预应力锚索支撑体系在地铁明挖基坑中的应用

王明湖（中铁十八局集团第五工程有限公司，天津300450）



预应力锚索支撑体系在地铁明挖基坑中的应用

王明湖
（中铁十八局集团第五工程有限公司，天津300450）

摘 要：沈阳地铁二号线某车站采用明挖法施工，设计选用了预应力锚索支撑体系。预应力锚索水平方向和竖向均有布置，其竖向锚索通过腰梁锚固在钻孔灌注桩上。一方面锚索的锚固力传递到防护桩上使土体密实；另一方面锚索施加的预应力作用改变了破裂面土体的应力状态，从而保证开挖基坑边坡土体的自稳能力。阐述了预应力锚索的施工原理与构造、施工工艺及技术要点。工程实践证明，深基坑施工采用预应力锚索支撑体系在围护结构的强度、整体稳定性和变形的影响方面优势明显。

关键词：预应力锚索；地铁；深基坑围护；注浆

在边坡治理中发挥作用的预应力锚索［1－2］越来越多地出现在地铁明挖法车站施工中，所形成的锚索支撑体系被广泛应用于围护结构体系。尤其在不规则深基坑［3］、复杂地质条件中［4］，与组合式钢管支撑体系相比较，在围护结构的强度、整体稳定性和变形的影响方面优势明显。这也要求在预应力锚索施工过程中严格控制各施工工序、确保施工质量。本文以沈阳地铁二号线某车站预应力锚索支撑体系为背景，详细介绍了整个施工过程及控制要点。

1　预应力锚索作用原理

预应力锚索依靠锚固段预应力钢绞线与浆体接触界面上的粘结应力提供的锚固力，通过自由段传递到腰梁及防护桩上并实现受力平衡，使防护桩背后的土体结构呈密实压缩状态；另一方面由于锚索施加的预应力作用改变了破裂面土体的应力状态，从而保证了开挖基坑边坡土体的自稳能力。

2　工程概况

2．1设计简介

沈阳地铁二号线某车站结构总长203．4m，为二层三跨箱式框架岛式站台车站，本站规划为铺轨基地，设置一处轨排井，轨排（每节长度为25m）均需通过轨排井由地面吊入隧道内，轨排井段长33 m，宽20．5m，底板最大埋深约17．8m，采用明挖法施工，设计选用了预应力锚索支撑体系。基坑变形控制保护等级为一级。

场地地貌类型属第四系浑河老扇，根据钻探揭露，地基土自上而下主要为杂（素）填土、粉质粘土、中粗砂、砾砂、圆砾、泥砾。围护结构采用800mm ＠1 200mm钻孔灌注桩加钢管内支撑作为基坑支护结构，桩间采用挂网喷射混凝土封闭找平，桩顶设冠梁，冠梁上部砌砖挡墙。

2．2预应力锚索布设及设计参数

2．3预应力锚索的构造

预应力锚索由锚固段、自由段、锚具三部分组成，在锚固段每米架设一架线环，两架线环中间设箍筋环，钢绞线束中间设两根注浆管，一根为一次常压注浆管，一根为二次高压注浆管，其构造详见图2。

预应力锚索中各部件的作用如下：架线环将钢绞线均匀分布在孔中，并使钢绞线居于孔中间，保证每根钢绞线被砂浆均匀握裹，提供锚固力，使钢绞线外侧留出一定的砂浆保护层，防止锚固段钢绞线锈蚀；自由段钢绞线外面的塑料管可与砂浆隔离，张拉锚索预应力时钢绞线可自由伸长，在工作时可在自由段内调解应力，避免产生应力集中现象，塑料套管又具有永久防腐功能；外锚固段的钢垫板在张拉和工作时可向混凝土锚垫板传递应力；工作锚具由锚环和卡片构成，共同起夹紧钢绞线的作用，保证张拉后的钢绞线预应力不损失，使锚索处于正常工作状态。锚索孔内注入的水泥浆，在锚固段与孔壁和钢绞线粘结在一起，共同提供锚固力，同时对钢绞线全长进行防腐。

