摘 要:本文介紹了在深基坑施工中采取預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)的成功纖驗(yàn),通過(guò)錨索施工方案的優(yōu)選,起到了降低施工難度、確保施工質(zhì)量的作用。同時(shí),對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索的全套管跟進(jìn)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(yàn)等也做丁較為詳細(xì)的介紹。關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)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(jiǎn)介
深圳地鐵會(huì)展中--市民中心區(qū)間位于深圳市中心區(qū),南接會(huì)展中心站,北接市民中心站。整個(gè)區(qū)間分為區(qū)間正線和西北聯(lián)絡(luò)線兩段,區(qū)間正線設(shè)計(jì)起訖里程為SSK3+058.375-SSK3+683.615,全長(zhǎng)625.24m,西北聯(lián)絡(luò)線為深圳地鐵東西走向的一號(hào)線和南北走向的四號(hào)線的聯(lián)絡(luò)通道,設(shè)計(jì)起訖里程為L(zhǎng)NSK0+50.788-LNSK0+446.304,全長(zhǎng)395.516m。區(qū)間正線設(shè)計(jì)為單洞雙線馬蹄形結(jié)構(gòu),采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和中洞法(位于深南大道下的25m段)施工,西北聯(lián)絡(luò)線設(shè)計(jì)為單洞單線馬蹄形結(jié)構(gòu),采用弧形導(dǎo)坑法施工,區(qū)間正線與西北聯(lián)絡(luò)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(qū)間正線與西北聯(lián)絡(luò)線分岔處55m段設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)平面結(jié)構(gòu)形式為梯形,長(zhǎng)邊長(zhǎng)21.011m,短邊長(zhǎng)13.534m,基坑開(kāi)挖深度為23.54~24.42m,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用人工挖孔樁咬合樁,樁徑Φ4m,樁長(zhǎng)31m,咬合50mm,樁數(shù)共計(jì)112根,并于樁頂設(shè)置高1.2m的混凝土冠梁;又误w系采用鋼管支撐(Φ600mm×16mm)與預(yù)應(yīng)力錨索相結(jié)合方式,即基坑南北兩側(cè)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(shè)計(jì)軸力的50%-80%。
明挖基坑范圍內(nèi)工程地質(zhì)為上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層、沖擊層、第四系殘積層,下伏燕山期花崗巖。根據(jù)地質(zhì)斷面所揭露的資料表明,挖孔樁從上往下穿越地質(zhì)層為:素填土、粘土、砂質(zhì)粘性土、礫質(zhì)粘性土、花崗巖(全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化);拥叵滤话促x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;鶐r裂隙水主要賦存花崗巖風(fēng)化層節(jié)理裂隙內(nèi),由于節(jié)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(shè)計(jì)錨索施工方案
根據(jù)原設(shè)計(jì),明挖基坑共設(shè)置了7排錨索,每掃瞄索共計(jì)38根,東、西兩側(cè)各設(shè)19根,同排同側(cè)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(cuò)開(kāi)750mm。7排錨索的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)下表:
表1原設(shè)計(jì)錨索相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)表
按此設(shè)計(jì),在施工圍護(hù)柚時(shí)需預(yù)埋中Φ150mm的鋼管,作為錨索預(yù)埋孔道。但根據(jù)錨索的平面布置,每根錨索與圍護(hù)樁的相對(duì)位置都不同,且在預(yù)埋鋼管時(shí)需將鋼管位置處的圍護(hù)樁主筋截?cái),同一根圍護(hù)樁需截?cái)?處。按此設(shè)計(jì)方案,勢(shì)必帶來(lái)如下不利之處:
(1)因圍護(hù)樁主筋截?cái)?處,主筋連接就依靠主筋與鋼管的焊接連接,降低了圍護(hù)樁的受力性能;
(2)在施工圍護(hù)樁主筋時(shí),需預(yù)埋錨索的孔道鋼管,預(yù)埋鋼管定位十分困難;
(3)圍護(hù)樁主筋截?cái)嗪,其連接依靠主筋與鋼管的焊接連接,為確保預(yù)埋鋼管與鋼筋的牢固連接,則需在孔內(nèi)焊接,而在孔內(nèi)焊接嚴(yán)重違反施工安全操作規(guī)范,不可能實(shí)施。
