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1、含水砂土基坑预应力锚索施工技术_牟松 第25卷第1期隧道建设25(1):5456,38 2005年2月TunnelConstructionFeb,2005 含水砂土基坑预应力锚索施工技术 牟松 (中铁隧道集团股份有限分司市政一公司上海201615) 摘要介绍杭州市解放路延伸工程,采用咬合桩+预应力锚索+横向临时支撑(钢筋混凝土支撑)联合支护的施工技术,对类似工程有一定的参考价值。 关键词富含水砂土基坑预应力锚索联合支护施工技术 1工程概况 杭州市解放路延伸工程位于环境优美的杭州市市区内,工程线路起点位于建国路和解放路交叉口, 沿解放路在大学路口以东约30m下挖,采用隧道形式穿越解放路和环城东路
2、交叉口三角地、环城东路、沪杭铁路、贴沙河、杭州清泰自来水厂及凯旋路后出洞。向东延伸与新安江路相接。 工程起讫桩号为K0+000K1+260,全段总长1260m。其中:道路长209m;U型槽长204m;遮阳棚长141m;明挖隧道长464m,暗挖隧道长242m,隧道全长706m。 其中遮阳棚和明挖隧道开挖基坑围护采用咬合桩+钢筋混凝土水平支撑+预应力锚索(24道锚索)联合支护。 CO3CL-Na型。渗透系数一般在10左右。 -4 cm/s数量级 第四系孔隙承压水主要赋存于下部圆砾、卵石 层内,其上覆粘性土,是相对隔水层,含水层顶板埋深为33.95m40.55m,厚度大于10.90m,透水性良好,沿
3、线全场均有分布,为钱塘江古河道,受上游侧向迳流补给,水量充沛,具有明显的埋深、污染少、水量大的特点,单井开采量1000m/d3000m/d,水位标高+5.5m-4.5m,随季节变化,动水位埋深通常为0.8m10.6m,施工中若导通将会引起涌水。 3 3 3预应力锚索在工程中的选定 本工程原设计,遮阳棚和明挖隧道段基坑开挖支护采用咬合桩+钢筋混凝土水平支撑(12道)或咬合桩+609钢管水平支撑(23道)联合支护,基于以下方面的因素:(1)工期压力大,原设计在施工时存在着“换撑”的问题,循环施工周期较长;(2)杭州地下水丰富,工程防水等级要求高,由于换撑造成施工侧墙时存在多道水平施工缝,增大工程防
4、水难度,容易给工程今后使用带来隐患。 鉴于预应力锚索技术在深基坑加固方面有比较广泛、成熟的应用,它与围护桩联合使用是抑制基坑变形,防止基坑失稳行之有效的办法,而且具有工期短、投资少、不占开挖空间的优点,因而提出修改设计的遮阳棚和明挖隧道开挖围护为咬合桩+钢筋混凝土水平支撑+预应力锚索(34道锚索)联合支护的方案,经有关专家会同业主、设计、监理单位进行方案论证,认定其技术可行性、社会效益和经济效益均优越可行。 2工程地质及水文地质 2.1工程地质状况 场区在地貌上属于钱塘江冲积平原,沉积着较 厚的砂质粉土层,在第四纪历史时期,场区曾经发生海侵与海退,沉积韵律发育明显,在以陆相沉积地层之间发育着海
5、相淤泥质粉质粘土地层。 沿线地基土浅部主要为第四系土层,土层的厚度、分布及性质均较稳定,下部以全新世滨海淤积形成的粘性土层,性质及均一性相对较差,之下为晚更新世形成的冲湖相粘性土层及砂砾土层,性质较好,均一性较差。2.2水文地质条件 本工程地下水,主要有第四系松散岩类潜水和第四系松散岩类承压水两类,场区内主要是潜水。潜水赋存于浅部人工填土及其下部粉、砂性土层内,富水性和透水性具有各向异性,特别是表部填土层,透水性良好,下部粉性土层透水性弱,含水层厚度在16.5m21.8m。地下水位埋藏较浅,一般在1.0m,4预应力锚索施工 4.1设计参数 锚索根据基坑开挖深度的不同,分为两种:甲式,锚索由5根
6、7股d=15.24mm高强度低松弛钢, 第1期 牟松含水砂土基坑预应力锚索施工技术55计锚索抗拔力为600t;乙式,锚索由3根7股d= 15.24mm高强度低松弛钢绞线制作,锚固段长度为 12m,自由段长度为5m,设计锚索抗拔力为450t。 锚索角度除第一排为15,其余均为30。锚索间距 1.6m,排距2.0m2.5m。全孔范围采用42.5R纯 水泥浆灌注,水灰比为0.450.5,注浆分二次,第一次待浆液从孔口流出后停止注浆,注浆压力0.4MPa0.6MPa,第二次采用高压注浆,注浆压力一般为2.0MPa2.5MPa。自由段采用塑料套管隔离防护,锚孔孔径130mm,锚索垫块采用C30钢筋混凝土
