摘要：針對海南東環(huán)鐵路美蘭機(jī)場隧道基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過對拉力分散型錨桿試驗、設(shè)計、施工及檢測技術(shù)進(jìn)行深入的研究，并在工程應(yīng)用、技術(shù)總結(jié)的基礎(chǔ)上，編制本施工工法。
海南東環(huán)鐵路美蘭機(jī)場隧道總長4600m，采用明挖順作法施工。為加快施工進(jìn)度，研究采用預(yù)應(yīng)力錨索與鋼支撐聯(lián)合運(yùn)用的混合支撐體系。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+樁間旋噴止水帷幕的型式，支撐系統(tǒng)采用2排錨索+1排鋼支撐的型式。錨索結(jié)構(gòu)采用單孔復(fù)合錨體系，即拉力分散型錨索，并采用2次高壓劈裂注漿。
1工法特點(diǎn)
(1)錨索設(shè)計采用1樁1錨，并根據(jù)提供拉力值的不同采用2～3個錨固段。
(2)同一排相鄰錨索傾角分別為10°和15°向下交錯布置，以避免群錨效應(yīng)。
(3)用土錨代替鋼橫撐作為側(cè)壁支撐，不但可以大量節(jié)省鋼材，而且能改善施工條件，提供開闊的施工空間，提高挖土和結(jié)構(gòu)施工的效率和質(zhì)量。
(4)錨桿施工機(jī)械及設(shè)備所需的作業(yè)空間小，可為各種地形及場地所選用。
(5)拉力分散型錨桿黏結(jié)力分布均勻，蠕變變形量小，應(yīng)力峰值可降低2／3以上，地層強(qiáng)度利用率高。
(6)拉力分散型錨桿抗拔力與錨固長度成比例增長；同等錨固長度?？拱瘟商岣?0％。
(7)工程造價節(jié)約25％以上。
2適用范圍
(1)土層錨桿拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于地質(zhì)條件較好、有錨固力的地層，且具備設(shè)置錨索的地下空間條件。
(2)需要為土方開挖和主體結(jié)構(gòu)施工提供寬闊的空間和良好的條件、以縮短施工工期情況。
(3)合理利用土體強(qiáng)度傳遞與承受支護(hù)樁結(jié)構(gòu)的拉力，盡可能減少內(nèi)支撐用量。
(4)單束錨固力要求較大，錨固段周邊巖土層穩(wěn)定、完整。
3工藝原理
土層錨桿是指由錨頭、錨筋和錨固體組成，其外端通過后臺(腰梁及圍檁或擋土樁身等)和錨頭與擋土結(jié)構(gòu)連接，另一端錨固在穩(wěn)定土體中，形成以圍護(hù)基坑邊坡穩(wěn)定的受拉構(gòu)件。土層錨桿的傳力過程如下：
(1)擋土結(jié)構(gòu)將作用其上的、由土壓力等側(cè)壓力所形成的推力傳遞給后臺(腰梁及圍檁或擋土樁身等)。
(2)經(jīng)臺座將此推力傳遞給錨頭。
(3)再經(jīng)錨頭的錨具將此推力傳遞給錨桿自由段中的錨筋，使錨筋受拉。
(4)錨筋拉力借助于錨筋與錨固體(水泥結(jié)石體)之間的握裹力傳遞給錨固體。
(5)最后經(jīng)錨固體的摩阻力將錨桿拉力傳遞給錨固土層。
拉力集中型錨桿和拉力分散型錨桿黏結(jié)力沿錨固段長度的分布見圖1。
4施工工藝流程及操作要點(diǎn)
4.1施工工藝流程
土層錨桿施工的工藝流程見圖2。
4.2操作要點(diǎn)
4.2.1樁體開孔
錨索孔穿過鉆孔灌注樁時與鋼筋籠鋼筋有沖突，要對鋼筋籠主筋位置進(jìn)行調(diào)整和加強(qiáng)，開孔位置與調(diào)整過的鋼筋籠對應(yīng)。
4.2.2土層鉆孔
采用濕作業(yè)法即壓水鉆進(jìn)、全程套管跟進(jìn)成孔工藝，鉆出的土石用水沖刷出孔，工藝要領(lǐng)如下：
(1)鉆孔前，根據(jù)設(shè)計要求和土層條件，定出孔位，做出標(biāo)記。
(2)作業(yè)面場地要平坦、堅實、有排水溝，場地寬度>4m。
