含水砂土基坑预应力锚索施工技术

郭文强

中国建筑第二工程局有限公司(沪)上海200135

摘要：海雅商业中心工程位于深圳市宝安区，紧靠宝民一路、保龙北巷和建安一路，采用咬合桩+预应力锚索+横向临时支撑(钢筋混凝土支撑)联合支护的施工技术，对类似工程有一定的参考价值。

关键词：富含水砂土基坑；预应力锚索；联合支护；施工技

1前言

从理论上讲，在岩土工程及地下结构工程中，预应力锚索由于能够主动对土体提供较大的支护能力，从而能够有效地提高土体的抗剪强度，使其锚固区内的土体形成压力区，抑制土体位移，从而达到围护基坑稳定，有效的保证了深基坑的安全性，是一种很好的把结构工程、环境工程等相关工程结合起来的成熟的先进的经验和技术。

2工程概况

该延伸工程程起讫桩号为K0+000～K1+260,全段总长1260m。其中:道路长209m;U型槽长204m;遮阳棚长141m;明挖隧道长464m,暗挖隧道长242m,隧道全长706m。其中遮阳棚和明挖隧道开挖基坑围护采用咬合桩+钢筋混凝土水平支撑+预应力锚索(2～4道锚索)联合支护。

3工程地质及水文地质

3.1工程地质状况

场区在地貌上属于钱塘江冲积平原,沉积着较厚的砂质粉土层,在第四纪历史时期,场区曾经发生海侵与海退,沉积韵律发育明显,在以陆相沉积地层之间发育着海相淤泥质粉质粘土地层。沿线地基土浅部主要为第四系土层,土层的厚度、分布及性质均较稳定,下部以全新世滨海淤积形成的粘性土层,性质及均一性相对较差,之下为晚更新世形成的冲湖相粘性土层及砂砾土层,性质较好,均一性较差。

3.2水文地质条件

本工程地下水,主要有第四系松散岩类潜水和第四系松散岩类承压水两类,场区内主要是潜水。潜水赋存于浅部人工填土及其下部粉、砂性土层内,富水性和透水性具有各向异性,特别是表部填土层,透水性良好,下部粉性土层透水性弱,含水层厚度在16.5m～21.8m。地下水位埋藏较浅,一般在1.0m～1.5m之间,该含水层多为微咸水,水化学类型为CO3CL-Na型。渗透系数一般在10-4cm/s数量级左右。

第四系孔隙承压水主要赋存于下部圆砾、卵石层内,其上覆粘性土,是相对隔水层,含水层顶板埋深为33.95m～40.55m,厚度大于10.90m,透水性良好,沿线全场均有分布,为钱塘江古河道,受上游侧向迳流补给,水量充沛,具有明显的埋深、污染少、水量大的特点,单井开采量1000m3/d～3000m3/d,水位标高+5.5m～-4.5m,随季节变化,动水位埋深通常为0.8m～10.6m,施工中若导通将会引起涌水。

4预应力锚索在工程中的选定

4.1本工程原设计，遮阳棚和明挖隧道段基坑开挖支护采用咬合桩+钢筋混凝土水平支撑((1～2道)或咬合桩+φ609钢管水平支撑(2～3道)联合支护，基于以下方面的因素：(1)工期压力大，原设计在施工时存在着“换撑”的问题，循环施工周期较长；(2)深圳地下水丰富，工程防水等级要求高，由于换撑造成施工侧墙时存在多道水平施工缝，增大工程防水难度，容易给工程今后使用带来隐患。

4.2鉴于预应力锚索技术在深基坑加固方面有比较广泛、成熟的应用，它与围护桩联合使用是抑制基坑变形，防止基坑失稳行之有效的办法，而且具有工期短、投资少、不占开挖空间的优点，因而提出修改设计的遮阳棚和明挖隧道开挖围护为咬合桩+钢筋混凝土水平支撑+预应力锚索(3～4道锚索)联合支护的方案，经有关专家会同业主、设计、监理单位进行方案论证，认定其技术可行性、社会效益和经济效益均优越可行。

5预应力锚索施工

5.1设计参数

锚索根据基坑开挖深度的不同，分为两种：甲式，锚索由5根7股d=15.24mm高强度低松弛钢绞线制作，锚固段长度为19m，自由段长度为5m，设计锚索抗拔力为600t；乙式，锚索由3根7股d=15.24mm高强度低松弛钢绞线制作，锚固段长度为12m，自由段长度为5m，设计锚索抗拔力为450t。锚索角度除第一排为15°，其余均为30°。锚索间距1.6m，排距2.0m～2.5m。全孔范围采用42.5R纯水泥浆灌注，水灰比为0.45～0.5，注浆分二次，第一次待浆液从孔口流出后停止注浆，注浆压力0.4MPa～0.6MPa，第二次采用高压注浆，注浆压力一般为2.0MPa～2.5MPa。自由段采用塑料套管隔离防护，锚孔孔径130mm，锚索垫块采用C30钢筋混凝土锁口腰梁，上垫钢板。锚索、钢筋混凝土锁口腰梁