表1　预应力锚索施工参数

图1 预应力锚索布置及地质图（单位：mm）

图2 预应力锚索结构示意图

3　施工工艺

预应力锚索施工过程主要包括钻机就位、钻孔、锚索制作、安装、注浆、张拉锁定等工序，详细工序见图3。

4　关键施工技术

4．1钻机就位

造孔速度的快慢直接影响锚索工程的施工进度，在本工程中选用MDL－80D型履带式深基坑锚固钻机，一般土层成孔时间为2h（钻孔30m深）。

锚索施工紧接基坑土方开挖进行，当每层土方开挖至锚索孔位下0．5m高程时，场地进行平整和简单处理，宽度不小于6m，以满足钻机正常工作需要，并保证钻机就位的准确性和稳定性，进而保证施工中及成孔后其轴线的俯角和方位角符合要求。

为防止锚索施工时的泥浆将锚孔口冲塌并造成围护桩背后空洞，提前应进行桩间挂网喷射混凝土（网喷底脚应延伸到水沟底部为宜）。沿喷射混凝土的底脚提前开挖出循环用水的水沟，并开挖一个2 ～3m3的循环水池备用。

根据设计要求，在喷射混凝土面上定出锚索孔位，做出标记。钻机就位后，方位角误差不大于2°。用机身上的角度指示针或罗盘调整钻杆角度（与水平面的夹角为15°），要求误差小于1°。

4．2钻孔

钻机的钻杆ø150mm，端部上三翼钻头。钻进一根钻杆后，动力头停止钻进和旋转，停止往孔内送风，然后加接钻杆，依此反复操作；在钻进一定深度后，将钻具提离孔底，待钻渣排出后再继续钻进。

图3 预应力锚索施工工艺流程图

为保证钻孔精度，在钻孔过程中应进行分段测斜，及时纠偏，钻孔完毕后再进行一次全孔测斜。钻孔允许偏差：孔距水平方向不应大于50mm；垂直方向不应大于100mm；孔深不小于设计尺寸，也不大于设计长度的1%，钻孔底部的偏斜尺寸不大于锚索长度的3%。

4．3锚索制作

下料时，先把整卷的钢绞线用钢管架固定好，再拆捆放线。钢绞线切割必须使用切割机，切断后的钢绞线两端应用铁丝绑扎牢固。切割长度为锚索长度加0．8m预张拉长度，长度误差不大于50mm。

锚索编束应选平整干净的场地，将切好的钢绞线平顺放好，逐根检查，确认无误。量出锚固段和自由段长度，作出标记。在锚固段范围内的锚索每隔1m穿一个架线环，两架线环之间扎一道箍筋环。自由段的钢绞线涂抹黄油后套入20mm塑料螺纹管。在锚固段与自由段交界处的塑料管端部缠上胶布或不干胶带，平顺放好待用。

4．4锚索安装

锚索放入钻孔之前，先确认锚索编号与孔号一致。由于锚索较长、较重、基坑较深，所以下锚必须集中人员，将锚索慢慢地从钻杆中送入孔内，放送用力均匀，避免左右摇摆，要求锚索在孔内平直不扭，锚索在架线环支撑下居中，送到位后拔除钻杆。

需要注意的问题：①自由段塑料波纹管破损的要用不干胶带缠第1道，再用电工胶布缠第2道，其长度要超过损坏段两端各5cm。②下锚索过程中如遇塌孔，应拔出扫孔后再重新下入。③锚索外露端要满足张拉工作长度，要精确计算，不能凭眼睛估计，防止出现锚索张拉工作长度不够或外留段过长的现象，前者锚索无法张拉，后者保证不了锚索的设计长度。4．5锚固注浆

水泥浆搅拌采用自制高速灰浆搅拌机，注浆施工采用BW－200注浆泵进行。

注浆材料：425＃水泥，以普通硅酸盐水泥为佳；用饮用水为宜。水泥浆水灰比为0．45～0．5，拌和应良好，具高可泵性、低泌浆性。为避免堵塞压浆泵，浆液需经滤网过滤后再注入压浆泵。注浆时做好同期立方试块。

锚索安放后，用常压注浆管进行一次常压注浆，采用孔底返浆法，浆液从钻孔底口向外依次充满并将孔内空气压出，待浆液从孔口流出时，结束第一次注浆。为缩短施工工期，在浆液中加2%复合型早强减水剂。

待一次注浆体初凝后，立即用高压注浆管进行二次高压注浆。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，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，通过试验确定二次高压注浆终压控制在2．0～2．5MPa。注浆量视情况而定，一般为浆液由孔眼处挤出并冲破第一次注浆体后从孔口缝隙中流出为止，这样既可达到二次注浆效果，也可充填孔口裂隙，起到止水作用。

