唐鵬軍

摘 要：預(yù)應(yīng)力錨索在地鐵深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系中發(fā)揮了較強(qiáng)的作用，預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)可以提供開闊的施工空間極大方便土方開挖和主體施工，其設(shè)計方案和施工的流程以及施工過程中的注意事項成為基坑支護(hù)體系的安全和質(zhì)量的重要保證。本文以某地鐵主變電站基坑支護(hù)工程為背景，詳細(xì)介紹預(yù)應(yīng)力錨索施工的施工工藝及預(yù)應(yīng)力錨索質(zhì)量與安全施工保證措，為類似基坑支護(hù)工程的施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力錨索 施工工藝 地鐵 安全和質(zhì)量保證措施

中圖分類號：U473 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（c）-0000-00

隨著城市地鐵建設(shè)的日趨增加，不同地區(qū)不同地質(zhì)水文條件下地鐵基坑施工遇到的很多的問題，比如地下水的變化引起的鄰近建筑物的不均勻沉降、深大基坑的支護(hù)力嚴(yán)重不足問題引起周邊建筑及地面過大變形以及施工的安全等，而地鐵基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了巖土錨固技術(shù)中的比較常見的預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系較好的解決了這些問題。預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系的施工工藝以及加固的機(jī)理在地鐵深大基坑施工中缺乏經(jīng)驗(yàn)和理論支撐，且其支護(hù)效果受到基坑的水文地質(zhì)條件、材料強(qiáng)度、張拉角度等因素的影響，不同地區(qū)的不同條件下的支護(hù)體系也不盡相同，制定出針對場地特點(diǎn)以及施工條件的預(yù)應(yīng)力錨索施工方案和工藝，是提高和增強(qiáng)基坑支護(hù)效果及質(zhì)量的重要保證。

1 工程概況

1.1 工程概況

地鐵某主變電站設(shè)計為全地下變電站，總長54.2米，寬27.3米，地面局部一層，地下三層，地下結(jié)構(gòu)型式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，變電站覆土厚度為1.2米，樓頂板為250mm，地下一層層高5.24米，底板厚度為180mm，地下二層高4.8米，底板厚度150mm，地下三層層高5.76米。基坑采用明挖法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土排樁加預(yù)應(yīng)力錨索的組合體系，設(shè)五排預(yù)應(yīng)力錨索（一樁一錨），錨索水平間距為1.5米，鋼筋混凝土排樁體系施工完成且混凝土齡期滿足要求后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索施工，過程中采用分層錨固分層開挖的原則，且分層開挖厚度不宜大于3.5米（錨索間距約為3m），基坑錨索支護(hù)段橫斷面如圖1所示。基坑圍護(hù)樁采用Φ1000mm間距1.5米的鉆孔灌注樁，錨索施工采用入射角（水平向下）15°布設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索、間距1.5米，錨索孔孔徑150mm上下共設(shè)5道錨索。錨索索體材料采用1860級4ΦS15.2mm鋼絞線，OVM錨具，極限抗拉強(qiáng)度1860MPa。圍檀材料采用2根Ι22b工字鋼通過鋼板連接雙拼。

2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)

2.1 地層

根據(jù)中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司2014年3月提供的《西安市地鐵三號線博文路主變電站巖土工程勘察報告》表明，基坑開挖揭露及基坑支護(hù)穩(wěn)固體形成時所遇地層主要有人工填土，第四系全新統(tǒng)沖積黃土狀土 （Qal/4）、上更新統(tǒng)殘積古土壤（Qeol/3）及沖積粉質(zhì)粘土及中砂 （Qal/3）。各層土的野外特征簡述如下：

雜填土①-1 （Qml/）：色雜，松散，主要由黏性土（黃土狀土）、磚瓦碎塊及植物根系等組成，土質(zhì)不均勻。該層遍布整個場地，厚度1.30～2.40m。

素填土①-2 （Qml/）：黃褐色，松散，主要由黏性土（黃土狀土）、組成，土質(zhì)不均勻。主要分布在場地西側(cè)，厚度1.50～3.70m。

黃土狀土②（Qal/4）：褐黃色，具大孔、蟲孔和植物根孔，含蝸牛殼碎片及云母碎片。土質(zhì)較均勻，堅硬，局部呈可塑～硬塑。該層厚度3.60～7.00m，層底深度7.30～9.20m。

古土壤③（Qeol/3）：褐紅色，可見蟲孔及針狀孔，含鈣質(zhì)條紋及鈣質(zhì)結(jié)核。土質(zhì)不均勻。硬塑， 局部可塑。該層厚度3.00～4.90m，層底深度11.50～12.60m。

