预应力锚桩支护技术在东湖隧道工程中的应用

蓝 轶

0 引言

伴随城市交通快速发展，地面交通已经无法满足城市生活、生产的需要。为有效解决地面交通拥堵问题，城市地铁、隧道建设如雨后春笋般兴起。深基坑支护技术也得到广泛的运用，特别是地下连续墙、SMW工法桩+钢支撑、灌注桩+钢支撑等技术运用也日趋成熟。然而，在确保深基坑施工安全的同时，也要考虑方案的经济可行，基坑支护对后续施工的影响。本文将介绍一种新型的无内支撑的支护方式，即预应力锚桩支护技术在东湖隧道工程中应用情况。

1 工程概况

1.1 工程简介

东湖隧道为武汉市二环线洪山侧路～东湖路段道路改扩建工程中的一部分，工程全长1 735 m，其中隧道段长度1 585 m;为双向四车道设计，开挖深度10 m～14 m。

隧道土建工程投资约3.67亿元;2009年1月开工，计划2010年年底完成土建工程。东湖隧道工程为武汉市标志性工程，为二环线控制性工程，其受市民关注度高，工期紧，且受汛期影响，东湖隧道湖中段K4+297～K4+918，全长621 m。

1.2 工程地质情况

湖中段施工地质条件较差，特别是②-1，②-2，③-3a地层，为淤泥或淤泥质土。

1.3 新方案提出

受茶港箱涵及水果湖通水影响，湖中岸边段土方开挖及主体结构施工只能在2009年10月～2010年4月的枯水季节施工。

1)工期分析:若采取原SMW工法桩+钢支撑支护技术，湖中段26节主体结构，采取两个班组平行流水作业，平均每节施工工期仅为 14 d。工期紧迫，根据以往施工经验，在钢支撑内挖土，效率较低，且支撑拆除也需要占用时间。原方案从工期上无法保证。2)场地分析:因钢支撑需要重型吊装设备，对道路场地要求高，而原围堰内施工便道难以满足钢支撑安拆需要，原设计方案难以实现。3)质量分析:原设计方案，在钢支撑处主体结构钢筋制安较麻烦，钢筋接头增多，混凝土水平方向施工缝增多，不利于主体结构质量，且防水施工也难以保证预铺卷材的平整度。而采取预应力锚桩施工技术，由于没有内支撑障碍，土方施工和主体结构施工将大大加快，结构质量也比钢支撑方案更好控制，现场道路条件也满足新方案需要。

2 预应力锚桩方案实施

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

2.2 锚桩主要施工措施

1)测量定位。待基坑边坡开挖至锚索设计位置后，根据锚索设计标高在锚索桩上用红油漆做出标记并编号。

2)钻孔。a.钻机就位后，根据标记位置对好开孔孔位，用地质罗盘测好钻机角度，开孔角度为下倾 20°，钻孔深度在设计孔深的基础上加深0.5 m。b.水循环钻孔时利用水循环结合地层自造浆循环钻进成孔，起到护壁及携带岩粉作用，同时应控制好循环泵量，以避免冲击孔壁、塌孔等。当遇到松散破碎、易塌孔地层较难成孔时，应采取跟管护壁法钻进施工。钻孔结束后，应进行清孔。

3)锚索编制及下锚。a.在锚索作业区附近选一区域作为加工车间，搭建一锚索编制平台，进行集中编制锚索。b.锚索钢绞线采用高强度、低松弛预应力钢绞线，直径为 15.2 mm，极限强度 1 860 MPa。编索前对进场钢绞线进行极限强度、屈服强度和伸长率力学试验，分别随机抽取三圈钢绞线各取一根，每根长1 m。c.根据锚索设计长度另加长1.0 m(预留张拉段)下料，用切割机切断钢绞线，禁止电弧切割。把切割下来的钢绞线均匀排列在加工平台上，要求平直、不扭不叉并需要除锈、除油污，对有死弯、机械损伤及锈坑处应整根剔出。d.编制时，锚固段每隔1 m设置一个隔离架，使锚索居中，两隔离架之间用箍紧环箍紧，以形成灯笼形(或梭形)，达到较大受力效果。自由段先刷防锈漆，再涂满黄油，然后再每根套上波纹套管(波纹管宜用两种颜色的，以区别第一和第二张拉单元，避免张拉混淆)。锚索体中间穿入注浆管，注浆管前端用胶布封住，以免杂物堵塞管口，影响注浆。锚索编制好后要进行编号挂牌，并做好防护，避免雨淋生锈等。e.钻孔结束经验收合格后，应及时对号安放锚索入孔，入孔时防止锚索扭曲。下锚结束后，应进行洗孔，待循环水基本清澈后进行注浆。

4)注浆。a.选用挤压式注浆泵，采用从孔底返浆法一次式压力注浆。b.施工前应做两种浆液的配合比试验，以选择最佳的浆液类型及配合比。水泥选用42.5普通硅酸盐水泥，为满足现场施工泵送砂浆对浆体流动性的要求，浆液中外加FDN高效减水剂，加量0.5%。考虑浆液凝结时产生的收缩变形，同时也为了改善防裂及抗渗性，浆液中加入UEA型膨胀剂，加量0.1%。c.施工中用高速机械搅拌机均匀搅拌，固结体强度的质量是锚索施工成功的关键，要严格控制好施工配合比。注浆以孔口返浆为止，对孔内注浆一次不饱满的，应进行补浆。d.根据土质情况确定水泥掺量为15%～20%。

5)制作腰梁。按照设计，提前加工钢筋，注浆结束后即开始绑扎钢筋;然后关模浇筑C30混凝土，要求腰梁的外端斜面必须与锚索轴线垂直，并进行养护。

6)张拉锁定。a.待孔内浆体、腰梁混凝土强度达到设计强度的80%后即可进行张拉。b.张拉锚具采用具有多次张拉工艺的OHM15-G锚具，张拉前随机抽取锚具总量的5%对工程锚具、夹片做洛氏硬度试验，对张拉千斤顶、对应压力表(精度不低于1.5级)进行标定，取得荷载与压力值关系计算公式。以上试验均须在有一定资质的试验室进行。c.张拉锁定结束后，用砂片切割机切除预留张拉段，用C30素混凝土封闭锚头。

3 效果检查

3.1 基坑稳定性

1)湖中段深基坑采用SMW工法桩+预应力锚桩支护结构经受了堆土、长臂挖机、履带吊等施工荷载和降雨等各种不利因素的考验。2)基坑位移观测结果表明:采用无内支撑预应力锚桩支护的基坑的最大位移为13 mm，小于规范规定的40 mm要求。

3.2 工期情况

1)2010年4月10日完成湖中及岸边段主体结构施工，确保汛期到来之前，湖中段施工场地满足过水条件。2)采用新方案围护结构及主体结构施工便利，工期比原方案节约48 d。

3.3 工程造价比较

采用预应力锚桩技术较钢支撑施工造价进行对比，按照施工长度每延米进行换算，造价比较见表1。

表1 工程造价分析对比表

4 结语

预应力锚桩支护技术成功应用于东湖隧道湖中段围护结构工程，取得明显经济效益、社会效益。其安全性、经济性、便捷性较为突出。该技术适用于各种土层，可推广应用至城市地铁、房屋建筑等深基坑工程。

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[2] 地下铁道工程施工及验收规范[M].北京:中国计划出版社，2004.

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