广州地铁某轨排基地基坑支护结构施工技术

（中铁十八局集团有限公司，天津 300222）

1 工程概况

广州地铁7号线西延陈村北站为地下三层三跨框架结构岛式站台车站，车站总长188 m，标准段宽度23.1 m，车站基坑开挖深度25.78～29.89 m，基坑采用明排降水，大里程端头设置轨排基地。

根据详勘资料显示，大里程端头轨排基地处地质依次为填土层、冲积-洪积土层、残积土层、岩石全风化带、岩石强风化带、岩石中等风化带。

2 基坑支护结构设计

轨排基地基坑的主体支护结构采用φ1 200 mm@1 400 mm钻孔灌注桩加4道竖向内支撑，在大里程端采用4道钢筋混凝土支撑，在左右线各设置1处28 m×5 m轨排井。在支护结构的基础上，再在支撑之间的竖向空间两侧增设预应力锚索，包括每侧增加平面22道、竖向7道预应力锚索，预应力锚索水平间距1.4 m，竖向间距分别为4 m、2.5 m、2.5 m、3.2 m、2.5 m、3.3 m。每道预应力锚索设置1条钢筋混凝土预应力锚索腰梁，预应力锚索腰梁采用植筋与围护结构连接，预应力锚索腰梁及内支撑均采用C30钢筋混凝土。轨排基地基坑支护结构如图1所示。

3 支护结构施工技术

陈村北站轨排基地基坑支护结构设置4道钢筋混凝土支撑和7道预应力锚索，施工中要结合支护结构位置及预应力锚索施作空间，合理、有序进行基坑分层开挖。

具体施工流程为：第1层土石方开挖→第1道混凝土支撑结构施作→第2层土石方的开挖→第1道预应力锚索施作→第3层土石方的开挖→第2、3道预应力锚索施作→第2道混凝土支撑结构施作→第4层土石方的开挖→第4道预应力锚索施作→第5层土石方开挖→第3道混凝土支撑结构施作→第6层土石方的开挖→第5道预应力锚索施作→第7层土石方开挖施工→第6道预应力锚索施作→第4道混凝土支撑结构施作→第8层土石方开挖施工→第7道预应力锚索施作→第9层土石方开挖施工。

考虑到进行第5道预应力锚索施作完成后，由于第6道预应力锚索与第4道混凝土支撑间距较小，预应力锚索钻机无法进行作业，故应先进行第6道预应力锚索施作后再回填或搭设架体进行第4道混凝土支撑施工。

图1 轨排基地基坑支护结构示意图（单位：mm）

4 锚索施工技术

预应力锚索由锚固段、自由端和锚头组成，预应力锚索外端由锚具夹片锁定后通过预应力锚索腰梁支撑于围护桩面，内端通过水泥浆锚固在原有地层岩体中。其作用主要体现在通过预应力锚索张拉，将薄弱松软、不稳固的地层紧固在深层的稳定土体或岩层中，从而保证基坑的整体稳定性。预应力锚索通过张拉及压浆操作，在滑面层中形成康复摩擦力，以加强附近岩层的整体性，达到防止边坡位移、基坑坍塌的目的。

预应力锚索施工流程包括机械钻孔、预应力锚索体制作安装、一次二次压浆、预应力锚索腰梁制作、张拉锁定等主要工序，如图2所示。每道工序的施工质量将直接影响预应力锚索体的抗拔力，故需通过监测数据（轴力计）控制基坑整体安全性。

图2 锚索施工工艺流程

4.1 锚索制作与安装

预应力锚索采用高强度低松弛预应力钢绞线，其规格为4φs15.2 mm，钢绞线强度标准值为1 860 MPa，强度设计值为1 320 MPa。预应力锚索的制作与安装主要涉及钢绞线下料、刷防腐油漆、导向锥定位拼接、穿接套管固定和送孔等流程，具体如下。

（1）现场钢绞线的编制与钻孔同步进行，预应力锚索采用的钢绞线必须先进行表面除污、除锈。

（2）在自由段，待钢绞线表面除污、除锈完成后，涂抹防腐油漆并包裹塑料材质遮布，然后对遮布外表面再进行防腐油漆涂抹处理，最后分组置于塑料套管内，以此可形成一种双层防腐的保护机制。须特别注意的是，塑料套管两头应密封包裹，临近锚固一头采用钢丝扎紧的方式与钢绞线形成联系，然后采用宽胶带缠绕的方式保障压浆液不漏液。

（3）钢绞线经裁剪置于操作台，根据设计尺寸标记好总长和锚固段长度；预应力锚索的锚固段每1 m设置1处隔离架，以保证预应力锚索顺直；沿锚杆杆体全长设置定位支架，定位支架应能使相邻2组定位支架结构中间位置的锚杆自身保护层厚不低于1 cm，且要求自由段的间距不超过2 m，锚固段的间距不超过1.5 m；定位支架应能使各根钢绞线相互分离，最后在制作好的预应力锚索端头安装导向锥；钻孔、清孔结束后，人工及时将已制作完成的预应力锚索成品转送至成孔孔底。

（4）钢绞线拼装施作要点包括4个方面：①止浆环与限浆环的安装位置要准确，对已损坏的止浆环和限浆环必须根据设计要求及时更换；②排气管安装位置要准确，且要求管道保持通畅无阻；③推送预应力锚索至孔内，待定位止浆环到孔口位置后，推送终止，并立即对压浆管与单向阀门予以定位安装；④继续对排气管的通畅性进行复查，如出现不通畅问题须拔出锚索返工处理。

