富水粗砂層錨索施工涌水涌沙處理技術(shù).doc

富水粗砂層中錨索施工涌水涌砂處理技術(shù)中鐵十五局集團(tuán)城交公司 韋尚坤【內(nèi)容摘要】 深圳地鐵二號(hào)線東延線工程土建2224標(biāo)段崗廈北站華強(qiáng)北站區(qū)間設(shè)一盾構(gòu)井（兼做軌排井），采用五道錨索支撐，錨索施工中出現(xiàn)涌水涌砂情況下，安全、順利地完成了施工任務(wù)。本文結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)介紹了富水粗砂中錨索施工中涌水涌砂處理技術(shù)，為同類工程施工具有參考意義?！娟P(guān)鍵詞】 粗砂層 錨索施工 涌水涌砂 處理技術(shù)1 工程概況深圳地鐵二號(hào)線東延線工程土建2224標(biāo)段崗廈北站華強(qiáng)北站區(qū)間設(shè)一盾構(gòu)井（兼做軌排井），里程為YCK28049YCK28129 ，基坑長(zhǎng)度為80m，深19米，工程位于深圳市中心公園內(nèi)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm厚地下連續(xù)墻。盾構(gòu)井段第一、二、三道采用環(huán)框梁支撐，第四、五道采用鋼支撐，軌排井段采用五道錨索支撐。預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)選用1*7標(biāo)準(zhǔn)型鋼絞線，公稱直徑15.2mm，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860Mpa。錨索間水平間距2m，垂直間距44.5m。第一道錨索錨固段長(zhǎng)度19m，自由段長(zhǎng)度12m，第二道錨索錨固段長(zhǎng)度20m，自由段長(zhǎng)度11m，第三道錨索錨固段長(zhǎng)度21.5m，自由段長(zhǎng)度10m，第四道錨索錨固段長(zhǎng)度22m，自由段長(zhǎng)度8m，第五道錨索錨固段長(zhǎng)度17.5m，自由段長(zhǎng)度5m。2 工程地質(zhì)條件軌排井地質(zhì)情況從地面至基坑底分別為雜填土，粗砂層，全風(fēng)化花崗巖和半土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層，地下水埋深2.6m，以孔隙水為主，局部具有承壓性，地質(zhì)斷面如圖1所示： 圖1 軌排井地質(zhì)斷面圖軌排井地層分布特征見(jiàn)下表：軌排井主要地質(zhì)分層特征表（地面至基底）序號(hào)分層代號(hào)巖土層名稱平均層厚（m）地質(zhì)特點(diǎn)1雜填土5主要成分為生活垃圾、粉質(zhì)粘土，碎石等，灰黃色，稍濕，疏松。2粗砂層9.2灰黃、黃褐色，松散中密，飽和。3全風(fēng)化花崗巖4.9黃褐色，裂隙極發(fā)育，原結(jié)構(gòu)基本破壞，遇水易軟化、崩解。4半土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖5.6黃褐色，局部夾灰白、灰綠色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，原巖結(jié)構(gòu)可辨析，遇水軟化、崩解。3 錨索施工錨索施工設(shè)備采用履帶式全液壓錨索機(jī)，這種錨索機(jī)移動(dòng)方便，操作靈活，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)各種角度，根據(jù)不同作業(yè)性質(zhì)的環(huán)境，可采用不同功率，并能控制套管上扣和卸扣，施工速度快，效率高。