7、锁口腰梁,上垫钢板。锚索、钢筋混凝土锁口腰梁示意图见图1 。 图1锚索、钢筋混凝土锁口腰梁示意图 4.2锚索施工工艺 4.2.1施工工艺流程 见图2 。根据设计锚索位置,测量放孔,锚索编号标识在对应围护桩上。钻机就位钻机基底用方木或木板支撑垫平,孔位要求水 平方向误差不大于50mm,垂直方向孔距误差不大 于100mm。 钻孔 采用MK-5型钻机,先用金刚石钻头或合金钻 头破桩开孔,然后改长螺旋钻具或三翼钻头成孔,为 保证成孔顺利不塌孔,采取套管跟进措施,成孔直径 130mm,成孔深度比设计的锚索长度大1m。要求水 平方向孔距误差不大于50mm,垂直方向孔距误差 不大于10mm,同时用罗盘定出钻
8、孔倾斜角度,以保 证钻孔底部偏斜尺寸不大于锚索长度的3%。钻孔 深度L=LS-Lz+Ld,其中:LS设计锚索长度,Lz 预留张拉段长度,0.7m,Ld导向锥及预留沉碴段 长度1.0m,钻孔深度不得小于L值,也不宜大于L 值的1%。 锚索编制 锚索采用5(3)15.24mm低松驰钢铰线编制, 图2锚索施工工序流程图钢铰线标准强度1860MPa,先把整卷的钢铰线用钢 管架固定好,再拆捆放线。根据设计确定钢绞线下 料长度,下料时同孔各股钢绞线长度误差不大于 、4.3.3工序施工要点 56 直排列,沿钢绞线方向每隔1.5m设置一个橡胶隔离架。隔离架与钢绞线间用扎丝绑扎,隔离架保护层不小于2cm。钢绞线
9、自由段进行防腐处理,外套塑料管,两端用扎丝扎紧。钢绞线端头焊在导向锥上,导向锥采用50mm钢管,一端加工成锥形。注浆管用20mm塑料管从隔离架中心穿过用扎丝扎紧,一端紧临导向锥,用细铁丝捆住。自由段涂黄油,套装塑料螺纹管,以便绝缘。 锚时重新核定锚索全长、锚固段长度、自由段长度及各部分焊接、捆扎情况。确认合格后抬至现场平顺摆放,待吹孔完毕,将锚索缓慢平直放入孔内,孔口预留0.7m张拉长度。 下锚 由于锚索较长、较重、基坑较深,所以下锚必须集中人员,锚索入孔要慢,要让锚索慢慢送入,要求锚索在孔内平直不扭,锚索在扩张环支撑下居中,下锚过程中如遇塌孔,应拔出扫孔后再下入,为预防下锚过程中注浆管被土堵
10、塞,也可连接注浆泵,开小水,边下锚边送水,锚索入孔深度不得小于设计长度的95%。 洗孔、第一次注浆 下锚后,利用捆扎在钢绞线上的注浆塑料管用高压水清孔,按照配合比将水泥浆搅拌均匀,待孔中泥浆清净后立即注浆。注浆采用BW-250型泥浆泵,注浆材料注浆采用42.5R普通硅酸盐水泥制成的纯水泥浆,水灰比0.400.50,另加早强剂1%,减水剂6,保持0.6MPa0.8MPa的注浆压力,待孔口溢出浓水泥浆时第一次注浆结束。 第二次高压注浆 隧道建设 2005年2月第25卷 振捣棒振捣混凝土。锁口腰梁混凝土采用C30混凝土,坍落度12010mm。考虑基坑施工的时空效应,混凝土中掺加早强剂,以便尽快张拉锚
11、固。腰梁制作时应把锚索用PVC管套装,以免钢筋混凝土与钢铰线粘结。 张拉锁定 张拉前对张拉设备进行标定,在张拉过程中根据标定曲线找到与控制张拉力N值相对应的压力表读数P值。 锚孔砂浆达到设计强度的70%和锚垫板混凝土抗压强度大于15MPa后对锚索进行张拉锁定作业,张拉设备采用OVM油泵及YCW150B千斤顶,钢垫板为30cm30cm2cm钢板,中心挖孔直径6cm,锚索张拉分5级加载,分级荷载分别为10%Nt、25%Nt、50%Nt、75%Nt、100%Nt(5根7股d=15.24锚索Nt取600KN)。每次加载后观测一定的时间(见表1),并记录锚头位移量,绘制P-曲线,与标准P-线比较,验证实
12、际伸长值是否大于理论伸长值的80%,小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论伸长值。 表1加载等级及观测时间表 荷载等级(KN)观测时间(min) 605 1505 3005 4505 6005 张拉时先取10%Nt(Nt为设计锚固力,本工点为600KN),即60kN为预张拉力,对锚索预张拉12次。使锚索各部分接触紧密,并使钢绞线平直,以免钢绞线因受力不均被拉断。同时减少加荷时初伸长值0过大的影响因素。 施工前,先对钢绞线进行试验,测出其弹性模量和截面积,用来计算其理论伸长值。(锚索理论伸长量=PL/EA,其中:P张拉力、L自由段长度、E钢绞线弹性模量、A钢绞线截面积) 根据预加应力P与伸长