预应力锚索安装示意图如图3所示。

4.2 钻孔

（1）根据陈村北站地质条件及场地环境条件，采用MDL-120D1型履带式锚固钻进行钻孔，钻孔过程包括钻进装置就位、成孔施作和成孔清扫3部分。待基坑开挖到预应力锚索钻孔位置，应压实作业平台，如有需要可下垫钢板，以保证钻机平整、稳固。钻机就位时钻头定位要准确，钻头直径应至少大于设计孔径3 mm。根据设计标准，成孔轴线偏斜率一般控制在锚索长的2%以内。

（2）为规避松软地段的成孔施作出现坍孔，最好选择偏心钻孔方法并与护壁套管形成同步跟进；钻孔阶段须重点关注出灰、出渣和漏风条件，记录滑动面和错落面的钻进情况，以判定钻进过程是否到达稳定土层位置，最终要保证钻进段达到稳定土层的深度，满足设计锚固长度要求；兼顾沉渣的厚度，钻进孔底的长度一般要求超钻1 m左右；最后，通过高压风对孔壁进行清扫，增进水泥净浆和孔壁的粘结作用。

图3 预应力锚索安装示意图（单位：mm）

（3）成孔完毕需拔出相关钻孔装置，并提前预备好冲击设备；利用聚乙烯管对成孔深度进行复测，同时配合高压风对钻孔进行清扫处理，待复测成孔深度不短于预应力锚索设计长度后，方可提出聚乙烯管并对成孔进行封口。

钻孔示意图如图4所示。

图4 钻孔示意图

4.3 锚固法压浆

（1）锚固法压浆施作包括制浆、压浆2部分，压浆材料选用P.O42.5水泥净液，其配合比依据具体试验确定，可适量掺加早前外加剂，以缩短预应力张拉过程的等待时间。

（2）预应力锚索锚固段采用二次压浆法压浆，首次压浆采用的水泥砂浆的灰砂比宜为0.5～1、水灰比宜为0.38～0.45，如有需要可适量掺入外加剂，压浆压力宜为0.5～1.5 MPa，压浆体强度不小于25 MPa，待首次压浆初凝且强度达到5 MPa，可进入二次压浆流程；二次压浆选用水灰比为0.45～0.50的纯水泥浆，必要时加入一定量的外加剂或掺和料，压浆压力宜为2.5～3.0 MPa，整个稳压过程持续2 min以上。二次压浆是劈裂压浆过程，其主要目的是对首次劈裂压浆进行劈裂处理，劈裂压浆液因高压作用扩散至地层接触面，锚固体扩大，径向应力也随之变大。同时，挤压导致锚固体临近的地层接触面被压缩，其含水率和孔隙比均降低，因而增强了锚固体地层接触面的抗剪指标。

（3）压浆管放置于杆体中心，随杆体一同放入孔中；压浆口要求在距离空地约450 mm位置接入，压浆过程从上到下依次施作，同时要保证压浆孔的水气通畅；二次压浆过程同样要求出浆口和端头的密封线良好，确保整个压浆过程不存在漏浆问题；杆体安放时应防止压浆管被拔出，若压浆管被拔出长度超过500 mm时，应将杆体拔出，修整后重新安放。

锚固压浆示意图如图5所示。

4.4 预应力锚索腰梁施工

（1）预应力锚索腰梁采用C30钢筋混凝土，与预应力锚索腰梁接触的围护桩表面需先凿毛处理，然后在腰梁位置围护桩植入3排φ25 mm钢筋（每根桩每层12根），后与混凝土腰梁钢筋焊接；为能保证腰梁上截面和预应力锚索轴线形成垂直关系，可采用PVC管及钢垫板予以固定，PVC管的外径应与钻头直径一致；将钢垫板固定于钢筋混凝土钢腰梁上，浇注腰梁前将管埋入即可。

（2）紧固端施作包括腰梁浇注和锚具安装2道工序，在强度达到75%设计强度后，安装锚具，并用夹片锁好钢绞线。

预应力锚索腰梁与围护桩示意图如图6所示。

4.5 预应力锚索张拉锁定

（1）预应力锚索在张拉之前要对其张拉设备进行标定，做出千斤顶装置与压力表压强的关系曲线图，以此作为预应力锚索张拉施作依据。

图5 锚固法压浆示意图

（2）预应力张拉锚索灌浆完毕后，锚索固定且台座的强度达到75%以上时，予以张拉锁定；若发现锚杆有明显的预应力损失，应进行补偿张拉；为规避张拉施作预应力损失过大，预应力锚索张拉可采用“隔一拉一”的方式。

（3）预应力锚索张拉锁定后，进行自由段压浆，压浆材料同锚固段；由于自由段外面套了塑料管，因此压浆浆液不能进入自由段钢绞线，以保证自由段预应力锚索的自由伸缩；切除多余的钢绞线，浇注C25细石混凝土包住锚头。

（4）预应力锚索张拉荷载应分级进行，并进行规定时间的观测，预应力锚索张拉荷载分级及观测时间如表 1所示。

图6 预应力锚索腰梁与围护桩示意图（单位：mm）

表1 锚索张拉荷载分级及观测时间表

5 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，在主体结构施工前起辅助支撑、减小基坑变形的作用，可较好地弥补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，可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。本文以广州地铁7号线陈村北站轨排基地深基坑预应力锚索支护施工为研究背景，研究提出的钢筋混凝土支撑结构+预应力锚索同步组合支护结构，及该支护结构的工艺、工法、流程要点等技术措施，可为同类工程项目施工提供借鉴。