广州地铁火车站站围护结构施工技术
2009-03-25 00:18
广州地铁火车站站围护结构施工技术
摘要:土钉墙和预应力锚索支护是现阶段土木工程基坑施工中广泛采用的一种基坑支护施工技术。通过广州地铁五号线火车站站房基坑明挖完成人工挖孔桩加预应力锚索和土钉墙综合支护技术的实例,详细介绍预应力锚索的施工组织管理。
关键词:基坑支护 应力锚索 土钉墙 施工组织管理
1 工程概况
广州轨道交通五号线首期工程(至文冲段)广州地铁火车站站位于广州市老城区中最繁华且交通流量较大的城市主干道环市西路北侧,广州火车站中广场与东广场之间。车站为东西走向,周边高楼密集,道路纵横。站位以北是华南地区最大的火车站———广州火车站,南边为环市西路(内环高架桥),西侧为地铁二号线车站,东侧为地中海商场地下人防工程、地下停车场及地下过街通道,车站周边主要有流花邮局、红棉酒店、流花宾馆、天马大厦、白马大厦、市电信局、友谊宾馆等建筑。该地区是广州市对外交通的门户,是珠江三角洲的客运枢纽,也是广州市一级旅游商贸区。
根据广州地铁火车站站所处的地理位置、地质条件,广州地铁火车站站明挖区的围护结构可采用Φ1 200 mm人工挖孔桩加预应力锚索和土钉墙综合支护技术。人工挖孔桩示意图见图1。
围护桩桩身混凝土采用C30混凝土,设计桩身直径1 200 mm,桩长为19.95 m,桩芯相切,护壁厚150mm,互相咬合,嵌固深度为2.5 m,钢筋笼纵向筋混凝土保护层为70 mm。
冠梁尺寸为1.3 m×1.0 m,采用C30混凝土。沿人工挖孔桩竖向设置四道(局部三道)400 mm×600mm混凝土腰梁和四道预应力锚索(局部三道),呈矩形布置,采用下倾钻孔,倾角为15°、10°和20°,水胶比≤0.5,灌浆液与锚索一同送入孔底。土钉墙中土钉为梅花形布置,竖直间距为1.2 m,水平间距为1.2 m,土钉采用下倾钻孔,倾角为15°,钢筋网为Φ8@150。土钉支护的基坑坡面设置Φ50 mm泄水孔。
2 预应力锚索施工工艺
沿人工挖孔桩竖向设置四道(局部三道)混凝土腰梁和四道预应力锚索(局部三道),呈矩形布置,采用下倾钻孔,倾角为15°,分别布置在距地面-2.5 m(第一排)、-5.5 m(第二排)、-8.5 m(第三排)、-12 m位置,局部三道预应力锚索的倾角分别为10°、8°和20°,布置在距地面-2.0 m、-5.0 m和-11 m位置,在土方开挖时随挖随锚固,采用400 mm×600 mm混凝土腰梁,现就预应力锚索施工方法作详细说明。
2.1 预应力锚索施工流程
预应力锚索施工流程见图2。
2.2 钻孔
1)一般要求:①保证钻孔在钻进、锚索安装和注浆过程中的稳定性,钻孔完成后应及时进行锚索安装和注浆。②钻孔须使用清水,不宜使用膨润土悬浮液和泥浆,当钻孔用水可能影响地层稳定性时,则采用无水钻进。③对于下倾的钻孔,待钻孔完成并清洗干净后,对孔口进行暂时封堵,碎屑、杂物不得进入孔口。④在钻孔过程中,注意钻孔速度、返回介质的成分与数量、地下水等资料的收集与记录,发现异常现象应及时与设计院沟通。
2)钻孔精度:钻孔直径是为了满足施工和锚索的锚固性能的需要,直径过小容易造成施工困难或影响锚索性能,过大则造成浪费,本工程中设计钻孔为下倾斜钻孔。向下倾斜钻孔,难免会在孔底聚集少量的废渣,这些碎屑将占据孔内一定的深度,因此要将钻孔延长,延长的钻孔长度控制在1 m之内。
钻孔精度要求满足以下要求:①钻孔孔径不小于设计要求。②钻孔实际长度不小于设计长度,且不应大于设计长度的1 %,对于下倾钻孔,应考虑松散物所占据的孔深度。③锚索钻孔在任何一个方向上的入口误差≤2.5°。④钻孔在钻进长度方向上的孔斜偏差不宜大于钻孔长度的1/30,当有特殊要求时,钻孔误差可根据实际需要确定。⑤钻孔水平方向的误差应≤50mm,垂直方向的误差应≤100 mm。
