预应力锚索在地铁明挖基坑中的应用

刘延

中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070

摘要：预制化构件施工能提高工程质量、缩短工期、降低成本的有效办法，现针对长春市地铁6号线工程南部新城西站装配段预应力锚索支护体系的施工，详细的介绍了预应力锚索施工工艺，能为同类工程有一定的参考价值。

关键词：地铁；预应力锚索；装配式车站。

引言

随着城市地铁大规模的建设和岩土锚固技术的不断发展，预应力锚索支护体系在地铁车站主体围护结构中的应用越来越广泛，但由于锚索施工质量受地层条件材料强度、张拉机具等影响较大,容易出现锚固力不足的现象，导致基坑侧壁变形,变形严重时会造成基坑坍塌,而地铁施工的安全和质量日益受各界的高度重视,因此对预应力锚索支护体系的施工工艺和锚固质量要求也越来越高。因此制订合理的施工工艺和施工技术控制手段,将有助于提高锚索锚固效果,以确保地铁施工质量及安全。现以中建二局施工的长春市地铁6号线工程南部新城西站装配段预应力锚索支护体系为例,对预应力锚索的施工技术等进行研究与探讨。

1. 工程概况

本工程为长春市地铁6号线工程南部新城西站,是一座具有现浇段+装配段+盖挖段的多种施工工艺的车站。南部新城西站位于新明街与华远路交叉口处，沿华远路呈东西向设置。车站总长238.7m，由小里程至大里程依次为：34.6m现浇结构、1m后浇带结构、158m预制装配结构、23.6m盖挖逆作结构、21.5m明挖结构。

车站开挖深度19.3~21.9m，明挖现浇结构采用“钻孔灌注桩+钢管内支撑”支护形式；预制拼装结构采用“钻孔灌注桩+锚索外支撑”支护形式；盖挖逆作顶板基坑采用土钉墙支护，结构采用“板撑+中间钢管柱”支护/支撑形式。装配段结构上下布置5道锚索外拉，间距3.8m、3.5m、3.6m、3.6m，锚索直径250mm，长度16-27m。

2. 预应力错索支护体系设计

装配段釆用围护桩+纵向腰梁+竖向5道锚索支护体系,一桩一锚间距1.3m,锚索布置见图1所示。锚索选用Φ15.2钢绞线，锚索的作用范围主要集中在全风化泥岩和粉质粘土层中,锚固体强度不低于20MPa,且强度达到设计强度80%后，方可进行锚索张拉锁定,与锚具、锚垫板以及围护桩、腰梁共同形成支护体系，确保基坑稳定。

图1 装配段锚索设置图

3. 锚索施工工艺

   1. 锚索施工流程

遵循“分段分层、由上而下、先锚固、后开挖”的原则进行锚索施工和基坑开挖。开挖土方至每道腰梁位置以下0.5m，并保证离围护桩一定范围内平坦，具有锚索钻孔机具的工作面。然后进行相对应锚索钻孔、安装、注浆、安装腰梁、张拉锚固施工，使约束体产生预应力，与钢腰梁、桩体连接成整体，达到基坑稳定的目的。具体施工工艺流程如图2所示。

图2 锚索施工流程图

1. 2. 锚索施工技术要点

      1. 锚索加工与安装

预应力锚索由锚固段、自由段和紧固头三部分组成，紧固头由钢腰梁、钢垫板和锚具组成。锚索锚固段扩张环与紧固环每隔2m间隔设置，紧固环用14号铅丝绑扎4道。同层相邻锚索水平倾角15/13°交错布置。锚索设计参数见下表。

锚索设计参数表

1. 1. 2. 钻孔

由于本工程地质条件主要为粉质粘土和全风化泥岩，不易塌孔，所以综合考虑本工程各项特点及设计要求，采用三翼钻头配备高压泥浆泵循环钻进工艺，钻孔位置、孔深、孔径及钻孔倾角均应满足设计要求，成孔直径为250mm。锚索实际钻孔深度应比设计深度长0.5m以保证锚索推送到位，钻孔采用回转钻进方式，钻进时采用泥浆循环护孔，反复循环，对孔口流出的泥浆不断清除残渣。钻孔完毕后，反复用泥浆循环清孔，以清除残留物。当遇有严重塌孔，以致锚索送不进去，应拔出锚索，二次钻进、清孔，切不可强行插入。

