大跨度地铁车站深基坑预应力锚索施工技术

1 大跨度地铁车站深基坑预应力锚索施工技术大跨度地铁车站深基坑预应力锚索施工技术 尹颂杰 摘要 结合具体工程对预应锚索施工实例 叙述了地铁车站支撑结构预应力锚索的施工方案 详细介绍了预应力锚索的工艺过程 探讨了预应力锚索施工的关键技术与操作要点 提出了相关技 术措施 以期为类似工程施工提供技术支持 关键词 大跨度 砂层 预应力锚索 施工 预应力锚索是在深基坑施工中广泛应用的一种支护形式 在地铁施工常用于结构临时预留较大 开孔 车站宽度较大等特殊部位 在支护体系起辅助支撑减小结构变形的作用 较好的弥补了以钢 管内支撑支护形式的缺点 同时不占用施工空间 形成无障碍的作业面 是一种有效 实用 简单 合理的支护形式 本文以石家庄市城市轨道交通 1 号线留村站为例 说明其施工要点和关键技术 1 1 工程概况工程概况 石家庄市城市轨道交通 1 号线留村站位于长江大道和天山大街十字路口处 沿长江大道东西向 设置 为 1 号线与远期规划 6 号线换乘车站 双岛四线同台换乘 1 号线位于内侧 6 号线位于外 侧 1 号线与 6 号线结构同期实施 车站起讫里程为 K20 458 450 K20 700 950 车站总长 242 5m 标准段宽 41 4m 预留远期 6 号线盾构井段宽 44 9m 标准段基坑深 17 07m 盾构井段深 18 8m 车站主体结构采用明挖顺做法施工 结构型式为地下二层四跨箱型框架结构 顶板覆土跨 天山大街段约 3 43m 其他部位约 2 6m 围护结构采用 800 1300 钻孔灌注桩 4 道锚索支护体系 如图 1 所示 2 图图1 1 留村站横剖面图留村站横剖面图 按地层沉积年代 成因类型 将本工程沿线勘探范围内的土层划分为人工堆积层 Qml 新近 沉积层 Q4al 第四系全新统冲洪积层 Q4al pl 第四系上更新统冲洪积层 Q3al pl 四大层 本站所在地层主要有杂填土 黄土状粉质粘土 1 粉细砂 1 粉质粘土 1 细中砂 1 中粗砂 1 结构底板所在土层为细中砂 1 2 2 预应力锚索方案预应力锚索方案 预应力锚索由钻孔穿过软弱岩层或滑动面 把一端 锚杆或锚索体 锚固在岩层或坚硬地 层中 然后在另一个自由端进行张拉 从而对岩层施加压力对不稳定地层进行锚固 简称锚索 其施工的关键工艺是成孔 成孔的方法主要有冲击钻进法 螺旋钻进法 套管钻进法以及旋喷 钻进法 考虑本工程主要为砂层地质的情况 采用套管法钻进结合常规锚固注浆 锚索张拉及 封锚进行本站大跨度深基坑锚索支护体系施工 3 3 施工工艺施工工艺 3 13 1 工艺要点工艺要点 预应力锚索强度标准值为 1860MPa 锚固孔倾角值设定为 15 20 钻孔直径 200mm 锚索 安设完毕 对锚孔及钢绞线验收合格后进行注浆 采用一次注浆及二次高压劈裂注浆 保证锚索牢 固锚入地层 待锚固体不宜低于 15MPa 并达到设计强度的 70 后方能组织张拉 张拉采用分级等 荷张拉 每级张拉直至压力表无返回现象 方可进行锁定作业 若预应力损失过大 须进行整体张 拉与重新锁定 锚索预加力锁定值为 0 7 0 9N 3 23 2 工艺流程工艺流程 预应力锚索主要工艺流程 锚孔测放 钻孔 清孔 锚索制作 锚索安装 注浆 养护 钢腰 梁安装 锚索张拉 补张拉及锁定 锚头封闭 如图 2 所示 3 土方开挖测量定位钻机就位 钻孔 锚索安装 洗孔 注浆 二次注浆 腰梁制作安装 张拉锁定 锚索制作 钢垫板加工 图图 2 2 预应力锚索施工工艺流程图 3 33 3 施工程序施工程序 1 锚孔测放 按设计要求 将锚孔位置准确测放在坡面上 