錨索施工工藝流程為：施工放線連續(xù)墻開(kāi)孔施鉆錨索孔制作束體并將其放入錨索孔固定束體進(jìn)行注漿澆筑腰梁安裝鋼錨墊板張拉及鎖定使束體產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力與腰梁、連續(xù)墻連接成整體。施工中遵循“分段分層、由上而下、先錨固、后開(kāi)挖”的原則進(jìn)行錨索施工及基坑開(kāi)挖，開(kāi)挖土方至下道錨索位置后,進(jìn)行錨索施工，待腰梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求，錨索張拉完成后進(jìn)行下層土方開(kāi)挖。3.1錨索施工重難點(diǎn)由于本基坑地質(zhì)條件的特殊性，錨索內(nèi)力值較大，設(shè)計(jì)錨索孔徑為180mm?？讖酱螅瑸榉乐顾?，采用全套管跟進(jìn)技術(shù)，不許采用泥漿護(hù)壁，這在廣東地區(qū)錨索施工中是非常少見(jiàn)的，并且是在粗砂層中，施工難度大，技術(shù)要求高，施工所用180mm鋼套管市場(chǎng)根本買不到，需要專門加工制作。錨索施工中第三、四道錨索要穿越富水粗砂層，如何解決錨索施工中涌水涌砂將是施工中的難點(diǎn)之一。如何確保粗砂層中錨索施工質(zhì)量，是施工中又一大難點(diǎn)，也是確?；邮欠癜踩闹匾蛩?。3.2涌水涌砂原因根據(jù)地質(zhì)勘查資料，軌排井處存在厚度9.2m的粗砂層，且地下水壓力大，富存在各地層中，錨索施工中將連續(xù)墻打穿后，在壓力水流的作用下水和砂順著錨索孔流出，發(fā)生涌水涌砂現(xiàn)象，多次造成地面塌陷，危害基坑安全。3.3涌水涌砂處理措施錨索孔傾角值為20,孔徑180mm，錨索施工前首先要將基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻錨索孔處連續(xù)墻打穿，當(dāng)施工第三道、第四道錨索時(shí)，在打穿連續(xù)墻錨索孔時(shí)就出現(xiàn)了嚴(yán)重的涌水涌砂現(xiàn)象，沒(méi)多時(shí)就涌出幾立方水和砂,錨索成孔困難，有的錨索孔連打穿連續(xù)墻都很困難，給錨索施工帶來(lái)了極大困難，連續(xù)墻錨索孔施工如下圖2所示。要確保施工錨索過(guò)程中不出現(xiàn)涌水涌沙，就要降低基坑外水位到錨索孔口以下,這需要設(shè)大量的降水井,不僅要增加相當(dāng)大的投入，而且大量的降水會(huì)引起地面及周邊建筑物沉降。另外，地下水在基坑北側(cè)福田河的補(bǔ)給下，降水不一定起到效果。如果從地面對(duì)砂層加固，也不一定能達(dá)到效果，而且施工時(shí)間長(zhǎng)。在施工工期、周邊環(huán)境、地4鋼套管施工方法由于將連續(xù)墻打通以后就會(huì)出現(xiàn)涌水涌砂，施工中工序銜接及材料的準(zhǔn)備一定要到位，這樣才能將涌水涌砂量減小到最少，鋼套管施工步驟如下：鋼套管準(zhǔn)備到現(xiàn)場(chǎng)錨索孔設(shè)計(jì)為180mm，連續(xù)墻的鉆孔為200mm，鋼套管采用190mm的無(wú)縫鋼管，根據(jù)基坑外水壓力計(jì)算，鋼套管長(zhǎng)3m即可平衡基坑外的水壓力，所以，選用的鋼套管長(zhǎng)3m。連續(xù)墻取孔材料、人員準(zhǔn)備到位后，首先要將連續(xù)墻上的錨索孔采用鉆孔機(jī)將連續(xù)墻打穿，鉆 鋼套管打入當(dāng)連續(xù)墻取孔后，立即將鋼套管一端插入錨索孔內(nèi)，另一端用挖掘機(jī)頂住后打入，外露部分與墻面平齊，如圖3所示。圖2 連續(xù)墻錨索孔施工圖質(zhì)情況等制約下，通過(guò)多次實(shí)踐,最后采用打入鋼套管的方法進(jìn)行施工,解決了施工難題,涌水涌砂得到了有效控制，錨索施工也得以順利進(jìn)行?？卓讖?00mm，角度20。設(shè)備人員準(zhǔn)備到位打入鋼套管采用現(xiàn)場(chǎng)挖掘機(jī)頂進(jìn)，需配備人員45名。