预应力锚索支护体系在地铁明挖深基坑施工中的应用

侯永寿

摘要 ：本文针对长春市地铁一期工程明挖车站预应力锚索支护体系的施工，详细介绍了地铁深基坑泥岩地质条件下的锚索支护施工工艺，从现场施工技术控制角度入手，以确保施工质量和安全，对同类工程有一定的参考价值。

关键词 ：预应力锚索 地铁 深基坑 支护体系 施工工艺

1.前言

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，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。本文以中国铁建大桥工程局施工的长春地铁一期工程明挖车站预应力锚索支护体系为例，对预应力锚索的施工技术及施工工艺等进行研究与探讨。

2.工程概况

本工程为长春市地铁一期工程明挖车站，车站整个基坑长度310m，宽22.5m～33.1m。车站主体覆土3.0m～5.0m左右，均采用明挖法施工。采用外锚固支护形式。

3.預应力锚索支护体系设计

基坑采用围护桩+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Ⅱ级低松弛预应力钢绞线，第一层3束钢绞线，第二至五层5束钢绞线，本工程预应力锚索的作用范围主要集中在全风化泥岩和强风化泥岩中，锚固体强度不低于15MPa ，且强度达到设计强度75%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，以确保基坑稳定。

4.锚索施工工艺

4.1 锚索施工工艺流程

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及基坑开挖。开挖土方至每道腰梁位置以下0.5m，并保证离围护桩10.0m范围内平坦。然后进行相对应锚索钻孔、锚索安装、注浆、安装钢腰梁及钢锚垫板、张拉锚固施工等，使束体产生预应力，并与腰梁、钻孔桩连接成整体，达到基坑稳定的目的。具体的施工工艺流程如图2所示。

4.2 锚索施工技术要点

4.2.1 锚索加工与安装

预应力锚索采用拉力集中型粘结式预应力锚索体系，锚索由锚固段、自由段和紧固头三部分构成，紧固头由腰梁、钢垫板和锚具组成。锚索锚固段扩张环与紧箍环每隔2米间隔设置，紧箍环系16号无锌铅丝绑扎4道，应绑紧，自由段每隔3米设置一道架线环以保证钢绞线顺直，架线环采用塑料制成。自由段装入φ76聚乙烯套管中，套管两端100～200mm长度范围内用黄油充填，外绕工程胶布固定张拉后封堵，以免注浆时有浆体进入管内，缩小自由段的长度，从而使锚索张拉时带动自由段土体，加大基坑周围土体护壁的侧压力，不利于基坑的稳定。基坑锚索设计参数见表1。

4.2.2 钻孔

由于本工程地质条件主要为全风化泥岩和强风化泥岩，不易塌孔，所以综合考虑本工程各项特点及设计要求，采用MDL-120D1履带式深基坑锚固钻机配合空压机吹渣钻孔，同时达到空气排渣清孔目的。钻孔过程中要达到“准、平、稳”的要求，确保机钻孔不发生移位和摆动。钻孔直径为150mm，钻头直径不应小于设计钻孔直径3mm，锚固孔倾角值设定为15°，钻孔轴线的偏斜率不应大于锚索长度的2%。钻孔深度应超出锚索设计长度0. 3～0. 5m，以防沉渣导致孔深不够，钻孔过程中要做好详细的施工记录，发现问题及时进行纠偏调整。

4.2.3 锚索下放

钢绞线和注浆管安装前，必须检查孔内是否有杂物或塌孔现象，无异样后方可进行安放。锚索下放前，把注浆管（6″塑料管）插入隔离架中心孔，距锚索端头50～100cm，跟钢绞线一同沿钻孔中心线徐徐送入孔内，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。

4.2.4 注浆

锚索采用二次注浆工艺，第一次注浆采用水泥浆自孔底向外灌满全孔；第二次为高压劈裂注浆，在一次注浆锚固体强度达到5.0MPa后进行，压力宜控制在2.0～5.0MPa之间。第一次以小于1Mpa的注浆压力，直至孔口处溢出纯水泥浆，第一次注浆完成后1小时左右进行第二次压力注浆，注浆压力2.0Mpa以上，本次补浆要求水泥浆再次自孔口溢出为止。注浆材料水灰比为0.5～0.6的纯水泥浆，用PO42.5号普通硅酸盐水泥搅拌而成，用注浆泵进行注浆，并在水泥浆中加入UEA膨胀剂和超早强减水剂。

4.2.5 腰梁及垫板安装

腰梁为2根I28工字钢通过钢板连接而成，将腰梁与防护桩身贴紧，无法密贴处，采用C20细石混凝土充填，将钢垫块固定于工字钢腰梁上，并保证钢垫块的上表面与锚索垂直。在开挖基坑面适当设置垫木或支架确保腰梁的稳定。钢垫板的平面位置与高程和锚索的布设走向相一致，张拉前进行固定与验收。

4.2.6 上锚具、张拉锁定

锚索张拉前先施加一级荷载（即10%的锚拉力），使各部紧固伏贴和索体完全平直，保证张拉数据准确。然后按表2所示的控制拉力分级加载。张拉采用超张拉，最后一次控制力为设计张拉力的1.1倍，加载完成后稳定时间如表2所示，然后退至锁定荷载锁定，荷载锁定取设计张拉力的1.0倍。应力的施加要缓慢、匀速。

每达到一级控制荷载时，记录千斤顶伸长值和油泵压力表读数，锚索张拉力用压力表读数控制为主，同时用测力计及钢绞线伸长值校核辅助控制。确保钢铰线的实测伸长值在理论计算值的-5%～10%之间。当钢绞线伸长量与实际测量值误差超过规范要求时，应停止张拉并分析原因。

锚索张拉荷载的分级和位移观测时间应遵守表2的规定：

张拉锁定经验收合格后，将张拉段多余束体切除。对于钢纹线的松弛、地层土的徐变、伸长量超标等因素造成的预应力损失和质量问题，应校正千斤顶并重新张拉或在张拉后进行补张拉然后锁定。

4.2.7 外部保护

锚索张拉完成后，需进行封锚，可根据施工需要，将锚索外露部分预留至结构施工前割除，以便进行二次加荷。封锚前将外露较长预应力钢绞线割除，剩余5cm长度，并用M10 水泥砂浆包裹。

5.监控量测

每道锚索预应力施工完后，随着分层开挖至下道锚索施工作业面，上一层锚索的应力随基坑侧向主动土压力的增大而增大，另外基坑周围存在其他影响因素，应进行锚索预应力变化的监测。施工期间监测工作必须与预应力锚索张拉同整施工工艺。

6.结束语

锚索是在地铁深基坑施工中广泛应用的一种支护形式，在地铁深基坑中常用于结构临时预留较大开孔或利用基坑内空间等特殊部位，在主体结构施工前起辅助支撑减小基坑变形的作用，较好的弥补了以钢管内支撑为主的基坑支护形式的缺点，同时不占用施工空间，形成无障碍的作业面，是一种有效、实用、简单、合理的支护形式。

参考文献：

[1]刘国彬等，《基坑工程手册》（第二版）.北京中国建筑工业出版社， 2009年.

[2]苏自约等，《岩土锚固技术与工程应用》[M ]. 北京：人民交通出版社，2004年.