预应力锚索在地铁施工中的应用

唐鹏军

摘 要：预应力锚索在地铁深基坑围护结构体系中发挥了较强的作用，预应力锚索支护可以提供开阔的施工空间极大方便土方开挖和主体施工，其设计方案和施工的流程以及施工过程中的注意事项成为基坑支护体系的安全和质量的重要保证。本文以某地铁主变电站基坑支护工程为背景，详细介绍预应力锚索施工的施工工艺及预应力锚索质量与安全施工保证措，为类似基坑支护工程的施工提供借鉴。

关键词：预应力锚索 施工工艺 地铁 安全和质量保证措施

中图分类号：U473 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0000-00

随着城市地铁建设的日趋增加，不同地区不同地质水文条件下地铁基坑施工遇到的很多的问题，比如地下水的变化引起的邻近建筑物的不均匀沉降、深大基坑的支护力严重不足问题引起周边建筑及地面过大变形以及施工的安全等，而地铁基坑的围护结构采用了岩土锚固技术中的比较常见的预应力锚索支护体系较好的解决了这些问题。预应力锚索支护体系的施工工艺以及加固的机理在地铁深大基坑施工中缺乏经验和理论支撑，且其支护效果受到基坑的水文地质条件、材料强度、张拉角度等因素的影响，不同地区的不同条件下的支护体系也不尽相同，制定出针对场地特点以及施工条件的预应力锚索施工方案和工艺，是提高和增强基坑支护效果及质量的重要保证。

1 工程概况

1.1 工程概况

地铁某主变电站设计为全地下变电站，总长54.2米，宽27.3米，地面局部一层，地下三层，地下结构型式为框架剪力墙结构，变电站覆土厚度为1.2米，楼顶板为250mm，地下一层层高5.24米，底板厚度为180mm，地下二层高4.8米，底板厚度150mm，地下三层层高5.76米。基坑采用明挖法施工，围护结构采用钢筋混凝土排桩加预应力锚索的组合体系，设五排预应力锚索（一桩一锚），锚索水平间距为1.5米，钢筋混凝土排桩体系施工完成且混凝土龄期满足要求后，进行预应力锚索施工，过程中采用分层锚固分层开挖的原则，且分层开挖厚度不宜大于3.5米（锚索间距约为3m），基坑锚索支护段横断面如图1所示。基坑围护桩采用Φ1000mm间距1.5米的钻孔灌注桩，锚索施工采用入射角（水平向下）15°布设预应力锚索、间距1.5米，锚索孔孔径150mm上下共设5道锚索。锚索索体材料采用1860级4ΦS15.2mm钢绞线，OVM锚具，极限抗拉强度1860MPa。围檀材料采用2根Ι22b工字钢通过钢板连接双拼。

2 工程地质和水文地质

2.1 地层

根据中交第一公路勘察设计研究院有限公司2014年3月提供的《西安市地铁三号线博文路主变电站岩土工程勘察报告》表明，基坑开挖揭露及基坑支护稳固体形成时所遇地层主要有人工填土，第四系全新统冲积黄土状土 （Qal/4）、上更新统残积古土壤（Qeol/3）及冲积粉质粘土及中砂 （Qal/3）。各层土的野外特征简述如下：

杂填土①-1 （Qml/）：色杂，松散，主要由黏性土（黄土状土）、砖瓦碎块及植物根系等组成，土质不均匀。该层遍布整个场地，厚度1.30～2.40m。

素填土①-2 （Qml/）：黄褐色，松散，主要由黏性土（黄土状土）、组成，土质不均匀。主要分布在场地西侧，厚度1.50～3.70m。

黄土状土②（Qal/4）：褐黄色，具大孔、虫孔和植物根孔，含蜗牛壳碎片及云母碎片。土质较均匀，坚硬，局部呈可塑～硬塑。该层厚度3.60～7.00m，层底深度7.30～9.20m。

古土壤③（Qeol/3）：褐红色，可见虫孔及针状孔，含钙质条纹及钙质结核。土质不均匀。硬塑， 局部可塑。该层厚度3.00～4.90m，层底深度11.50～12.60m。

中砂④（Qal/3）：灰黄色；密实；稍湿。主要成分为石英、长石等。层厚0.50～1.5m，该层以薄层或透镜体形式赋存于粉质粘土层中。

粉质粘土⑤（Qal/3）：深灰色～灰色，可见氧化铁锰质斑纹、云母及蜗牛壳碎片。局部夹粘土团块。土质较均匀，可塑。该层厚度19.30～21.50m，层底深度32.70～34.00m。

2.2 地下水

根据中交第一公路勘察设计研究院有限公司2014年3月提供的《西安市地铁三号线博文路主变电站岩土工程勘察报告》表明：

场地地下水水位埋深为21.00～21.80m，相应高程为388.38～389.35m，基坑底部高程为391.80m，基坑开挖深度位于地下水位以上约2.40m，故本基坑支护设计不涉及基坑降水。但由于场地地下水埋深受西侧在建工地降水影响，故应进行场地地下水位观测。

2.3不良地质作用

勘察结果表明，场地及附近未发现影响场地稳定性的不良地质作用。

3 预应力锚索施工工艺

3.1 锚索施工施工流程

依据本场地的特点和施工规范，如图2给出了预应力锚索施工的施工工艺，其顺序依次为土方开挖、测量定位、钻机就位、打钻孔、预应力锚索编制、下锚、洗孔和初次注浆、二次注浆、围檀制作、钢垫板加工、张拉锁定，完成一定深度的土方开挖后，根据上面的顺序再施工，依次循环到设计开挖深度，在中间开挖深度时，可以同时进行锚索编制和钢垫板的加工以期提高施工的效率，减小在深基坑施工过程的不必要的附加变形。

3.2锚索钻孔

3.2.1 锚索施工准备

按照基坑设计的要求，锚索施工紧接土方开挖进行，基坑土方开挖采取分层开挖，当每层土方开挖至锚索孔位下0.5米高程时，平整开挖面后进行锚索施工。

3.2.2 钻机就位

依据场地的类别、锚固深度、角度和孔径选择合理的钻机，土层中较为普遍采用工程钻机机械成孔，成孔前先测量放样准确定出锚索孔位，并编号标识。钻机就位后首先调整钻杆与水平方向的夹角，使其与设计相符合。钻进采用无水钻进，钻机钻孔过程中应注意钻孔速度，成孔后检查孔深是否符合设计要求、有无缩孔等现象。检孔完成后，将孔口暂时封堵，以免杂物进入孔内。根据钻机特点，钻机的工作面宽度不小于5m，钻机的安放要正平稳固。