圖3 錨索孔內(nèi)鋼套管施工圖5錨索施工中注漿措施錨索安設(shè)完畢驗(yàn)收合格后進(jìn)行注漿，注漿采用從孔底到孔中返漿式注漿。針對(duì)粗砂地層中注漿容易出現(xiàn)漿液充滿砂石空隙后漿液外流的情況，施工中采用在漿液中摻減水劑或速凝劑及間歇式反復(fù)注漿的辦法，控制漿液向周邊流動(dòng)，直至注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力為止。試驗(yàn)結(jié)果匯總表序號(hào)錨索編號(hào)最大試驗(yàn)荷載（KN）最大位移（mm）卸載至0.1T時(shí)殘余位移（mm）總彈性位移（mm）設(shè)計(jì)抗拔承載力（KN）設(shè)計(jì)抗拔承載力時(shí)位移（mm）備注1MSY-1088371.9911.4260.5773656.76合格2MSY-12113463.0018.0045.0094548.00合格3MSZ-10133292.0012.0080.00111074.00合格6地面處理措施在連續(xù)墻開(kāi)孔和錨索施工時(shí)，由于有部分砂和水流出來(lái)，造成連續(xù)墻背后地層沉降和土體松動(dòng)，對(duì)基坑安全存在一定隱患，錨索施工完成后，有針對(duì)性的采取地面袖閥管注漿進(jìn)行加固處理。袖閥管間距1m1m，梅花型布置，加固范圍根據(jù)流砂量實(shí)際情況確定，漿液采用水泥+水玻璃雙液漿。袖閥管施工時(shí)要錯(cuò)開(kāi)錨索的位置，避免損傷錨索。7錨索孔漏水處理措施錨索施工完成后，由于基坑外水壓較大，外側(cè)水從錨索孔沿錨索流入基坑內(nèi)，容易使基坑內(nèi)土體浸水軟化，給基坑開(kāi)挖帶來(lái)一定的困難。為保證基坑內(nèi)土體干燥，基底承載力達(dá)到要求，必須對(duì)漏水錨索孔進(jìn)行封堵。封堵分兩步進(jìn)行，首先采用向漏水錨索孔內(nèi)注聚氨酯溶液，將水封閉后再進(jìn)行錨索張拉，張拉后再次出現(xiàn)漏水錨索孔，采用從錨索孔旁邊鉆斜孔，埋入注漿管后注入聚氨酯溶液，直到將水封閉。8錨索試驗(yàn)由于錨索的設(shè)計(jì)內(nèi)力值較大，特別是第三、四道錨索位于粗砂層中，為保證基坑安全，按照相關(guān)要求需進(jìn)行錨索抗拔試驗(yàn)，錨索抗拔試驗(yàn)按一級(jí)基坑要求進(jìn)行，試驗(yàn)數(shù)量不得少于3根。試驗(yàn)方法：加載系統(tǒng)由精密油壓表和抗拔千斤頂組成，鋼尺測(cè)讀錨索錨頭位移。錨索最大試驗(yàn)荷載為1.2T，T為設(shè)計(jì)抗拔承載力。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)參照廣東省以及深圳市的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表。通過(guò)試驗(yàn)，錨索最大試驗(yàn)荷載值均符合設(shè)計(jì)抗拔承載力檢測(cè)值的要求，錨索施工取得了成功，錨索抗拔試驗(yàn)曲線圖如下圖4 所示： 圖4 錨索抗拔試驗(yàn)曲線圖9工程效果預(yù)應(yīng)力錨索在深圳地鐵2號(hào)線東延線工程土建2224標(biāo)粗砂層中施工成功,并取得了良好的效果，不僅為深基坑穩(wěn)定提供了安全保障，也為整個(gè)工程提供了工期保證，更重要的是填補(bǔ)了大孔徑錨索施工的空白，施工效果見(jiàn)圖5。圖5 錨索施工效果圖10 結(jié)論在富水粗砂層中施工大孔徑預(yù)應(yīng)力錨索面臨的主要難點(diǎn)是：在地下水流的帶動(dòng)下，錨索孔在鉆進(jìn)的過(guò)程中出現(xiàn)涌水涌砂，無(wú)法成孔。經(jīng)過(guò)多方實(shí)踐，最后確定了預(yù)先打入鋼套管