(3)鉆機(jī)就位后，應(yīng)保持平穩(wěn)，導(dǎo)桿或立軸與鈷桿傾角一致，并在同一軸線上，鉆進(jìn)方向與護(hù)壁樁面垂直，遇有個別灌注樁高低參差不齊時，注意調(diào)整錨孔位置，防止相互交錯。
(4)錨桿鉆機(jī)鉆頭對準(zhǔn)錨位點(diǎn)時，上下、左右角度要反復(fù)調(diào)整，三0者兼顧，使其符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。
(5)為防止涌水涌砂現(xiàn)象，孔口采用止水裝置。水壓力控制在0.15MPa～0.30MPa，注水應(yīng)保持連續(xù)；鉆進(jìn)速度300mm／min～400mm／min為宜。
(6)每次接鉆桿時要上潤滑油，先人工認(rèn)扣，然后用機(jī)械上緊；不直接用機(jī)械認(rèn)扣，以免將扣咬壞。
(7)每節(jié)鉆桿鉆進(jìn)后在進(jìn)行接鉆前，反復(fù)提插內(nèi)鉆桿，并用水沖洗，徹底清孔，至出水清徹后，接下一節(jié)鉆桿。
(8)遇有粗砂、砂卵石，在鉆桿鉆至最后一節(jié)時，將內(nèi)鉆桿往下多插一些，以防粗砂、卵石將套管堵塞。
(9)在鉆進(jìn)過程中，合理掌握鉆進(jìn)參數(shù)，合理掌握鉆進(jìn)速度，防止埋鉆、卡鉆等各種孔內(nèi)事故。一旦發(fā)生孔內(nèi)事故，應(yīng)爭取一切時間盡快處理，并備齊必要的事故打撈工具。
(10)鉆至規(guī)定深度后，徹底清孔，用清水把孔底沉渣沖洗干凈。直至孔口清水返出。
(11)鉆機(jī)、鉆具用完后，及時清洗保養(yǎng)。
鉆孔涌水、涌砂的處理措施：①孔口接長套管；②鉆孔時采用泥漿護(hù)壁，利用泥漿壓力平衡地下水壓力；③采用套管超前和鉆頭跟進(jìn)的辦法；④對于壓力特別大的孔口，采用插入小管(小管出水口標(biāo)高高于錨索孔出水口30cm)，周邊堵塞的辦法，讓孔口只流少量的水不涌砂，適當(dāng)降低水位。
4.2.3錨桿桿體的組裝與蛋放
(1)制作錨桿的鋼絞線使用前，先進(jìn)行拉伸破壞試驗，檢驗是否滿足設(shè)計強(qiáng)度要求。
(2)鋼絞線鋼絲要求平直、順直、除油除銹。插錨索前須對錨固段進(jìn)行除油脂處理，而自由段必須包裹塑料套管以與漿體隔離，達(dá)到“自由”的目的。
(3)錨索的制作應(yīng)按設(shè)計尺寸下料，斷好的鋼絞線長度要基本一致，每根鋼絞線的下料長度誤差不大于50mm。
(4)按設(shè)計要求制作錨桿，鋼絞線平直排列，為使錨桿處于鉆孔中心，鋼絞線沿桿體軸線方向每隔1.0m-1.5m設(shè)置一個隔離架(定位器)，注漿管和排氣管與桿體綁扎牢固。
(5)錨索體先制成單元錨索，再由2個或2個以上單元錨索組成復(fù)合型錨索。綁好的鋼絞線束端部用粗鉛絲綁牢，避免參差不齊或散架。
(6)桿體自由段套裝塑料管，錨索自由段長度不同，施工中要區(qū)分開，各單元錨索的外漏端用不同顏色的油漆做好標(biāo)記，在錨索張拉前標(biāo)記不得損壞，以免弄混；錨索自由端套管注意加以保護(hù)，破損后水泥漿進(jìn)入套管影響自由段長度影響拉力分配，與錨固段連接處用鉛絲綁扎，避免自由段管內(nèi)進(jìn)漿。
(7)安放錨桿桿體時，防止桿體扭曲、壓彎，注漿管隨錨索一同放人鉆孔。桿體放入角度與鉆孔傾角保持一致，安好后使桿體始終處于鉆孔中心。
(8)錨桿插入孔內(nèi)的深度不應(yīng)小于錨索長度的98％，鋼絞線的外留量視使用的千斤頂而定，一般從護(hù)壁樁表面算起的外留量為1.0m左右。
(9)若發(fā)現(xiàn)孔壁坍塌，應(yīng)重新透孔、清孔，直至能順利送人錨桿為止。
4.2.4注漿與拔管
注漿采用二次灌漿技術(shù)，一次注漿采用常壓注漿工藝，二次注漿采用高壓劈裂注漿工藝，一次注漿的同時拔出鉆機(jī)套管。注漿設(shè)備有足夠的漿液生產(chǎn)能力和所需的額定壓力，采用的注漿管能在1h內(nèi)完成單根錨索的連續(xù)注漿。
