预应力锚索技术在高新园区地铁车站

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  摘要:本车站周围环境复杂,管线众多,经从经济、安全多方案比较分析,考虑采用明挖法施工,采用灌注桩+锚索的围护方案。通过对施工实施的回顾,灌注桩预应力锚索技术在本工程地质条件下运用是可行的。
  关键词:复杂基坑;预应力锚索;注浆;张拉。
  Abstract: complex surroundings, the station pipeline is numerous, from the economic, security scheme comparison, consider a open cut method construction, adopting pile plus anchor retaining scheme. Through the review of the implementation of the construction, prestressed anchor cable pile technology used in the engineering geological conditions is feasible.
  Key words: complex foundation pit; Prestressed anchor cable; Grouting; Tensioning..
  中图分类号:U231+.4 文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
  
  
  
  一、工程概况
  高新园区位于黄浦路与火炬路交口南侧,黄浦路的路侧,呈南北向布置。高新园区起点里程为DK20+807.074,高程为:13.270,终点里程为DK20+986.174,高程为:13.670,全长179.1m;标准段结构宽度为18.5m。车站顶板顶面标高为7.15,车站底板底面标高-6.95,主体底板埋深约20.5m,风亭底板埋深约14.8m,顶板覆土厚度约3.87m~4.27m,结构类型为双层地下岛式车站。车站周边范围内地下管线众多,主要分布在黄浦路下,沿黄浦路分布的管线有电力管、电信管、燃气管,地面绿地内有多个高压电缆塔及高压线。
  
  二、工程的特点
  (1)工程特点
  基坑围护周边现场情况说明:基坑一侧靠近黄浦路,路上车辆密集,离开基坑大概20米左右,考虑周边影响,基坑另一侧靠近居民区,离最近地方为16米左右,需要考虑周边变形,基坑另两边是连接两个暗挖区间,结合当地经验与现场情况,本基坑采用灌注桩+锚索围护方式,采取坑外降水。地面超载按20kn/m2
  (2)工程地质
  (一)根据大连市市政勘察院提供的地质报告,大连土层分为2个主层、5个亚层。具体包含上覆第四系人工堆积层(Q4ml),下伏震旦系五行山群长岭子组(Zwhc)板岩。主要地层概述如下:
  1.第四系:人工堆积素填土、杂填土;
  2.震旦系五行山群长岭子组(Zwhc)板岩,拟建高新园区场区据钻探揭露,其风化程度主要为全~中风化岩。
  1、岩土层岩性特征:
  第四系全新统人工堆积层(Q4ml)、冲洪积层(Q4al+pl)
  0杂填土:灰黄色,由碎石、粘性土及生活垃圾等组成,碎石主要成分為板岩,粒径3~10cm,含量60%。厚度11.00m,层底高程9.67m。
  1素填土:呈灰色、灰黄色、黄褐色,主要成分为碎石、粘性土及少量建筑垃圾,碎石主要成分为板岩,粒径3~15cm,含量30~70%,松散~稍密,部分钻孔顶部有30~40cm的混凝土。震旦系五行山群长岭子组(Zwhc)板岩,按风化程度可将其岩性分述如下:
  1全风化板岩:黄褐色,结构基本破坏,矿物成分完全变化,岩芯呈土状,遇水易软化。层厚0.50~0.70m,层底高程13.08~14.10米。
  2 强风化板岩:灰黄色~灰色,结构大部分破坏,矿物成分显著变化,节理裂隙很发育,岩芯呈碎屑状、土状,部分呈碎片状,碎片手可折断,遇水易软化,局部含有中风化板岩残块,软硬不均。层厚0.50~9.20m,层底高程4.30~15.18m,该层于场区普遍分布。
  3中风化板岩:灰色~灰黑色,板状构造,节理裂隙较发育,裂隙面多见有黄褐色铁锰质渲染,岩芯多呈短柱状、少量块状。岩体较破碎~较完整,岩体基本质量等级为Ⅳ级。层顶高程4.30~21.01m,各钻孔均有揭露。
  2、岩土分界线
  为工程便利考虑,本报告将强风化岩的上界定为岩土分界,其上地层划为土层,其下为岩层。
  3、地下水
  场区地下水类型主要是土层孔隙水及基岩裂隙水,土层孔隙水主要赋存于素填土中,水量不大;基岩裂隙水主要赋存于强~中风化岩中,水量发育。
  根据勘察阶段,于该场区ZD-GXYQⅢ-4、ZD-GXYQⅢ-17钻孔进行抽水试验,并根据地区经验,将各岩土层的富水性及渗透系数建议范围值分述如下:
  ①0杂填土在本场地零星,杂填土具中等透水性,建议取渗透系数K=2~5m/d;
  ①1素填土在本场地广泛分布,素填土具中等透水性,建议取渗透系数K=2~5m/d;
  1全风化板岩具中等透水性,建议取渗透系数K=1~2m/d;
  2强风化板岩具中等透水性,建议取渗透系数K=7~10m/d;
  3中风化板岩具中等透水性,建议取渗透系数K=5~8m/d;
  场区地层中的孔隙水与裂隙水局部具连通性。
  4、地震
  据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)附录A,大连市抗震设防烈度为Ⅶ度;设计基本地震加速度值为0.10g;设计地震分组为第一组;设计特征周期为0.35s。
  场地土类型为软弱土~岩石,根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)表4.1.1规定,判定本场地为可进行建设的一般场地。
  5、环境工程地质
  5.1施工场地及施工条件的限制
  本场地位于大连市高新园区火炬路和信达路之间公用绿地上,紧邻黄浦路,场区内轻轨轨道和黄浦路对施工场地的安排和施工方案的选择有一定的影响,对主体结构基坑开挖及出入口通道施工造成一定的影响。场区周围无建筑物对工程的影响。
  5.2修建工程对环境的影响
  本车站施工会对交通造成一定的影响。弃土运输过程中泥水影响道路整洁;不当的弃土和施工排水、排污,影响周边环境卫生和地下管道排水;施工噪音影响居民休息。
  5.3工程诱发地质灾害
  本车站明挖施工可诱发基坑坍塌、地面沉降等地质灾害,危及临近道路、地下管线的安全。
  5.4工程管线监测
  加强地面、边墙及重要地下管线、管道等既有建筑物的变形监测,加强基坑边墙的受力监测,防止结构偏离线位,变形和受力过大,保证地下管线、管道等既有建筑物基础的安全;加强地下水位监测,必要时进行地下水水压和水质的监测;加强隧道内渗水、涌水监测;根据监测结果调整施工参数及采取必要的措施。
  6、岩土物理力学设计参数建议值
  桩周土极限侧阻力标准值qsik(kPa)
  