中砂④（Qal/3）：灰黃色；密實(shí)；稍濕。主要成分為石英、長石等。層厚0.50～1.5m，該層以薄層或透鏡體形式賦存于粉質(zhì)粘土層中。

粉質(zhì)粘土⑤（Qal/3）：深灰色～灰色，可見氧化鐵錳質(zhì)斑紋、云母及蝸牛殼碎片。局部夾粘土團(tuán)塊。土質(zhì)較均勻，可塑。該層厚度19.30～21.50m，層底深度32.70～34.00m。

2.2 地下水

根據(jù)中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司2014年3月提供的《西安市地鐵三號線博文路主變電站巖土工程勘察報告》表明：

場地地下水水位埋深為21.00～21.80m，相應(yīng)高程為388.38～389.35m，基坑底部高程為391.80m，基坑開挖深度位于地下水位以上約2.40m，故本基坑支護(hù)設(shè)計不涉及基坑降水。但由于場地地下水埋深受西側(cè)在建工地降水影響，故應(yīng)進(jìn)行場地地下水位觀測。

2.3不良地質(zhì)作用

勘察結(jié)果表明，場地及附近未發(fā)現(xiàn)影響場地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用。

3 預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝

3.1 錨索施工施工流程

依據(jù)本場地的特點(diǎn)和施工規(guī)范，如圖2給出了預(yù)應(yīng)力錨索施工的施工工藝，其順序依次為土方開挖、測量定位、鉆機(jī)就位、打鉆孔、預(yù)應(yīng)力錨索編制、下錨、洗孔和初次注漿、二次注漿、圍檀制作、鋼墊板加工、張拉鎖定，完成一定深度的土方開挖后，根據(jù)上面的順序再施工，依次循環(huán)到設(shè)計開挖深度，在中間開挖深度時，可以同時進(jìn)行錨索編制和鋼墊板的加工以期提高施工的效率，減小在深基坑施工過程的不必要的附加變形。

3.2錨索鉆孔

3.2.1 錨索施工準(zhǔn)備

按照基坑設(shè)計的要求，錨索施工緊接土方開挖進(jìn)行，基坑土方開挖采取分層開挖，當(dāng)每層土方開挖至錨索孔位下0.5米高程時，平整開挖面后進(jìn)行錨索施工。

3.2.2 鉆機(jī)就位

依據(jù)場地的類別、錨固深度、角度和孔徑選擇合理的鉆機(jī)，土層中較為普遍采用工程鉆機(jī)機(jī)械成孔，成孔前先測量放樣準(zhǔn)確定出錨索孔位，并編號標(biāo)識。鉆機(jī)就位后首先調(diào)整鉆桿與水平方向的夾角，使其與設(shè)計相符合。鉆進(jìn)采用無水鉆進(jìn)，鉆機(jī)鉆孔過程中應(yīng)注意鉆孔速度，成孔后檢查孔深是否符合設(shè)計要求、有無縮孔等現(xiàn)象。檢孔完成后，將孔口暫時封堵，以免雜物進(jìn)入孔內(nèi)。根據(jù)鉆機(jī)特點(diǎn)，鉆機(jī)的工作面寬度不小于5m，鉆機(jī)的安放要正平穩(wěn)固。

3.2.3 鉆孔

測量放點(diǎn)定出錨索孔位之后，于孔位上支設(shè)鉆頭，調(diào)整好角度，鉆孔的傾角和方向應(yīng)該符合設(shè)計要求，為了防止鉆孔不發(fā)生變徑和扭曲，依據(jù)鉆機(jī)的特點(diǎn)以及地層的特點(diǎn)，鉆機(jī)鉆孔過程中嚴(yán)格控制鉆孔速度，鉆進(jìn)過程中應(yīng)循環(huán)清孔，如土層容易塌孔，應(yīng)進(jìn)行固壁處理，如灌水泥漿，成孔后檢查孔深是否符合設(shè)計要求、有無縮孔現(xiàn)象。檢查完成之后，將孔口暫時封堵，以免雜物進(jìn)入孔內(nèi)。

成孔精度一般應(yīng)滿足以下要求：

（1）鉆孔孔徑不應(yīng)小于設(shè)計。

（2）鉆孔實(shí)際長度應(yīng)小于設(shè)計長度且不大于設(shè)計長度的1%。

（3）鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中詳細(xì)的記錄了每個鉆進(jìn)孔的地層的變化特點(diǎn)，鉆進(jìn)的速度變化以及一些特殊狀況的，作為后期鉆進(jìn)的一個施工經(jīng)驗(yàn)的積累以優(yōu)化施工過程。

