墙锚索孔处连续墙打穿，当施工第三道、第四道锚索时，在打穿连续墙锚索孔时就出现了严重的涌水涌砂现象，没多时就涌出几立方水和砂,锚索成孔困难，有的锚索孔连打穿连续墙都很困难，给锚索施工带来了极大困难，连续墙锚索孔施工如下图2所示。要确保施工锚索过程中不出现涌水涌沙，就要降低基坑外水位到锚索孔口以下,这需要设大量的降水井,不仅要增加相当大的投入，而且大量的降水会引起地面及周边建筑物沉降。另外，地下水在基坑北侧福田河的补给下，降水不一定起到效果。如果从地面对砂层加固，也不一定能达到效果，而且施工时间长。在施工工期、周边环境、地4钢套管施工方法由于将连续墙打通以后就会出现涌水涌砂，施工中工序衔接及材料的准备一定要到位，这样才能将涌水涌砂量减小到最少，钢套管施工步骤如下：钢套管准备到现场锚索孔设计为180mm，连续墙的钻孔为200mm，钢套管采用190mm的无缝钢管，根据基坑外水压力计算，钢套管长3m即可平衡基坑外的水压力，所以，选用的钢套管长3m。连续墙取孔材料、人员准备到位后，首先要将连续墙上的锚索孔采用钻孔机将连续墙打穿，钻 钢套管打入当连续墙取孔后，立即将钢套管一端插入锚索孔内，另一端用挖掘机顶住后打入，外露部分与墙面平齐，如图3所示。图2 连续墙锚索孔施工图质情况等制约下，通过多次实践,最后采用打入钢套管的方法进行施工,解决了施工难题,涌水涌砂得到了有效控制，锚索施工也得以顺利进行。孔孔径200mm，角度20。设备人员准备到位打入钢套管采用现场挖掘机顶进，需配备人员45名。图3 锚索孔内钢套管施工图5锚索施工中注浆措施锚索安设完毕验收合格后进行注浆，注浆采用从孔底到孔中返浆式注浆。针对粗砂地层中注浆容易出现浆液充满砂石空隙后浆液外流的情况，施工中采用在浆液中掺减水剂或速凝剂及间歇式反复注浆的办法，控制浆液向周边流动，直至注浆压力达到设计压力为止。试验结果汇总表序号锚索编号最大试验荷载（KN）最大位移（mm）卸载至0.1T时残余位移（mm）总弹性位移（mm）设计抗拔承载力（KN）设计抗拔承载力时位移（mm）备注1MSY-1088371.9911.4260.5773656.76合格2MSY-12113463.0018.0045.0094548.00合格3MSZ-10133292.0012.0080.00111074.00合格6地面处理措施在连续墙开孔和锚索施工时，由于有部分砂和水流出来，造成连续墙背后地层沉降和土体松动，对基坑安全存在一定隐患，锚索施工完成后，有针对性的采取地面袖阀管注浆进行加固处理。袖阀管间距1m1m，梅花型布置，加固范围根据流砂量实际情况确定，浆液采用水泥+水玻璃双液浆。袖阀管施工时要错开锚索的位置，避免损伤锚索。7锚索孔漏水处理措施锚索施工完成后，由于基坑外水压较大，外侧水从锚索孔沿锚索流入基坑内，容易使基坑内土体浸水软化，给基坑开挖带来一定的困难。为保证基坑内土体干燥，基底承载力达到要求，必须对漏水锚索孔进行封堵。封堵分两步进行，首先采用向漏水锚索孔内注聚氨酯溶液，将水封闭后再进行锚索张拉，张拉后再次出现漏水锚索孔，采用从锚索孔旁边钻斜孔，埋入注浆管后注入聚氨酯溶液，直到将水封闭。8锚索试验由于锚索的设计内力值较大，特别是第三、四道锚索位于粗砂层中，为保证基坑安全，按照相关要求需进行锚索抗拔试验，锚索抗拔试验按一级基坑要求进行，试验数量不得少于3根。试验方法：加载系统由精密油压表和抗拔千斤顶组成，钢尺测读锚索锚头位移。锚索最大试验荷载为1.2T，T为设计抗拔承载力。试验标准：试验参照广东省以及深圳市的有关标准规定进行。试验结果：试验结果见下表。通过试验，锚索最大试验荷载值均符合设计抗拔承载力检测值的要求，锚索施工取得了成功，锚索抗拔试验曲线图如下图4 所示： 图4 锚索抗拔试验曲线图9工程效果预应力锚索在深圳地铁2号线东延线工程土建2224标粗砂层中施工成功,并取得了良好的效果，不仅为深基坑稳定提供了安全保障，也为整个工程提供了工期保证，更重要的是填补了大孔径锚索施工的空白，施工效果见图5。图5 锚索施工效果图10 结论在富水粗砂层中施工大孔径预应力锚索面临的主要难点是：在地下水流的带动下，锚索孔在钻进的过程中出现涌水涌砂，无法成孔。经过多方实践，最后确定了预先打入钢套管