  
  注:冲、挖、钻孔灌注桩可根据施工及成桩质量情况,参照使用或取表中范围值的下限值;
  
  基岩中桩的极限端阻力标准值qpk(kPa)
  
  
  (3) 计算原则
  1、基坑围护结构变形控制标准参照下表执行。
  基坑变形控制保护等级标准表
  
  
  注: ①表中H 为基坑开挖深度(m);
  ②桥基附近的基坑允许变形量,以满足桥梁使用安全为标准;
  ③建筑物附近的基坑允许变形量,以满足建筑使用安全为标准;
  ④监控量测的预警值一般情况下按基坑允许最大变形量的0.7倍采用。
  本车站明挖基坑宽度约18.5m,深度约20.5m。根据基坑规模与周边环境条件,根据两个行业标准:《建筑基坑工程技术规范》(YB9258-97)和《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99),以及大连市地铁初步设计技术要求相关文件,本基坑变形控制等级为一级,基坑变型控制标准为地面最大沉降量≤0.15%H;即地面最大沉降量≤30mm;与勘查单位,总体单位协商后,周边允许超一定变形,地面最大沉降量为35mm.支护结构最大水平位移≤0.15%H且≤30mm;支护结构最大水平位移≤30mm。
  
  
  三、基坑围护方案比选
  方案一 灌注桩+四道钢水平支撑
  灌注桩Ø1000工程量5780 (m3) 造价(包括钢筋):462W
  钢水平支撑(Ø609x16) 工程量4635米 造价299W
  围檩(双拼I45c)工程量1146米 造价 179W
  总价:940W
  工期:18个月
  灌注桩水平位移
  
  
  
  方案二 灌注桩+五道预应力锚索
  灌注桩Ø1000 工程量 5780 (m3) 造价(包括钢筋)462W
  预应力锚索(7Ø15.2) 工程量17480米造价 255W
  钢围檩(双拼I30a)工程量1910米造价166W
  总价:883W
  工期:12个月
  灌注桩水平位移
  