3.3 錨索制作及下放

巖土工程中較為普遍的預(yù)應(yīng)力錨索體由錨梁、自由端、錨固段等三部分組成。具體的使用在該基坑場地，錨索錨固段間距1-2m設(shè)置船型支架，確保錨索在空中居中及錨體保護(hù)層厚度不小于20mm，自由端錨索外套塑料管，套管前端應(yīng)做好隔漿措施，防止灌漿材料侵入自由端。

預(yù)應(yīng)力錨索是用4ΦS15.2mm鋼絞線，下料長度按孔深+圍檀+剛墊塊+千斤頂工作長度+0.5m+外露長度，每股長度偏差控制50mm以內(nèi)，采用冷切割下料，自由段鋼絞線外包塑料波紋管。每根鋼絞線長度誤差小于50mm。自由端采用鋼絲塑膠管分別套好，兩端用鐵絲綁扎牢固，防止水泥漿灌入。檢驗(yàn)合格后，方可下放，并采用可靠機(jī)械連接每根鋼絞線。

下錨前應(yīng)對已鉆好的孔和錨孔編號進(jìn)行認(rèn)真核對，以便一次下錨成功，若有局部塌孔現(xiàn)象，采取固灌及掃孔措施處理，確認(rèn)以上沒有問題之后人工勻速將錨索送入孔中，直至到達(dá)設(shè)計深度，不得過多的來回抽動錨索體，防止損害錨索體或使錨索體整體扭轉(zhuǎn)。

3.4 注漿

注漿工作主要分為兩個主要內(nèi)容，第一，嚴(yán)格準(zhǔn)備注漿設(shè)備以及注漿材料的配比，第二，注漿。具體的參數(shù)以及注意事項如下：

（1）全段一次性注漿完成后采用二次注漿法，水泥砂漿強(qiáng)度等級不低于30MPa，注漿壓力為0.4-1.2MPa。為防止水泥砂漿凝固收縮，造成錨固體與孔壁錨固力的損失，摻入適量的膨脹劑。

（2）水泥砂漿應(yīng)拌合均勻，隨拌隨用，一次拌合的水泥砂漿應(yīng)在初凝之前用完。注漿時，先開動注漿泵，關(guān)閉注漿閥，全開回漿閥，自循環(huán)1～2min后，連接好進(jìn)漿管與打入土中的注漿管接頭，慢慢開啟進(jìn)漿閥，同時慢慢關(guān)閉回漿閥，調(diào)整壓力（一般為 0.4～1.2MPa）和流量至設(shè)計數(shù)值。一般達(dá)到設(shè)計注漿即停止注漿。如果相鄰?fù)临|(zhì)不同，應(yīng)先加固滲透系數(shù)較大的土層。土體注漿加固完畢，借三角架用倒鏈分級將管子拔出，遺留孔洞用1：5水泥砂漿封孔。

（3）注漿結(jié)束后應(yīng)該及時觀察漿面的回落情況，如果有回落應(yīng)該補(bǔ)漿。依據(jù)注漿過程中的記錄，錨固實(shí)際用漿量要大于理論的注漿量。

3.5 張拉鎖定封錨

注漿完成后，待注漿體混凝土強(qiáng)度和腰梁達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%后，并經(jīng)驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行張拉作業(yè)，錨具、夾片等檢驗(yàn)合格后方可使用，張拉作業(yè)采用千斤頂，張拉前應(yīng)對張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，并作為張拉依據(jù)。張拉之前對錨墊板需清理干凈，錨具安裝與錨墊和千斤頂密切對中，并和錨索軸線方向垂直。在正式張拉之前開始對鋼絞線逐一張拉，使鋼絞線順直，然后進(jìn)行整體張拉。張拉時，要對每一級荷載的應(yīng)力和伸張量作好詳細(xì)記錄。錨索整體分5級張拉至設(shè)計荷載值，即設(shè)計荷載的25%、50%、75%、100%、110%，前四級張拉停留時間為5分鐘，最后一級張拉在砂漿設(shè)計強(qiáng)度達(dá)到90%以上時進(jìn)行，持荷時間為30分鐘，采用張拉應(yīng)力和伸張值校核雙控制，伸長量宜控制在設(shè)計值的±1.0%～5.7%之間，最大不允許超過±10%，超出應(yīng)立即停止，查明原因后再進(jìn)行張拉。值得注意的是，由于本段擋墻強(qiáng)度不大，承載力不高，故全部錨索張拉應(yīng)按三個階次進(jìn)行，第一批張拉設(shè)計荷載的50%，第二批張拉設(shè)計荷載的75%，第三批張拉設(shè)計荷載的110%。6～10天后，檢查錨索的預(yù)應(yīng)力損失狀況，必要時需進(jìn)行補(bǔ)償張拉，張拉最后一級荷載，錨具鎖定后，對孔口段實(shí)施二次注漿，確保錨頭端孔內(nèi)注漿密實(shí)。

