地铁基坑中锚索方案比选及预应力损失分析

2010-08-13朱进

山西建筑 2010年27期

朱进

1 工程概况

1.1 总体工程简介

北京地铁某车站位于土城北路与惠新西街十字交叉路口,南接和平西桥站,北接干杨树站。本车站为5,10号线“十”字形岛侧换乘车站,南北向的5号线车站为双层三跨及双层五跨框架结构的岛式车站,总长200.2 m,宽为 24.7 m及36.9 m;东西向的10号线车站为单层四跨框架结构的侧式车站,总长137.4 m,宽为37.7 m。车站主体结构为明挖法施工。

1.2 明挖基坑工程介绍

本明挖基坑设计平面结构形式为倒“T”形,5号线基坑开挖深度为18.9 m,基坑围护结构采用钻孔桩。基坑支撑体系采用钢支撑(2Ⅰ45b工字钢)与预应力锚索相结合方式,即基坑南端支护采用钢支撑+两层预应力锚索,其他基坑段采用三层预应力锚索,锚索采用5股～7股7φ 5钢绞线,锚索孔径为200 mm,锚索锁定拉力取设计轴力的75%。10号线基坑开挖深度为12.7 m,基坑围护结构采用钻孔桩。基坑支撑体系采用两层预应力锚索,锚索采用5股7φ 5钢绞线,锚索孔径为200 mm,锚索锁定拉力取设计轴力的75%。

明挖基坑范围内工程地质为:

①人工填土层:粉土素填土①层,杂填土①1层。②第四纪全新世冲洪积层:粉土③层,粉质黏土③1层,黏土③2层,粉质黏土④层,黏土④1层,粉土④2层。③第四纪晚更新世冲洪积层:粉细砂⑤2层,粉质黏土⑥层,黏土⑥1层,粉土⑥2层,粉细砂⑦2层,粉质黏土⑦4层。

基坑地下水位自上而下分层如下:

1)上层滞水,主要赋存于人工填土底部,含水层主要为粉土③层,局部为粉土填土①层底部,水位标高为36.00 m～38.94 m(水位埋深4 m～6.8 m);2)潜水,含水层为粉土④2层,水位标高为32.54 m～33.45 m(水位埋深为9.52 m～10.50 m);3)承压水,含水层为粉土⑥2层及粉细砂⑦2层,本层承压水的承压性较小,水位标高为20.84 m～22.30 m(水位埋深为21.50 m～22.40 m)。

2 预应力锚索施工方案的比选

2.1 原设计锚索施工方案

根据原设计,本明挖基坑共设置2排～3排锚索,原锚索施工方案采用如下措施:

1)采用水灰比为0.45～0.5的纯水泥浆,水泥浆中的水泥标号为32.5;2)采用二次灌浆法,二次高压灌浆在锚固段第一次灌浆体强度达到5 MPa时进行,二次注浆压力控制在2.5 MPa～3.0 MPa。

按上述施工方案,在锚索初期施工时,经常出现塌孔甚至无法成孔等现象,存在不足之处主要有以下几点:

1)本站锚索施工范围内土质主要为:粉细砂、粉质砂土,部分地段为淤泥质黏土土体的持力层相对较弱,致使成孔困难,并常伴有塌孔现象;

2)钻孔深度较深,加上钻机的杆体自重较大,致使杆体的自身挠度过大;

3)基坑周围管线较密集,加上以上两种情况存在,很难保证锚索施工时周围管线的安全;

4)由于锚索孔在钻孔时难以钻成直线,而呈弯曲状态,早期锚索张拉时,自由段与土体中砂子和石子可能存在一个或者多个接触点,这种接触点的存在,将导致摩擦力的产生,从而使锚固力发生沿程损失。

本明挖基坑锚索张拉的时间定为二次注浆后7 d进行张拉。现场随机抽取了3根锚索进行了基本试验,根据锚索破坏标准,通过对试验数据结果分析,其中有2根锚索在施加荷载未到370 kN既已达到破坏标准。由此可见采用上述方案施工的锚索,7 d后的锚固体强度达不到设计要求。

2.2 预应力锚索施工优化方案

1)将原设计中水泥浆中的水泥标号由32.5提高到42.5;2)在拌制的水泥浆中掺入JM-2型早强型减水剂,提高其早期强度;3)将二次注浆压力由设计的2.5 MPa～3.0 MPa,改为2.5 MPa～5.0 MPa,浆液在高压下被压入孔内壁的土体中,使锚索能牢固地锚在土层中,以确保二次注浆后,锚固体直径增大,提高其抗拔力;4)对钻机进行改造,减小钻杆直径,加大钻杆钻头直径,减轻钻杆自重,使孔中心线尽量趋于直线,从而减少了锚固力的沿程损失。

随后又对现场随机抽取了3根锚索进行了基本试验,试验结果见图1。