深坑酒店崖壁坑顶上的基础梁超长预应力锚索施工技术

2014-09-20

建筑施工 2014年1期

中国建筑第八工程局有限公司总承包公司上海 200135

1 工程概况

上海市松江区“辰花路 2#地块”深坑酒店工程是利用采石形成的山体深坑建造，其创意独特，被美国国家地理频道列为本世纪的“伟大工程”。工程地上2 层、坑下16 层，其中有2 层位于坑内水面以下，建筑面积55 058.6 m2。在坑顶设有坑口基础梁，坑口基础梁通过预应力锚索固定于基岩。基础梁顶部设有28 榀钢桁架与坑内主楼钢结构及坑外裙房钢结构相连（图1）。基础梁主要承受坑内钢结构产生的拉力，这是由于本工程独特的设计构思产生的：坑底基岩承受竖向力，坑顶基础梁承受水平力，即所谓的“两点”受力（图2）。

坑口基础梁延坑口设置，呈C形，长255 m、宽3.2 m、高2.25 m，在其长度范围内28 个钢支座处设有89 根预应力锚索（图3），其中40 m长预应力锚索41 根，采用9Φs21.6mm无粘结钢铰线，设计预应力2 400 kN；长30 m预应力锚索48 根，采用6Φs21.6 mm无粘结钢铰线，设计预应力1 600 kN。

图1 坑口基础梁剖面示意

图2 岩、梁“两点”受力示意

坑口基础梁承受钢桁架传来的竖向压力和水平力，尤其是地震作用产生的水平力。由于基础梁与地基之间的摩擦力不足以抵抗钢桁架的拉力，故设计单位在基础梁位置布置了89 根预应力锚索拉住基础梁（图4），确保深坑酒店主体结构在使用过程中安全、可靠。

本工程预应力锚索设计有独特之处，常规的锚索设计是从山坡向山体打锚索逆坡锚固，本工程是从山体向坡脚打锚索顺坡锚固。设计锚索入岩基本角度是水平向下35°。

图3 锚索结构大样与剖面示意

深坑酒店的坑是由于采石将一座山体挖空形成的。由于山体坡脚形成过程的不均匀性，因此存在被土覆盖的边坡地质情况复杂，厚度不均。常规的地勘孔位间距（24 m内）过大，所揭示的地层剖面不能准确地反映锚索位置的地质实际情况，因此设计确定的锚索入岩及入岩倾角不能确保准确。这个问题在试验性锚索施工过程中就体现出来了：钻孔遇到黏土层及强风化破碎层时成孔易坍塌，锚索不能入岩。因此施工存在很大困难，需采取措施解决。

2 现场施工条件

坑口边坡岩石已经按设计要求爆破到位，基础梁基底软土已经按设计要求挖除并置换好C30混凝土，坑口地势较为平坦。坑口宽度4～6 m，标高－3.0 m，距自然地面+3.3 m垂直高差有6.3 m，土坡坡度45°～60°。基础梁临坑距离2～4 m，临坑一侧已经做好安全防护栏（图5）。

图4 锚索平面位置示意

图5 现场施工条件

3 工程难点

3.1 锚索成孔难度大

设计要求在岩层中钻孔，先后穿过强风化层、中风化层，在中风化层锚固长度必须满足设计要求，且锚索距离中风化岩层最近处的覆盖厚度必须≥2 m。但顺坡打孔由于边坡岩体的不均匀性、常规地勘报告不能详细反映边坡的地质情况，所以在试验性锚索施工时试锚索不能按设计要求入岩。

3.2 施工机械和设备不能一次就位

坑口基础梁基底到自然地面垂直高差有6.3 m，土坡坡度45°～60°，因此锚索机及配套设备、材料下基坑困难，必须采用大吨位的起重吊装设备。

3.3 锚索入孔就位困难

基础梁距坑边2～4 m、基础梁宽3.2 m、锚索孔口距坑边5.2～7.2 m，而锚索在－3.0 m长度有30 m、40 m。这么长的锚索在这么短距离的临坑边采用常规施工的人工抬索入孔已经不可能。