錨索張拉完成后，需進(jìn)行封錨，可根據(jù)施工需要，將錨索外露部分預(yù)留至結(jié)構(gòu)施工前割除，以便進(jìn)行二次加荷。封錨前將外露的鋼絞線應(yīng)該割除，剩余10cm長度（錨具外邊起），并做厚度不小于100mm水泥砂漿保護(hù)層，再用鋼筋網(wǎng)罩封閉，并做100mmC30細(xì)石混泥土外封，混泥土保護(hù)層厚度不小于50mm。

3.6 錨索驗(yàn)收

錨索施工完成后并且達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，應(yīng)立即抽檢做錨索驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)，已驗(yàn)收施工質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計要求。試驗(yàn)要求及步驟要按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行，驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)量為錨索總數(shù)的3%且不少于5根。

4 預(yù)應(yīng)力錨索的施工注意事項

4.1 預(yù)應(yīng)力錨索的質(zhì)量保證措施

樁錨支護(hù)體系中，預(yù)應(yīng)力錨索施工的質(zhì)量是基坑支護(hù)穩(wěn)定性的重要保障。結(jié)合上述施工流程和場地特點(diǎn)，提出了幾點(diǎn)要求：

（1）錨索施工位置：同排錨索施工時應(yīng)在同一位置，應(yīng)嚴(yán)格控制開孔高程，保證拉錨受力在同一位置。

（2）錨索施工角度：嚴(yán)格控制錨索施工角度，為避免和減小“群錨效應(yīng)”對錨索錨固力的影響，應(yīng)嚴(yán)格保證相鄰錨索按設(shè)計角度錯開。

（3）原材料檢驗(yàn)：錨索索體所采用的鋼絞線、錨具、和水泥必須有出廠合格證，進(jìn)場后必須進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可使用，以保證施工產(chǎn)品的質(zhì)量。

（4）錨索索體制作及保護(hù)：鋼絞線應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計長度制作，長度誤差小于50mm，預(yù)留張拉長度應(yīng)不小于1.2米。鋼絞線切割嚴(yán)禁采用電焊或氣割，必須采用無齒鋸進(jìn)行切割。錨索索頭應(yīng)與鋼絞線連接牢固，防止施工中脫落造成施工深度不足。鋼絞線錨固段和自由端應(yīng)根據(jù)設(shè)計長度用鋼絲塑膠套管嚴(yán)格分開，每根鋼絞線分別套好，嚴(yán)禁加長或縮短自由段保護(hù)套，長度誤差小于50mm。錨索索體應(yīng)進(jìn)行有效保護(hù)，在施工過程中嚴(yán)禁電焊觸碰和火燒火烤，在制作錨墩時應(yīng)事先采用非金屬套管進(jìn)行保護(hù)。

（5）索體下放：索體下放時，應(yīng)注意保護(hù)自由段塑膠套管，并防止鋼絞線扭結(jié)。

（6）錨索錨墩制作：錨墩制作的質(zhì)量對預(yù)應(yīng)力損失較大，必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求施工。

（7）錨索張拉是錨索施工的關(guān)鍵步驟，故應(yīng)該嚴(yán)格控制。具體的要求為：①張拉設(shè)備必須經(jīng)過國家規(guī)定部門檢測，有相應(yīng)的合格報告方可使用；②施工時應(yīng)準(zhǔn)確逐級勻速加荷；③每級加荷后壓力表應(yīng)穩(wěn)壓5～10min，鎖定后應(yīng)穩(wěn)壓10rain以上，待壓力表穩(wěn)定后方可卸載；④張拉時應(yīng)及時測量鋼絞線的伸長量，并做好記錄，與理論計算值進(jìn)行比較，以保證張拉力準(zhǔn)確可靠。