4.2.5張拉與鎖定
(1)張拉程序應(yīng)先分次張拉各單元錨索，以消除在相同荷載作用下因自由段長度不等而引起的彈性伸長差。
(2)因各單元錨桿自由段長度不等，為保證錨桿在工作荷載狀態(tài)下受力均等，應(yīng)按△lNt·l/E·A(Nt為錨桿的極限荷載)對自由段較長的單元錨桿預(yù)先進(jìn)行變形補(bǔ)償。
(3)正式張拉前應(yīng)取0.1～0.2拉力設(shè)計值Nt對錨索預(yù)張拉1～2次，使錨索完全平直，各部位接觸緊密。張拉時先張拉單元錨索，消除在相同荷載作用下因自由段長度不等引起的彈性伸長差，再同時張拉各單元錨索并鎖定。
(4)錨索張拉荷載的分級和位移觀測時間見表1。
(5)拉力分散型錨桿張拉分為3個階段：初張拉、第一次張拉和第二次張拉(鎖定)。
4.3應(yīng)急措施及應(yīng)急物資
4.3.1應(yīng)怠措施
(1)錨索施工過程中出現(xiàn)涌砂的處理措施：①接長套管，鉆孔時采用泥漿護(hù)壁，利用泥漿壓力平衡地下水壓力，可有效成孔。②注漿時加大注漿壓力，確保水泥漿沖破泥漿層，保證錨索提供設(shè)計所要求抗拔力。③從地面和鉆孔樁間注漿，在出現(xiàn)涌砂地段注水玻璃水泥雙液漿，保證錨索成孔。
(2)灌注樁間止水帷幕出現(xiàn)漏水、涌砂的措施：①開挖時，先開挖靠近樁兩側(cè)的土方，若發(fā)現(xiàn)有潺水、漏砂現(xiàn)象，馬上回填反壓，并注水泥、水玻璃雙液漿進(jìn)行預(yù)堵處理。②發(fā)現(xiàn)止水帷幕出現(xiàn)漏水涌砂時立即停止坑內(nèi)作業(yè)，并于基坑內(nèi)以砂袋或土封堵漏水涌砂點(diǎn)。③加強(qiáng)周邊地下水位、地表沉降的觀測及樁的位移監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)接近警戒值時應(yīng)立即采取加固、回灌等措施，確保周邊建筑物及基坑安全。④立即進(jìn)行HDI注漿，即樁問間隙注漿，其方法是在漏水涌砂點(diǎn)附近的旋噴樁與鉆孔灌注樁間隙打孔注漿，注漿孔距漏水點(diǎn)1m～2m；注漿孔徑Ф110mm；注漿終壓0.2MPa～0.5MPa；注漿范圍在出水點(diǎn)上下各1m～2m范圍，漿液凝固時間控制在5s～15s。注漿時采用拔式一次性足量連續(xù)快速灌注漿液進(jìn)行封堵。⑤為保證漿液能快速凝固，提高砂土的強(qiáng)度和防滲性能，及時封堵漏水點(diǎn)，漿液一般采用水泥一水玻璃雙液漿。⑥水泥—水玻璃雙液漿配合比：水泥：水玻璃：氫氧化鈣：磷酸氫二鈉=1：0.5：0.1：0.02。水泥采用425或525普通硅酸鹽水泥；水玻璃濃度39～42玻美度、模數(shù)2.4～3.4，摻入前用清水稀釋成25玻美度的最佳濃度。注漿前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場注漿試驗，根據(jù)注漿試驗確定漿液的最佳配合比及注漿終壓值。
(3)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大，基坑有失穩(wěn)趨勢的應(yīng)急措施：①事先準(zhǔn)備好鋼支撐，增加鋼支撐。②對錨索進(jìn)行補(bǔ)張拉或增補(bǔ)錨索。③對基坑進(jìn)行局部或全面回填，贏得時間進(jìn)行支撐加固。