孔位误差不得超过 50mm 如 遇特殊困难场地时 需经设计 监理单位认可 在确保坡体稳定和结构安全的前提下 适当放宽定 位精度或调整锚孔定位 2 钻孔 准确安装固定钻机 并严格认真进行机位调整 确保锚索钻孔时不得扰动周围地 层 锚杆水平 垂直方向孔距误差不应大于 100mm 钻头直径不应小于设计钻孔直径 3mm 钻孔轴 线的偏斜率不应大于锚杆长度的 2 锚杆钻孔深度不应小于设计长度 也不宜大于设计长度 500mm 成孔后清孔要彻底 并应立即插入锚索灌浆 3 锚孔清理 钻进达到设计深度后 不能立即停钻 要求稳钻 1 2 分钟 防止孔底尖灭 达不到设计孔径 钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞 必须清理干净 在钻孔完成后 使用高压空气 风压 0 2 0 4MPa 将孔内岩粉及水体全部清除出孔外 以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结 强度 4 锚孔检验 孔径 孔深检查一般采用设计孔径 钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件 下验孔 要求验孔过程中钻头平顺推进 不产生冲击或抖动 钻具输送长度满足设计锚孔深度 退 钻要求顺畅 用高压风吹孔不存明显飞溅尘碴及水体现象 同时要求复查锚孔孔位 倾角和方位 全部锚孔施工分项工作合格后 即可认为锚孔钻造检验合格 5 锚索体制作及安装 锚索自由段钢绞线采用 PVC 软管套住 保证自由段锚索自由伸缩 锚索选用松弛预应力钢绞线 钢绞线应严格按设计尺寸下斜 每股长度误差不大于 50mm 将自由 段和锚固段分别作出标记 在锚固段范围内的锚索每隔 2m 穿一个架线环 两架线环之间扎一道箍 筋环 自由端的钢绞线应放入塑料管内并涂上黄油 两端用胶带密封防止注浆液渗入自由端 4 6 锚固注浆 注浆管宜与锚索杆体绑扎在一起 一次注浆管距孔底宜为 300 500mm 二次 注浆管的出浆孔应进行可灌密封处理 注浆压力 0 4 0 6Mpa 水泥浆的水灰比 0 45 0 5 水泥 标号 42 5 级 注浆体强度不小于 25Mpa 待一次注浆形成的水泥结石体强度达到 5MPa 后进行二次 高压注浆 二次注浆压力为 2 5 5 0MPa 进行自由段的注浆 注浆材料同锚固阶段 7 钢腰梁制作安装 锚索张拉前 将工字钢腰梁安放在钢支架及锚索自由端 应保证锚索 自由端不受力 并将腰梁与桩身紧贴 无法紧贴处 应用 C20 细石混凝土填充 将钢垫块固定于 工字钢腰梁上 并保证钢垫块的上表面与锚索垂直 8 锚索张拉及锁定 封锚 张拉锚索采用整体式张拉 当锚固浆体强度大于 15MPa 后方可 进行张拉 锚索张拉前 应对张拉设备进行标定 正式张拉前应取设计值的 0 1 0 2 倍 预张拉 1 2 次 使其各部分接触紧密 锚索杆体完全平直 锚索张拉应按 50 N 75 N 110 三级进行张 拉 N 为锚索预加轴力 持荷时间及张拉速率按照表 1 进行施工 张拉顺序考虑临近锚索的相互 影响 对于钢绞线的松弛 地层的徐变等因素造成的预应力损失 在张拉后可进行补张拉 然后锁 定 锚锚索索张张拉拉持持荷荷时时间间及及张张拉拉速速率率表表 表表1 1 荷载分级 持荷时间 min 加荷速率 KN min 0 2N2 0 5N5 0 75N5 100 1 1N10 50 注 N表示锚杆轴向预加拉力 3 43 4 控制难点控制难点 1 砂层锚索施工成孔 本站覆土为约 3 3m 埋深 17 4m 主要处在砂层中由此锚索施工期间锚索成孔成为施工中难点 