3.4 锚索施工安全难度大

锚索孔位距坑边距离5.3～7.2 m，锚索钻机履带长度2.5 m，支撑腿纵向间距3 m，锚索机纵向长度6.1 m。因此，在狭窄地段，锚索钻机后身需贴着坑边施工，且坑边的安全防护设施需拆除才能满足施工的需要。因此，施工时人、机安全防护要求高。

4 关键施工技术

4.1 一索一探施工技术

由于在试验性锚索施工过程中，发现锚索不能进入设计预定的岩层，从而达不到设计要求。为此，地质勘察单位提出了“一索一探”方案。所谓“一索一探”就是在每根锚索孔位方向上设置足够的勘探孔位，钻探孔所揭示的剖面能够真实地反映锚索所处位置的地层情况[4]。利用原先的地勘孔加上新增的勘察孔，在每根锚索方向上共设置有4 个勘探孔。利用本工程裙房基础“一桩一钻”工程的勘察报告的地层资料及本次新增勘探孔钻探资料，勘察单位绘制出强风化岩层顶面埋深及中风化岩层顶面埋深的等值线图，根据锚索的位置及端点的标高作出了每根锚索的断面图，提供了基岩顶面的倾角，直观地显现出锚索与岩层面相交的情况。设计单位根据地勘资料对锚索入岩角度、索长及锚索拉拔力进行了调整。共调整了44 根锚索，占锚索总量的49.4％，其中最大锚索入岩角度调整为44°。

下面以D39（原设计索长30 m，入岩角度35°，锚索拉拔力1 600 kN）为例，见表1。

表1 锚索调整一览表

4.2 成孔加套管护孔施工技术

在软土层中成孔采用螺旋钻加钢套管钻进，在岩层中成孔采用冲击钻钻进。根据锚索详勘报告，有28 根锚索从－3.00 m斜向下钻孔在初始阶段需穿越软土和强风化岩层，这段长度10～18 m不等。为防止已经成型的锚索孔塌方或强风化岩层脱落造成孔洞堵塞预应力锚索不能穿越，决定采用Φ170 mm×3 mm钢管护孔。钢套管采用丝接接头，加工长度同钻杆长度（1.5 m），钻孔时随钻杆接长跟进。钢套管接长一直伸入到强风化与中风化岩层界面交接处。这样可以确保处在软土层和强风化岩层中的孔洞不塌方、不掉碎石、不被堵塞。

4.3 导向帽与预应力锚索点焊

导向帽用钢管和钢筋焊接制作而成，固定在预应力筋的端部，其作用是确保锚索顺利穿越孔道。在做试验锚索穿孔入岩时，导向帽被个别松动的碎石卡住，工人采用吊车人工配合向上拔锚索时，导向帽卡在洞里了，需要重新启动锚索机用冲击钻将导向帽送入孔底，这样费工费时，影响施工进度[2]。分析原因，就是导向帽和预应力锚索连接不牢固，采用铁丝绑扎的，经不起人、机的来回拉拽。为解决这个问题，采取导向帽与预应力锚索点焊固定并为消除焊接影响而加长锚索400 mm入岩的做法，确保了锚索能顺利穿越孔洞导向帽时不与锚索脱离，同时超钻孔深400 mm也确保了锚索锚固段的有效长度不受导向帽与锚索焊接的影响。

4.4 大型吊车起吊预应力长锚索人工配合锚索入岩

预应力锚索长度分别为34.7 m、44. 7 m，超长锚索如果在平整宽阔的场地上7～8 人抬举便能轻而易举入岩，但在孔口距崖壁只有5.3～7.2 m的坑口上却不能，因为弯曲的锚索有弹性，可能会将施工人员甩到坑中从而引发安全事故。有鉴于此，决定选用1 台100 t的汽车吊在坡顶起吊锚索，同时安排7～8 个工人配合使锚索入岩。吊车的吊臂要在锚索入岩过程中不断调整，以确保锚索入岩角度基本与锚索孔角度一致。