  
  经对车站的周围环境、道路、交通状况、地下管网等实际状况,调查研究、分析、经多方案比较,结合本车站的结构型式、功能要求等特点,并考虑施工工艺、工期、工程造价、工程质量及其安全等各方面因素后确定。本站采用灌注桩+五道预应力锚索作为基坑围护结构,采用顺作明挖法施工。
  
  
  四、预应力锚索计算分析
  (1)车站采用灌注桩+锚索的围护方式,灌注桩采用Ø1000@1400,冠梁为1000x800的方形断面,锚索采用Øs15.2钢绞线,锚索间距为2.8米,腰梁:双拼30a工字钢 Q345B。
  
  土层的计算参数如下:
  
  
  (2)基坑围护剖面图
  
  
  
  
  (3)计算结果(由软件理正5.3计算)
  内力位移包络图:
  
  地表沉降图:
  
  
  
  桩配筋图:
  
  
  锚索长度:
  
  
  [ 整體稳定验算 ]
  整体稳定安全系数 Ks = 2.186
  [ 抗倾覆稳定性验算 ]
   Ks = 1.486 >= 1.200, 满足规范要求。
  [ 抗隆起验算 ]
  Ks = 12.999 >= 1.15, 满足规范要求。
  [ 隆起量的计算 ]
  
   δ = 64(mm)
  [ 抗管涌验算 ]
   K = 2.535 >= 1.5, 满足规范要求。
  
  (4)主要工程量统计:
  灌注桩(C30):混凝土:5300(m3) 钢筋:661.856(T)
  冠梁(C30):混凝土: 330(m3) 钢筋:37.285(T)
  挡土墙(C30):混凝土: 150(m3) 钢筋:11.065(T)
  锚索:
  4Ø15.2锚索, 自由段:12米,固定端:12米(L=24) 152(个)
  5Ø15.2锚索, 自由段:10米,固定端:12米(L=22) 152(个)
  7Ø15.2锚索, 自由段:9米,固定端:15米(L=24)152(个)
  8Ø15.2锚索, 自由段:8米,固定端:15米(L=23)152(个)
  9Ø15.2锚索, 自由段:7米,固定端:15米(L=22)152(个)
  围檩(双拼I30a): 382x5=1910米
  填缝混凝土(C20):4165(m3)
  (5)围护工期:
  大概需要12个月左右
  
  五、锚索施工工艺、施工技术要点
  1、锚索钻孔
  (1)测量定位(2)钻机就位(3)钻孔机具(4)钻孔顺序(5)钻孔深度(6)特殊情况处治(7)锚孔清理(8)锚孔检验(9)钻孔记录
   2、编索
  编索在加工棚内工作平台上进行。
  3、安装锚索
  锚索孔成孔检查合格后,再次用高压风清孔一次,将相应的锚索人工抬至孔口穿索。穿索时要人工缓慢送入,避免锚索体扭曲。
  4、注浆
  采用一次常压注浆孔底返浆方式注浆,直至锚孔孔口溢出浆液或排气管停止排气且有稀水泥浆压出时,方可停止注浆。
  5、张拉锁定
  压力分散型预应力锚索张拉按一定的次序分单元采用差异分步进行,即根据设计荷载和锚固单元长度计算确定差异荷载。首
  6、封锚
  锚索锁定后,做好记号,观察三天,没有异常情况即可用手提砂轮机切割余露锚索头,然后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙,并按设计要求支模,用C25砼封锚处理,防止锈蚀和兼顾美观。
  7、监测
  在施加预应力前全面测量被加固体平面位置及高程,张拉过程中,实行“信息施工法”,即边监测边施工,以反馈回的资料指导施工。
  六、结束语
  通过本工程的围护结构设计,我们充分认识到:根据工程地质特点和周围环境、施工工艺要求,通过多方案分析计算,合理选用技术方案的重要性。在本车站围护设计中,通过正确的设计、合理的施工组织安排,预应力锚索很好发挥其自身的优势,既能确保基坑施工对周围环境的影响减少到最小,又可以有效地节省施工工期和工程造价。使该工程既经济又合理,安全
  参考文献
  1、工程地质手册编写委员会.《工程地质手册》第四版.北京:中国建筑工业出版社,2007
  2、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99).北京:中国建筑工业出版社,1999
  3、《建筑边坡设计规范》(GB50330-2002).北京:中国建筑工业出版社,2002
  4、上海市工程建设规范《基坑工程技术规范》(DG/TJ08-61L2010J11577-2010)
  5、李广信主编。高等土力学。北京:清华大学出版设,2004
  6、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)。北京:中国建筑工业出版社,2010
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