2.2 變更后的錨索施工方案
鑒于錨索原設(shè)計(jì)施工方案的以上情況和本次錨索支撐對(duì)于基坑安全的重要性,本著確保錨索施工質(zhì)量的目的,施工單位會(huì)同業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理四方召開(kāi)了幾次現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議,討論變更錨索施工方案。經(jīng)過(guò)充分考慮錨索支撐自身的受力特性、施工要求及實(shí)際施工時(shí)的困難后,決定將原錨索施工方案作如下調(diào)整:
(1)將各排錨索的平面位置調(diào)為一致,即每根錨索都位于圍護(hù)樁的咬合部位中心處,這樣,就將原設(shè)計(jì)的每排38根錨索變?yōu)槊颗?2根,七排錨索共增加28根;
(2)原設(shè)計(jì)錨索的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)(即每排錨索的孔深、總長(zhǎng)、自由段長(zhǎng)度、錨固段長(zhǎng)度、張拉段長(zhǎng)度、傾角、鋼絞線規(guī)格、鋪軌期間最大設(shè)計(jì)軸力、埋深、豎向間距等)均維持不變;
(3)為避免錨索間距過(guò)小產(chǎn)生群錨效應(yīng),則每排錨索均采用梅花形布置,即將原設(shè)計(jì)的混凝土腰粱寬度擴(kuò)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(jīng)過(guò)以上變更后,既避免了在圍護(hù)樁內(nèi)預(yù)埋鋼管,保證了圍護(hù)樁的受力性能,同時(shí),又使錨索的間距達(dá)到了不產(chǎn)生群錨效應(yīng)的最低要求,施工時(shí)直接按測(cè)量放線位置鉆孔即可。
3 預(yù)應(yīng)力錨索支撐施工方法及工藝流程
根據(jù)明挖基坑的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況及施工工期的要求,錨索施工采用目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的德國(guó)進(jìn)口HD(HD-70,HD-90)系列鉆機(jī),該鉆機(jī)特點(diǎn)是施工時(shí)受地質(zhì)變化影響較小,成孔速度快,一般土層成孔時(shí)間為2h(鉆孔30m深),不足之處是施工時(shí)需水量大,須做好排水工作。
錨索施工工藝流程詳見(jiàn)圖2。
圖2 錨索施工工藝流程圖
3.1 施工準(zhǔn)備
錨索施工緊接基坑土方開(kāi)挖進(jìn)行,基坑土方開(kāi)挖采取分層開(kāi)挖,當(dāng)每層土方開(kāi)挖至錨索孔位下0.5m高程時(shí),平整開(kāi)挖面后進(jìn)行錨索施工。根據(jù)HD鉆帆的特點(diǎn),鉆機(jī)的工作面寬度不小于7m,施工時(shí)東西兩側(cè)各設(shè)置一臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施鉆。施工用電采用交流電,功率80kW,用水使用自來(lái)水,用100mm水管分兩個(gè)Φ50mir閥門(mén)通向基坑。因施工時(shí)用水量大,因此,正式鉆進(jìn)前,須于基坑內(nèi)設(shè)置好排水溝,并于基坑中部南、北兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)泥漿沉淀池。
3.2 錨位開(kāi)孔
測(cè)量放點(diǎn)定出錨索孔位后,于孔位上支設(shè)開(kāi)孔機(jī)(HD鉆帆鉆頭無(wú)法穿破圍護(hù)樁樁身混凝土),調(diào)整好角度,開(kāi)孔直徑為160mm。錨位開(kāi)孔應(yīng)提前進(jìn)行,以確保錨索施工進(jìn)度。
3.3 鉆孔
錨索開(kāi)孔施工完成后,即可移動(dòng)鉆機(jī)就位進(jìn)行鉆孔作業(yè)。HD系列鉆機(jī)采用套管跟進(jìn)水沖法作業(yè),機(jī)內(nèi)配置高壓泵及可沖擊鉆頭,土壤在高壓水沖擊鉆頭及推進(jìn)力的作用下沖散成孔,泥漿及水沿套筒周邊涌出,反復(fù)沖擊,形成擴(kuò)大頭錨桿,能更有力地保證錨索的支撐作用。
錨索鉆孔時(shí),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(yīng)超過(guò)錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)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(wú)泥的加工場(chǎng)加工,每根鋼鉸線誤差小于50mm。錨固段每隔2.0m設(shè)—個(gè)架線環(huán),用火燒絲綁扎牢固。架線環(huán)形式應(yīng)根各鉆機(jī)的施工工藝相適應(yīng),以利于施工。HD鉆機(jī)系列采用套管跟進(jìn)作業(yè),用塑料圓盤(pán)作為架線環(huán)易與套管接頭相卡,鐵制的錨頭在下錨時(shí)易損壞套管內(nèi)壁,所以HD鉆機(jī)施工中的錨索在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn):架線環(huán)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(hù),兩端應(yīng)裹嚴(yán)密,防止漏入水泥漿。錨索加工檢驗(yàn)合格完后,方可下放。桿體放人孔內(nèi)后,外露張拉長(zhǎng)度1.5m(以樁外邊為準(zhǔn))。