1. 1. 3. 入孔

锚索长度、绑扎检查合格后人工将锚索抬至孔位，沿钻孔套管滑入，滑入过程应平顺，无阻滞。中途遇阻时，可适当提动杆体，调整方向再下，如处理无效时，应将锚索提出孔外，重新成孔。

1. 1. 4. 注浆

锚索采用二次注浆工艺。

一次注浆：一次注浆管距孔底宜为100～200mm，用专用灰浆机和注浆泵注浆，浆体为M30纯水泥浆液，搅拌均匀，随拌随用，水泥浆水灰比为0.45，强度≥30MPa。浆液通过注浆管由孔底向孔外排出，边注浆边拨出钻机套管，待孔口溢出浆液后方可停止注浆，如浆面有下降，需补浆直至浆液面不再下降为止。

二次注浆：二次劈裂注浆应在一次注浆形成的水泥浆结石体强度达到5.0MPa后进行，注浆压力应大于2.5MPa，高压注浆宜选用水灰比0.45～0.5的水泥浆。二次注浆压力和注浆时间可根据锚固段的体积确定，并分段依次由上至下进行。注浆量视情况而定，一般为从孔口缝隙中流出浆液为止。（二次注浆管应固定在杆体上，注浆管的出浆口应有逆止构造；二次压力注浆应在水泥浆初凝后、终凝前进行，终止注浆的压力不应小于1.5MPa。）

1. 1. 5. 养护

锚索注浆后水泥浆要进行养护，待强度大于20MPa，并达到设计强度80％以上后方可张拉，锚固体强度根据现场取样标准养护试块试压确定。

1. 1. 6. 钢腰梁安装

锚索养护的同时进行钢腰梁的制作及安装，先在加工场进行拼接加工成型，运输至施工现场直接安装。钢腰梁支座安装前对支座与桩基的接触面进行凿平加工处理，并按设计要求加工好支座螺丝的孔位。

钢腰梁运输至现场后，在吊车的配合下直接安装，为保证钢梁的安全，可在钢梁下搭设支架作为临时支撑。

1. 1. 7. 张拉锁定

张拉前应对张拉设备进行标定。张拉采用分级等荷张拉，应按照相关规范要求进行锚索基本试验和验收试验。基本试验在基坑锚索完成10根左右后进行，试验根数3根；验收试验锚索数量不小于总数的5%，且不少于3根。检测试验中，符合下列要求的锚杆应判定合格：①在抗拔承载力检测值下，锚杆位移稳定或收敛；②在抗拔承载力检测值下测得的弹性位移量应大于杆体自由段长度理论弹性伸长量的80％。

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。分级张拉按预张拉15%、一级张拉25%、二级张拉50%、三级张拉75%、四级张拉100%、锁定值宜为设计轴力的0.75～0.9倍。每级张拉应平缓加载，加载速率不宜大于0.1Nk／min。

4. 监控量测

每道锚索张拉后，随着分层开挖至下一道锚索施工作业面，上一道锚索的应力随基坑侧向主动土压力的增大而增大，另外基坑存在其他影响因素，应进行锚索应力变化的监测。施工期间监测工作必须与锚索的张拉同步进行，及时整理资料，迅速反馈信息，调整施工工艺。

结语：锚索是地铁基坑支护体系中广泛应用的一种支护形式，在无法施工内支撑的部位或在特殊部位辅助内支撑起到了减少基坑变形的作用，同时不占用施工空间，是一种有效、实用、简单、合理的支护形式。

作者简介：刘延，男，1997年12月出生，助理工程师，中建二局三公司基础设施分公司长春地铁2号线项目技术员

3