4.2 錨索施工安全保證措施

深基坑的預(yù)應(yīng)力錨索施工的安全性是值得最為關(guān)注的問題之一，依據(jù)其施工流程和特點(diǎn)，提出安全性的措施為：

（1）鉆孔：鉆孔開機(jī)前應(yīng)對鉆機(jī)各部位進(jìn)行全面檢查，送風(fēng)管路線頭必須綁扎牢固，風(fēng)管必須確保鉆孔風(fēng)壓的要求，避免造孔過程中造成風(fēng)管脫節(jié)傷人，保證設(shè)備運(yùn)行正常。

（2）錨索下料：切割鋼絞線須專人操作，砂輪切割使用前必須檢查是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常、并空轉(zhuǎn)數(shù)圈（2-3min）后才能進(jìn)行切割作業(yè)；操作人員必須戴防護(hù)眼鏡，使用時，操作人員應(yīng)站在砂輪機(jī)的側(cè)面，以防止砂輪崩裂傷人，鋼絞線下料卷盤、編索散盤時作業(yè)人員必須抓緊鋼絞線、集中注意力，防止鋼絞線反彈傷人。

（3）錨索張拉：安裝工作錨板時，要清除夾具內(nèi)的砂粒和雜質(zhì)，并保持孔內(nèi)的鋼絞線平直、順滑，以防止鋼絞線打絞斷絲，夾片飛出傷人。張拉過程中千斤頂?shù)纳?、降壓速度?yīng)保持緩慢、均勻，切忌突然加壓或卸載；張拉作業(yè)必須作好防護(hù)工作。為了防止鋼絞線意外飛出傷人，使用鋼質(zhì)防護(hù)罩罩住外露的鋼絞線，并在鋼絞線端面用擋板進(jìn)行防護(hù)。

（4）灌漿：灌漿前對機(jī)械、管路系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真的檢查。灌漿管要確保灌漿壓力的要求，且應(yīng)有足夠的安全系數(shù)防止管路爆裂高壓漿液傷人；灌漿過程中需設(shè)專人監(jiān)視壓力表，防止壓力表突升突降。

（5）封錨：封錨前需對外露鋼絞線進(jìn)行切除，開機(jī)前必需對切割機(jī)進(jìn)行認(rèn)真檢查，確認(rèn)無誤方能開機(jī)，待運(yùn)轉(zhuǎn)正常后方能作業(yè)；切除外露鋼絞線作業(yè)前，工作人員須清理作業(yè)范圍內(nèi)的易燃物品，并作好防火隔離；操作人員在操作過程中必須配戴防護(hù)目鏡。

5 地下既有管線保護(hù)措施

本場地為地鐵地下主變電廠的基坑開挖支護(hù)，設(shè)計開挖范圍附近地下管線的分布較為復(fù)雜，應(yīng)在施工前、施工中以及施工后的整個過程對周圍地下管線的安全性提出保護(hù)措施：

（1）開工前根據(jù)業(yè)主所提供地下管網(wǎng)圖及相關(guān)資料對基坑周圍的地下管網(wǎng)分布情況進(jìn)行探明。

（2）確認(rèn)地下管線的位置、走向以及分布的特點(diǎn)，劃定需要防護(hù)的施工范圍，采取切實(shí)可行的加固措施。

（3）針對地下管線及障礙物的分布情況，制定出科學(xué)合理的支護(hù)方案和管線保護(hù)、拆除和封堵方案并報業(yè)主和監(jiān)理以及相關(guān)部門審批。

（4）在已查明的地下管線路徑處設(shè)立標(biāo)志并向施工人員技術(shù)交底，一旦發(fā)生破壞及時組織搶修。

6 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)由于其適用于各種地形及場地，對巖土體的擾動小，在地層開挖后，能立即提供抗力，且可施加預(yù)應(yīng)力，控制變形發(fā)展的特點(diǎn)，錨索支護(hù)技術(shù)將廣泛運(yùn)用于地鐵施工中，其設(shè)計方案和施工工藝必須進(jìn)過多次的專家論證和考核以確保施工的質(zhì)量和安全，多次的施工過程中逐步的區(qū)域完善。本文結(jié)合西安地鐵？號線典型的某一地下變電站深基坑開挖項目，詳細(xì)提出從土方開挖、測量定位、鉆機(jī)就位、打鉆孔、預(yù)應(yīng)力錨索編制、下錨、洗孔和初次注漿、二次注漿、圍檀制作、鋼墊板加工、張拉鎖定到施工流程，并從預(yù)應(yīng)力錨索施工的質(zhì)量控制及安全性措施、和地下管線保護(hù)的措施三方面闡述該場地的施工特點(diǎn)，規(guī)范作業(yè)，嚴(yán)格管控每道工序，只有這樣錨索支護(hù)的安、全質(zhì)量才能得到更好的保證。

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