5.2锚索施工工艺

（1）测量定位，根据设计锚索位置，测量放孔，锚索编号标识在对应围护桩上；（2）②钻机就位钻机基底用方木或木板支撑垫平，孔位要求水平方向误差不大于50mm，垂直方向孔距误差不大于100mm；（3）钻孔采用MK-5型钻机，先用金刚石钻头或合金钻头破桩开孔，然后改长螺旋钻具或三翼钻头成孔，为保证成孔顺利不塌孔，采取套管跟进措施，成孔直径130mm，成孔深度比设计的锚索长度大1m。要求水平方向孔距误差不大于50mm，垂直方向孔距误差不大于10mm。（4）锚索采用5(3)×15.24mm低松驰钢铰线编制，钢铰线标准强度1860MPa，先把整卷的钢铰线用钢管架固定好，再拆捆放线。根据设计确定钢绞线下料长度，下料时同孔各股钢绞线长度误差不大于50mm。对钢绞线进行除油、除锈处理，并按规律平直排列，沿钢绞线方向每隔1.5m设置一个橡胶隔离架。隔离架与钢绞线间用扎丝绑扎，隔离架保护层不小于2cm。（5）下锚由于锚索较长、较重、基坑较深，所以下锚必须集中人员，锚索入孔要慢，要让锚索慢慢送入，要求锚索在孔内平直不扭，锚索在扩张环支撑下居中，下锚过程中如遇塌孔，应拔出扫孔后再下入，为预防下锚过程中注浆管被土堵塞，也可连接注浆泵，开小水，边下锚边送水，锚索入孔深度不得小于设计长度的95%。（6）腰梁制作锚索注浆结束后,立即进行锁口腰梁制做。先凿出围护桩主筋并利用锚固筋与围护桩主筋焊接将锁口腰梁与围护桩联接成整体,然后根据设计图及规范要求现场绑扎钢筋,采用组合钢模板制模,钢管扣件及对拉螺栓加固模板,斗吊混凝土入模,插入式振捣棒振捣混凝土。锁口腰梁混凝土采用C30混凝土,坍落度120±10mm。考虑基坑施工的时空效应,混凝土中掺加早强剂,以便尽快张拉锚固。腰梁制作时应把锚索用PVC管套装,以免钢筋混凝土与钢铰线粘结。（7）张拉锁定张拉前对张拉设备进行标定,在张拉过程中根据标定曲线找到与控制张拉力N值相对应的压力表读数P值。锚孔砂浆达到设计强度的70%和锚垫板混凝土抗压强度大于15MPa后对锚索进行张拉锁定作业,张拉设备采用OVM油泵及YCW150B千斤顶,钢垫板为30cm×30cm×2cm钢板,中心挖孔直径6cm,锚索张拉分5级加载,分级荷载分别为10%Nt、25%Nt、50%Nt、75%Nt、100%Nt(5根7股d=15.24锚索Nt取600KN)。每次加载后观测一定的时间(见表1),并记录锚头位移量,绘制P-ε曲线,与标准P-ε线比较,验证实际伸长值是否大于理论伸长值的80%,小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论伸长值。张拉时先取10%Nt(Nt为设计锚固力,本工点为600KN),即60kN为预张拉力,对锚索预张拉1～2次。使锚索各部分接触紧密,并使钢绞线平直,以免钢绞线因受力不均被拉断。同时减少加荷时初伸长值ε0过大的影响因素。施工前,先对钢绞线进行试验,测出其弹性模量和截面积,用来计算其理论伸长值。(锚索理论伸长量ε=PL/EA,其中:P—张拉力、L—自由段长度、E—钢绞线弹性模量、A—钢绞线截面积)根据预加应力P与伸长值ε同步递增,拉力“双校”检验。表1为随机6根锚索(自由段长度不同)的预加应力P与实测伸长值ε对应表。

表1预加应力P与实测伸长值ε对应表

结束语

本工程所有预应力锚索,经检查全部达到设计要求,满足基坑的安全支护,和原设计相比,不但加快了工程施工进度,而且突破了预应力锚索在富含水砂土层中设置的技术性难题,扩展了预应力锚索的运用范围,得到了业主、设计及有关专家的肯定,取得了明显的社会效应及经济效应。

参考文献

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