3)锚孔测放:根据施工设计图要求,将坡面按设计挖刷平顺,把锚孔位置准确测放在坡面上,孔位在坡面上纵横误差≤±50 mm。
4)钻孔设备:钻孔机具的选择应该根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度、以及施工场地条件等来选择钻孔设备。
5)钻机就位:根据坡面测放孔位准确安装并固定钻机,严格认真地进行机位调整,确保锚孔开钻就位纵横误差≤±50 mm,高程误差≤±100 mm,钻孔倾角和方向应符合设计要求,倾角允许误差为±1.0°,方位允许误差±2.0°。
6)钻进方式:锚孔钻进要无水干钻,禁止带水钻进。
7)钻进过程:钻进过程中应对每个孔的地层变化,钻进状态(钻压、钻速)、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。如遇塌缩孔不良钻进现象时,立即停钻,及时进行固壁灌浆处理(灌浆压力0.1~0.2 MPa),待水泥砂浆初凝后,重新扫孔钻进。
8)孔径孔深:钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值。
9)锚孔清理:钻进达到设计深度后,不能立即停钻,要求稳钻1~2 min,防止孔底尖灭,达不到设计孔径。
10)锚孔检验:锚孔成孔结束后,需经现场监理检验合格后,方可进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔,要求验孔过程中钻头平顺推进,不产生冲击或抖动,钻具验送长度满足设计锚孔深度,退钻要求顺畅,用高压风吹验不存在明显飞溅尘渣及水体现象。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位,全部锚孔施工分项工作合格后,即可认为锚孔钻进检验合格。
2.3 锚索制作及安装
锚索编束前要确保每根钢绞线顺直,不扭不交叉,排列均匀,严格按照设计尺寸下料,每股长度误差应≤±50 mm。钢绞线要用机械切割,严禁用电弧切割,并经除油和除锈处理合格,对有死弯、机械损伤及锈坑材料应剔除。
为保证工程质量,提高锚固力,要求二次注浆(劈裂注浆)装放二次注浆管和止浆密封装置(密封袋)。止浆装置设在自由段和锚固段的分界处,并具有良好可靠的密封性能,密封装置牢固地绑在承载体上。
锚索体自由段的防腐与隔离要严格按照设计要求施作。首先刷防锈油漆,然后涂脱水黄油,最后外套塑料套管处理。
1)塑料套管:塑料套管的材质、规格和型号应满足设计要求,具有足够强度,保证其在加工和安装过程中不致损坏。避免剪断和接头,如有接头应绑接牢固并作密封处理。
2)注浆管:注浆管应按设计要求留25 mm的镀锌钢管(二次注浆)和25 mm普通注浆管,并有足够强度,保证在注浆施工过程中注浆顺利,不堵塞、不爆管或无破损拉断。
3)锚索体长度:锚索体长度严格按照设计要求制作,锚固段长度制作允许误差为±50 mm,自由段长度除满足设计要求外,为考虑张拉设备和施工工艺要求,一般预留超长1.0~1.5 m。
4)锚索体检验:在锚索体制作完成后,进行外观检验和锚索体各部件检查。锚索编束绑架应符合设计要求,筋股顺直,不扭不交叉,互不贴接,排列均匀,绑架牢固。锚索自由段防锈漆、防腐油和各项缠绕密封措施应符合设计要求。
5)锚索体的储存、运输与吊装:组装完成的锚索体应顺直地分开摆放在通风干燥处,露天储存或制作时,不得直接与地面接触,并采用覆盖措施。水平运输时,各支点间距≤2 m。