注意在养护期内严禁移动锚索。

4．6腰梁制作与安装

在锚索施工的同时，进行腰梁的制作。腰梁采用工字钢制作，利用三角托架与钻孔桩连接固定，做法详见图4腰梁与三角托架安装图。

图4 腰梁与三角托架安装图（单位：mm）

腰梁安装要注意以下五点：①安装腰梁前，先将腰梁及三角托架处桩身面凿平。②根据各道锚索的标高，推算出该段腰梁的标高从而使三角托架安装在同一平面上，以保证整体受力。③三角托架以两个M20膨胀螺栓与桩身相连，三角托架每3根桩安装一榀。④腰梁采用吊车起吊，横移轻放在三脚托架上，紧靠桩身平面，并将锚索自由端穿过腰梁用钢垫块和锚具临时固定于腰梁上（不得受力），要保证钢垫块的上表面与锚索垂直。⑤腰梁与桩间无法密贴的空隙，用C25细石混凝土填充。

4．7锚索张拉与锁定

当锚固体强度大于15．0MPa（大约7d）后，对锚索进行分级张拉。首先取预加轴力的10%作为预张拉，使其各部分接触紧密，锚索完全平直。然后取预加轴力的20%、100%、105%，每级持荷5min，并记录钢绞线的伸长量，检测指标合格后及时进行锁定。

锚索张拉的质量采用张拉力和伸长量双项指标控制，锚索拉力用钢弦式锚索应力计测量，对每一级张拉进行钢绞线伸长量的记录，计算出实际伸长量L，保证理论伸长量和实际伸长量之差不大于6%。对由于钢绞线的松弛、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，在张拉后进行补张拉后锁定。

4．8外锚头防护

张拉锁定经验收合格后，将张拉段多余束体切除，要求钢绞线在锚具外的外露长度不大于5cm，多余部分予以切除。外露的钢绞线和锚具应用沥青涂封，防止锈蚀。

5　结束语

预应力锚索支撑体系施工完成后，基坑在开挖过程中（含冻融）沉降及收敛稳定，为车站施工提供了安全保障。同时，要求施工作业人员应严格控制每道施工工序，确保施工质量，使预应力锚索支撑体系按设计要求发挥最大效能。

参考文献

［1］刘刚．预应力锚索在三峡库区高边坡工程中的应用［J］．陕西煤炭，2007（2）：34－38

［2］向欣，范雷，唐辉明．预应力锚索在三峡库区边坡治理中的应用［J］．路基工程，2008（2）：65－67，80

［3］王吉华．采用深基坑法对盾构机纠偏综合施工技术［J］．铁道建筑技术，2010（12）：210－213

［4］谢晓泳．地铁深基坑砂层预应力锚索施工［J］．西部探矿工程，2008（4）：49－51

On the Application of the Reinforcing Anchor Rope Supporting System to the Open－Cut Foundation Pit of the Tube

Wang Minghu
（5th Engineering Co．Ltd．of the 18th Bureau Group of China Railway，Tianjin 300450，China）

Abstract：A certain station of Line Two of the Shenyang Metro is built by means of open－cutting，with the reinforcing anchor rope supporting system adopted．Reinforcing anchor ropes are provided both horizontally and vertically while the vertical anchor ropes are anchored in the bored piles by way of mid－beams．On the hand，the anchoring force of the anchor rope is passed to the protective pile to densify the earth body．On the other，the reinforcing action applied by the anchor rope changes the stress state of the broken earth body so as to ensure the self stability of the earth body of the side slope of the excavated foundation pit．The construction principle and composition，construction processes and technical characteristics of the reinforcing anchor rope are dealt with in the paper．Construction practice shows that the application of reinforcing anchor ropes to the construction of deep foundation pits as the supporting system has obvious advantages in maintaining the structural strength，the integral stability and in reducing the effect of deformation．

Key words：reinforcing anchor rope；tube；maintenance for deep foundation pit；slip－casting

作者简介：王明湖（1982—），男，工程师，主要从事地铁施工管理工作 wangjihua1001＠163．com

收稿日期：2015－10－08

中图分类号：TU473．2

文献标识码：B

文章编号：1672－3953（2016）01－0074－04

DOI：10．13219／j．gjgyat．2016．01．020