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(shè)計(jì)一次注漿水灰比為0.38-0.45的水泥砂漿),攪漿用水為自來(lái)水,水泥為425#普通硅酸鹽水泥。
3.5.1 一次注漿
HD鉆機(jī)的一次注漿分為—次常壓注漿和一次高壓注漿兩次進(jìn)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(jìn)行錨索一次注漿,由于注人的水泥漿較孔內(nèi)殘留的泥漿、清水比重大,故能依次將泥漿、清水置換出來(lái),由孔底開(kāi)始注漿,當(dāng)孔口冒出的水泥漿與新漿相同時(shí),再繼續(xù)注漿2分鐘即可。
一次高壓注漿:撥出一節(jié)套管,在管內(nèi)注滿水泥漿,并在管口加蓋高壓注漿帽,繼續(xù)注漿,管內(nèi)水泥漿在高壓作用下,向錨固端土壤擴(kuò)散,滲透壓縮周邊土體,穩(wěn)定2分鐘后卸管,再撥出一節(jié)套管,并繼續(xù)上述過(guò)程,直至撥管至自由段時(shí)停止二步注漿,繼續(xù)撥管至完成。撥管后應(yīng)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(qū)段注漿,使第一次注漿休被劈裂,漿液在高壓下被壓人孔內(nèi)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(dá)到設(shè)計(jì)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(qiáng)度大于15Mpa,達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%時(shí),可進(jìn)行錨索張拉鎖定。本明挖基坑錨索張拉的時(shí)間定為二次注漿后7天進(jìn)行張拉。張拉時(shí)的mt荷載應(yīng)根據(jù)不同的千斤頂進(jìn)行計(jì)算,張拉分預(yù)張拉和鎖定張拉兩種,預(yù)張拉一般力值為0.1TW、0.5TW、1.0TW(TW為設(shè)計(jì)荷載)。
4 錨索基本試驗(yàn)及抗拔力試驗(yàn)
對(duì)錨索支撐進(jìn)行基本試驗(yàn)和抗拔力試驗(yàn),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(jié)構(gòu)參數(shù)或改進(jìn)錨索制作工藝,揭示錨索注漿完成后,錨索抗拔力是否達(dá)到滿足設(shè)計(jì)要求的時(shí)限。
4.1 試驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作
(1)按試驗(yàn)要求制作好用于基本試驗(yàn)(3條)和抗撥力試驗(yàn)的錨索,并滿足試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)要求;
(2)用于基本試驗(yàn)和抗拔力試驗(yàn)的錨索的具體位置由設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位在現(xiàn)場(chǎng)指定;
(3)在確定的基本試驗(yàn)錨索注漿滿3天、7天、和14天時(shí),分別進(jìn)行一根錨索的基本試驗(yàn);
(4)錨索外露于基坑壁面長(zhǎng)度應(yīng)不少于1.3m,以便千斤頂?shù)陌惭b和試驗(yàn);
(5)在錨索成孔注漿后,在基坑壁面用C20細(xì)石混凝土澆注400mm×400mm×200mm的傳力臺(tái)
臺(tái)座混凝土里面放2~3片Φ80100×100鋼筋網(wǎng)片,臺(tái)座中心預(yù)埋Φ50鋼管,以利錨頭穿過(guò)。
(1)試驗(yàn)張拉設(shè)備采用預(yù)應(yīng)力穿心千斤頂,千斤頂?shù)念~定壓力大于最大試驗(yàn)壓力544.3kN;
(2)千斤頂和油壓表莊試驗(yàn)前須標(biāo)定,計(jì)算各級(jí)荷載下油壓表的讀數(shù)值,并繪制成表;
(3)在每級(jí)荷載下,用百分表測(cè)讀錨頭(千斤頂活塞)位移3次,并記錄;
(4)錨索基本試驗(yàn)采用循環(huán)加荷,各級(jí)荷載及觀測(cè)時(shí)間表2所示;
(5)錨索抗拔力試驗(yàn)加荷與觀測(cè)時(shí)間如下時(shí)間分配表,見(jiàn)表3;
(6)錨索抗拔力試驗(yàn)加到最大試驗(yàn)荷載,觀測(cè)15min測(cè)讀3次錨頭位移后,卸荷至0.1T量測(cè)錨頭位移,然后卸荷至錨索荷載進(jìn)行鎖定。
5 總 結(jié)
為了掌握錨索在實(shí)際工作中的受力狀態(tài),并檢驗(yàn)錨索的施工質(zhì)量,我部在每排錨索中設(shè)置了三個(gè)錨索測(cè)力計(jì)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)結(jié)果顯示,錨索支撐自施工至今1年多時(shí)間以來(lái),錨索受力性能良好,蠕變量小,說(shuō)明本次錨索施工是成功的,錨索支撐施工質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,保證了本深基坑工程的穩(wěn)定。