6)锚索体安装:锚索体入放锚孔前,检查锚索体制作质量,确保锚索体组装满足设计要求,并经现场监理认可。锚索体入孔倾角和方位要求一致,要求平顺推送,严禁抖动、扭转和窜动,防止中途散束和卡阻。锚索体入孔长度应满足设计要求,锚索体安装完成后,不得随意敲击,不得悬持重物。
2.4 注浆
1)注浆准备:注浆准备工作除严格认真备制原材料配比和必要设备外,在注浆作业开始和中途停止较长时间再作业时,要用水或水泥浆润滑注浆泵及注浆管路。
2)注浆浆液及注浆:注浆浆液要严格按照配比搅拌均匀,随搅随用,浆液应在初凝前用完,并严防石块、杂物混入浆液。注浆浆体强度应≥40 MPa。采用孔底返浆注浆法进行注浆,注浆压力一般为2 MPa,直到孔底返浆从孔口溢出,普通注浆后再进行二次劈裂注浆。
3)注浆结束:锚孔灌浆作业用孔底返浆方式注浆,直至锚孔孔口溢出浆液或排气管停止排气时,方可停止注浆。注浆结束后,应观察浆液的回落情况,若有回落应及时补浆。
4)注浆记录与试验:注浆作业过程中应做好注浆记录,同时,每批次注浆都应进行浆体强度试验,取砂浆试件三组,保证满足设计浆体强度要求。
5)注浆方式:采用全段一次性注浆,一次常压注浆从孔底开始,直至孔口溢出浆液为止。
6)二次补充注浆:在预应力张拉锁定工序完成之后,对锚固体的自由段进行补充注浆。
2.5 张拉锁定封锚
1)锚索张拉:当注浆体达到预计强度后即可进行张拉。锚索张拉程序严格按照设计要求作业,常用张拉作业顺序和技术要求如下:
①边坡锚固工程之前锚索张拉宜采用超张拉,超张拉力值为设计拉力值的1.1~1.2倍。锚索张拉力值宜分两次张拉作业施加,第一次张拉作业值为设计张拉力值的一半,第二次张拉作业值直至超拉力值为止。每次张拉宜分为5~6级进行,除第一次张拉需要稳定30 min外,其余每级持荷稳定时间为5 min,并分别记录每级荷载对应锚索体的伸长量,按规定做好记录。张拉时锚索体受力要均匀,发现异常情况应分析原因,并及时处理解决。
②同一结构单元上的锚索张拉原则要求同步进行,确保结构受力均匀,避免局部变化和相互影响。如果因施工设备和结构条件限制,亦应结合上述两次张拉作业,根据结构单元受力特点与规律,按照合理的方式进行循环张拉。
③用循环张拉,在第一次张拉作业时,按照先左右后中间,先上下后中间和先对角后中间的作业原则进行,结合具体结构单元受力特点和锚孔布置情况,合理拟订张拉方案,报请设计和监理部门审核认可后,方可作业施工。第二次张拉作业,即按照第一次张拉作业顺序循环张拉作业,直至张拉满足设定最大张拉荷载值。
④压力分散型预应力锚索张拉应按一定的次序分单元采用差异分步张拉。即根据设计荷载和锚固单元长度计算确定差异荷载。首先分单元并补足各单元差异荷载,然后按前述张拉顺序整体同步分级张拉。
2)锚索锁定:锚索至设计最大张拉荷载值后,应持荷稳定10~15 min,然后卸荷进行锁定作业。锁定使用锚具和夹片应符合技术标准与质量要求。若发现有明显预应力损失,应及时进行补偿张拉。
3)锚孔封锚:锚索锁定后,须用机械切割余露锚索,严禁电弧烧割,并应留长5~10 cm外露锚索,以防拽滑。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙,并按设计要求封锚处理,宜用≥20 MPa的混凝土封闭,防止锈蚀和兼顾美观。
3 结语
通过对广州地铁五号线火车站站房明挖围护结构施工组织设计,并详细介绍预应力锚索施工组织设计,以及在施工存在的重大技术问题的解决方法,为今后采用预应力锚索施工组织以及在类似工程中遇到的问题提供经验。
参考文献
[1]余志成,施文华.深基坑支护与设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[2]龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.
