地铁车站深基坑支护方案比选

地铁车站深基坑支护方案比选

准备杆用于保护深孔，不仅占地面积小，而且施工速度快，有利于减少方向位移，节约投资约20%，在修复基质方面得到了广泛应用。土层锚杆是一种埋入土层深处的受拉构件,一端与工程结构物相连,另一端锚固在土层中,以承受由于土压力、水压力或其他外力施加于支护结构上的推力或上举力,利用土体内的锚固力来维持结构物的稳定性。在深基坑支护过程中,土层锚杆技术占有重要地位。1预应力锚杆支护—工程概况与地质条件地铁十号线安定路站—北土城东路站区间工程位于朝阳区安定路小关路口,全长809.931m。明挖段基坑最深达16.5m,采用D800和D600钻孔灌注桩,桩间网喷混凝土和三道D609钢管横撑对基坑进行支护。明挖区间靠近安定路段设有一铺轨基地,起讫里程为K10+230～K10+260。结构顶板预留30m×7m的下料口。该段场地狭小,附近为本标段一重大风险源——小关街2号居民楼。按轨道设备安装的要求,此处不能采用钢管横撑且在相当长的一段时间内基坑暴露在外不能回填。考虑到基坑安全和后续工程的顺利进行,决定此处采用预应力锚杆对基坑进行支护。本工程标段位于永定河冲积扇中下部,浅层为第四纪沉积的黏性土、粉土,局部为砂类土薄层;其下为第四纪的黏性土、粉土、砂类土碎石类土互层,覆盖层厚度约为100m。受线路南侧60m处的小月河影响,场区地下水位较高,埋深约为2.0～7.5m,其下为地下潜水和承压水,大气降水对地下水位影响明显。2主臂的设计和施工2.1锚杆间距和长度冠梁以下2.5m处为第一排预应力锚杆,平面上锚杆间距为1.4m,锚杆长24m,锚固段15m,自由段9m,倾角25°、27°交替施做;其下4m和9m,分别为第二道和第三道锚杆,水平间距为1.4m,长度分别为23m和20m,锚固段18m和15m,自由段5m,倾角15°、18°交替施做。锚杆施加一定的预应力后,与桩通过水平搁置的钢围檩连接(如图1)。2.2应夹杆的安装(1)锚锚系统的设置成孔采用普通锚杆钻机,三翼钻头,正循环全面钻进,成孔口径为200mm。钻进时,须将钻机可靠固定,便于钻进加压并防止钻孔移位,锚孔尽量在一个回次成孔,防止二次下钻。二次下钻时尽量对准原锚孔,若不能对准,则重新成孔。终孔后采用BW-150型泵清水清孔,确保孔内干净,以保证水泥浆液与土层的黏结强度,提高锚固力。(2)mm学习预应力锚索采用1860级4×7ϕ5mm高强度低松弛钢绞线。为确保杆体孔内居中,沿杆体轴线方向,每隔2.0m设置一个ϕ100mm箍环。锚索制做完成后,用吊车吊起缓慢插入孔内,距孔底约25cm。一次注浆采用PVC注浆管,第一次注浆完毕后缓慢拔出孔外;二次劈裂管自由段采用ϕ60mm的镀锌钢管,锚固段采用高压PVC注浆管,每隔50cm钻四个劈裂孔,均匀分布,劈裂孔外面用胶带缠绕3～4圈,劈裂管前头用丝堵堵紧,以防漏浆。孔口之外预留1.2m钢绞线,用以安装锚具及张拉锁定。(3)次注浆和二次冲淤注浆相结合浆液采用M20的水泥浆,水灰比为0.47,现场配置。待锚索安装完毕后即可开始第一次注浆,注浆压力为0.5MPa,直至孔口流出浓水泥浆为止;随即将一次注浆管缓慢拔出,并注意随时补浆。待第一次注浆完毕24h后开始二次劈裂注浆(第一次注浆强度达到5MPa),浆液采用水泥净浆中掺加4%的膨胀剂。二次注浆压力为约4MPa,注浆量应大于第一次注浆量。(4)钢缀板节点连接围檩采用两根28a普通热轧槽钢制作,20mm厚的钢缀板连接。根据锚杆实际位置,适当调整局部加工尺寸。钢围檩安装前,在基面上弹出围檩上边线,利用导链由多人协作进行吊装。(5)锚具的张拉和锁定按设计要求,锚杆完成7天后,强度大于设计强度的75%时,即可进行张拉锁定。张拉采用经标定的YC100型穿心千斤顶,锁定采用YM15-4型锚具,锚环和夹片的硬度要符合设计要求。正式张拉前,应取20%的设计张拉荷载,对其预张拉1～2次,使其各部位接触紧密,钢绞线完全平直。正式张拉时,应张拉至设计荷载的105%～110%,再按规定值进行锁定。3预应力锚杆弹性位移在本批次锚杆中随机抽取三根做破坏性试验以确定锚杆的极限承载力。最大试验荷载为锚杆杆体承载力标准值的0.9倍。用游标卡尺测量张拉过程中产生的锚头位移。试验加荷分为6个循环。锚杆的弹性变形按式(1)计算式中δl——弹性变形值;N——锚杆的设计轴力;L——自由段长度与1/2锚固段长度之和;E——钢绞线弹性模量,根据试验报告取E=200GPa;A——钢绞线截面积,A=140mm2。按照相关规范要求,锚杆的弹性位移不小于自由段变性值的80%,不大于自由段与1/2锚固段之和的变性值,最终确定本批次预应力锚杆的极限承载力为752kN。试验结果见表1、图2和图3。4支护段基坑水平位移本次基坑水平位移的监测是通过预先埋置在钻孔灌注桩内的侧斜管完成的。图4(a)为预应力锚杆支护段基坑的水平位移,图4(b)为钢管横撑支护段基坑的水平位移。对比两图可以得到以下几点结论:(1)在锚杆施工的三周内,基坑的水平位移变化较大。三周后锚杆张拉锁定完毕,开始发挥支护作用,基坑变形明显减小,逐渐趋于稳定。(2)锚杆支护段基坑水平位移曲线比较平缓,钢管撑支护段基坑水平位移曲线有两处突变。这是由于锚杆向下以一定的角度深入土层,改变了桩后土层压力分布,而横撑支护只是相当于在桩上施加集中反力,因此曲线出现突变。(3)锚杆支护段基坑位移曲线最终趋于稳定,说明铺轨基坑采用预应力锚杆支护这一方案是完全可行的。5预应力锚杆支护(1)在场地狭小,工期紧张的不利条件下,本支护方案顺利完成,为后续施工和轨道设备的提前安装创造了十分有利的条件。(2)锚杆的设计承载力是340kN,破坏试验显示,锚杆的极限承载力最小为752kN(最高达940kN),说明锚杆在设计上还有待进一步优化。(3)变形监测结果显示,预应力锚杆作用下,基坑围护桩