13、值同步递增,拉力“双校”检验。表2为随机6根锚索(自由段长度不同)的预加应力P与实测伸长值对应表。 表2预加应力P与实测伸长值对应表 锚索编号 123456 长度自由段长度(m)242424191919 (m)191919141414 60KN212319222021 张拉力P下伸长量(mm)150KN300KN450KN283440303744273543273239253442293642 600KN 475251505150 当第一次注浆体达到5MPa时进行二次高压补浆(根据浆液试块强度来决定二次高压补浆的时间,一般在6h8h之间),注浆压力根据情况而定,太小造成孔壁与砂浆体之间未充满,
14、摩阻力较小,抗拔力不高,位移较大,当压力太大时,由于土体强度不高导致土体破坏而使浆液从孔壁或邻近孔流失,也影响锚索的抗拔力,影响基坑稳定,通过试验锚确定二次高压补浆终压控制在2.0MPa2.5MPa。其注浆量统为锚索长24m时1.4m;锚索长19m时1.2m。 腰梁制作 锚索注浆结束后,立即进行锁口腰梁制做。先凿出围护桩主筋并利用锚固筋与围护桩主筋焊接将锁口腰梁与围护桩联接成整体,然后根据设计图及规范要求现场绑扎钢筋,采用组合钢模板制模,钢管,3 3 () 38 全段管道,并用土将管道全部盖住。然后再拆除组合梁。 组合梁拆除先拆除连接件,然后将七片主梁依次吊起,逐片解体成标准件。 目前贝雷架组
15、合梁已经施工完毕,1200水管及300煤气管已通水、通气,实测组合梁的跨中最到挠度12mm。 隧道建设 2005年2月第25卷 实例希望能为类似工程提供借鉴。 参考文献 1陕西省建筑设计院主编.建筑材料手册.北京:中国建筑出版社,1995 2杜正国主编.实用结构力学教程.四川:西南交通大学出版社,1992 3黄棠等主编.结构设计原理.四川:西南交通大学出版社, 1980 作者简介:罗凤霞,女,1966年6月出生,1988年毕业于南京建筑工程学院工业与民用建筑专业,大学本科,工程师。 收稿日期:2004-3-11 5结束语 将贝雷架作为承载梁应用于悬吊重载管线较为少见,笔者根据现场施工需要从方案
16、比选、结构检算到组织施工进行了全面的总结,通过本文的分析论 述可以看出贝雷架较自制钢梁无论从技术上的可行性还是经济上的合理性都具有明显的优势。此工程 (上接)道火灾的特性、易发生火灾隧道的特 1998 4徐玉香.铁路隧道火灾爆炸事故原因及行车安全,中国铁道科学,1997,18(2) 5象华.历史上的隧道火灾,山东消防,1999(7) 作者简介:寇鼎涛,男,1978年出生,2003年毕业于中国矿业大学安全工程专业,大学本科,现在北京地铁项目部从事安全管理工作。 点、油罐列车火灾等几个方面进行了分析,并运用鱼刺图分析法,结合我国国情、路情,提出了铁路隧道列车火灾事故的预防措施,指出了铁路隧道防火对
17、 于确保隧道完好、行车安全具有重要意义。 参考文献 1杜建科.铁路隧道的消防安全分析,安全,1998(6),132何世家.隧道火灾和隧道消防涂料,安全,2002(5)3陈宜吉.隧道列车火灾案例及预防,中国铁道出版社,(上接) 收稿日期:2004-3-16 5砂土层预应力锚索施工难点及其解决措施 将高强度预应力锚索用于富含水砂土层基坑围护,据了解在整个华东地区尚属首次,主要面临的难点是:由于地下水位高,锚索孔在钻进的过程中出现涌砂、涌水,如何实现预应力锚索的成孔、下锚。为此在总结失败教训的基础上,最后确定了接长套管,泥浆护壁,利用泥浆压力平衡地下水压力的施工方案,最终获得成功。 6锚索加固效果及其体会 本工程所有预应力锚索,经检查全部达到设计要求,满足基坑的安全支护,锚索加固效果见图3。和原设计相比,不但加快了工程施工进度,而且突破了预应力锚索在富含水砂土层中设置的技术性难题,扩展了预应力锚索的运用范围,得到了业主、设计及有关专家的肯定,取得了明显的社会效应及经济效应 。 图3锚索加固效果图 作者简介:牟松,男,1977年生,1997年于西南交通大学铁道工程专业,大专毕业,现本科学历,助理工程师,现在中铁隧道集团股份有限分司市政一公司从事隧道施工技术工作。 收稿日期:2003-12-24