(4)基坑隆起的應(yīng)急措施：①采取分段開挖，分段施工墊層，土方挖到設(shè)計標(biāo)高時，盡量減少暴露時間，盡快澆注砼墊層，加快基礎(chǔ)底板的施工進(jìn)度；要注意做好排水，防止坑內(nèi)浸水。②嚴(yán)禁在基坑周圍搭建臨時建筑物，基坑邊施工機(jī)械超載嚴(yán)格控制在設(shè)計允許范圍以下，嚴(yán)禁在基坑邊堆土、堆料。③基坑開挖至設(shè)計標(biāo)高時，加強(qiáng)基坑底隆起監(jiān)測。當(dāng)發(fā)現(xiàn)基坑土回彈變形過大，將危及圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全時，一方面應(yīng)在基坑外卸載；另一方面在基底壓重，如堆砂石袋或其他壓重材料，或用快凝壓力注漿或高壓旋噴對基底土體進(jìn)行加固；周邊條件允許時也可以在坑外進(jìn)行深層降水減壓，同時加大基坑內(nèi)降水力度，但坑內(nèi)降水深仍應(yīng)控制在基坑底以下0.5m左右，且不得超過1m。
4.3.2應(yīng)急物資
5材料與設(shè)備
5.1材料
(1)預(yù)應(yīng)力桿體材料選用鋼絞線、高強(qiáng)度鋼絲或高強(qiáng)螺紋鋼筋。當(dāng)預(yù)應(yīng)力值較小或錨桿長度小于20m時，預(yù)應(yīng)力筋也可采用Ⅱ級或Ⅲ級鋼筋。
(2)水泥漿體材料：水泥采用普通硅酸鹽水泥，必要時采用抗硫酸鹽水泥，不使用高鋁水泥。細(xì)骨料選用粒徑小于2mm的中細(xì)砂。采用符合要求的水質(zhì)，不得使用污水，不得使用pH值<4的酸性水。
(3)塑料套管材料：應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，保證其在加工和安裝過程中不致?lián)p壞，具有抗水性和化學(xué)穩(wěn)定性，與水泥砂漿和防腐劑接觸無不良反應(yīng)。
(4)隔離架應(yīng)由鋼、塑料或其他桿體無害的材料制作，不得使用木質(zhì)隔離架。
(5)防腐材料：在錨桿服務(wù)年限內(nèi)，應(yīng)保持其耐久性，在規(guī)定的工作溫度內(nèi)或張拉過程中不開裂、變脆或成為流體，不得于相鄰材料發(fā)生不良反應(yīng)，應(yīng)保持其化學(xué)穩(wěn)定性和防水性，不得對錨桿自由段的變形產(chǎn)生任何限制。
5.2設(shè)備
6質(zhì)量控制
6.1保證項目
(1)錨桿工程所用原材料、鋼材、水泥漿、水泥砂漿標(biāo)號必須符合設(shè)計要求。
(2)錨固體的直徑、標(biāo)高、深度和傾角必須符合設(shè)計要求。
(3)錨桿的組裝和安放必須符合《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(CECs22：90)的要求。
(4)錨桿的張拉、鎖定和防銹處理必須符合設(shè)計和施工規(guī)范的要求。
(5)土層錨桿的試驗和監(jiān)測必須符合設(shè)計和施工規(guī)范的規(guī)定。
6.2基本項目
(1)水泥、砂漿及接駁器必須經(jīng)過試驗，并符合設(shè)計和施工規(guī)范的要求，有合格的試驗資料。
(2)在進(jìn)行張拉和鎖定時，臺座的承壓面應(yīng)平整，并與錨桿的軸線方向垂直。
(3)進(jìn)行基本試驗時，所施加最大試驗荷載(Qmax)不應(yīng)超過鋼絲、鋼絞線、鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.8倍。
(4)基本試驗所得的總彈性位移應(yīng)超過自由段理論彈性伸長的80％，且小于自由段長度與1／2錨固段長度之和的理論彈性伸長。
6.3允許偏差
(1)鉆孔直徑150mm，錨索水平、垂直方向的孔距誤差不大于100min，鉆頭直徑不小于設(shè)計鉆孔直徑3mm。
(2)鉆孔軸線偏斜率不大于錨索長度的2％。
(3)錨索鉆孔深度不小于設(shè)計長度，也不大于設(shè)計長度500mm。
(4)錨固體強(qiáng)度不低于M100。
(5)灌漿量不小于理論計算量的1.2倍。
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