根据以往施工经验传统螺旋钻施工工艺适用与黏土底层施工 在全砂层钻孔施工时经常出现塌孔现 象 成孔困难 严重者可能造成地面沉降 传统锚索成孔流程 5 锚孔测放 钻孔 清孔 锚索制作 锚索安装 注浆 养护 钢腰梁安装 锚索张拉 补张拉 及锁定 锚头封闭 传统锚索施工工艺钻孔 锚索安装两道工序分开施工 期间存在时间空挡 砂层自身稳定性极 差无法保证自身稳定 根据现场实际情况采用 MD 135D 套管钻机 采用新的钻机锚索施工钻孔同时 进行旋喷水泥浆 将砂层进行加固在旋喷的同时将锚索钢绞线安装到位 加固土体同时减少了锚索 安装和钻孔两个工序之间的时间 有效的保证了钻孔的稳定性 采用套管旋喷工艺加大了水泥浆用 增加了土体强度 同时增加了锚索锚固段的锚固力 锚索抗拉拔能力更强 2 注浆控制及张拉控制 注浆和张拉工序是锚索施工重要一环节 注浆控制质量直接影响锚索抗拉拔的能力 决定基坑 的稳定性是否可靠 为保证注浆控制需采取以下措施 a 锚索编束时 每根钢绞线或高强钢丝需顺直 不扭不叉 排列均匀 严格依据设计尺寸下料 每股长度误差不大于 50mm 钢绞线要求采用机械切割 严禁采用电弧切割 并经除油和除锈处理 合格 对有死弯 机械损伤及锈坑材料应剔除 钢绞线或高强钢丝应按设计要求平直编排 锚固段 每 2m 设置一个隔离支架 并在锚固段两隔离支架之间中部设一道紧箍环 采用 16 号铁丝绕制 不 得少于两圈 保证锚索体保护层厚度不小于 20mm 锚索编束 包括注浆管 应捆扎牢固 捆扎材 料不宜用镀锌材料 锚索体自由段应按设计要求采用塑料套管 与锚固段相交处的塑料管管口应密 封并用铅丝绑架 同时 要求按设计要求进行防腐处理 若采用压力分散型锚索或其它荷载分散型 锚索 应严格按照设计相关要求下料和编制 b 采用二次补充注浆的锚筋体组装时 应同时装放二次注浆管和止浆密封装置 止浆装置应设 在自由段和锚固段的分界处 并具良好可靠的密封性能 宜用密封袋作止浆密封装置 密封袋两端 应牢固地绑扎在锚筋体上 当采用高压劈裂注浆提高地层锚固力时 要求以浆体强度控制开始劈注 时间 一次浆体强度为 5MPa 并注意二次注浆管之锚固段内设花孔和封塞 c 锚筋体自由段的防腐与隔离应严格按照设计要求施做 d 注浆管 注浆管需满足设计要求 具有足够强度 保证在注浆施工过程中注浆顺利 不堵塞 爆管或破损拉断 一次注浆管捆扎在锚筋体中轴部位 注浆管头部距锚筋体末端宜为 30 50mm 若采用二次注浆 须另置注浆管 二次补充注浆管捆扎在防腐塑料套管外侧 二次高压注浆管与一 次注浆管一起捆扎或采用同一管路 管口要求用胶布封堵严实 并按设计要求预留花管孔眼和安放 止浆装置 4 4 技术措施技术措施 6 1 钻孔的孔位 孔深 倾斜度应按设计要求进行严格控制 其孔距 排距偏差允许为 20cm 倾斜度及方位角允许偏差为 1 有效孔深的超深不大于 20cm 且每钻进 5m 用测斜仪 校正一次 保证孔位达到设计和规范要求 2 工具锚夹片与工作锚夹片两者不可混用 工具锚夹片使用一般不宜超过 10 次 工作锚板 限位板和工具锚板之间的钢绞线一定要保持顺直 不能相互扭结 以保证张拉的顺利进行 3 锚固段和张拉段交界处的止浆环必须能承受大于 0 5MPa 的注浆压力且不漏浆 止浆环处 钢绞线与止浆环之间必须密封好 止浆环充气压力 0 5MPa 并用压力表检查有无漏气现象 4 认真做好施工记录 各道工序施工人员必须经培训并经考核合格后方可上岗作业 严禁 违章操作 5 严格执行 三检 制 作好班组自检 必须作好各工序的施工记录 施工中上道工序不 合格或未经监理工程师验收签证的