预应力锚索在地铁明挖支撑体系中的应用

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1、预应力锚索在地铁明挖支撑体系中的应用摘要:预应力锚索广泛应于在软岩、土体边坡加固及明挖支撑体系等工程中。文章结合沈阳市地铁一号线黎明文化宫车站锚索支撑体系施工实例,分析预应力锚索在地铁车站明挖支撑体系防护中的特点及原理,提出了预应力锚索结构的构造要点,阐述了锚索支护应用的施工技术要点及施工工艺。关键词:地铁车站明挖　预应力锚索　支撑体系　工作原理　施工工艺0前言随着城市地铁工程的规模化建设和岩土锚固技术的不断发展,预应力锚索支撑体系在地铁车站主体围护结构中得到广泛应用,新技术受地质条件的复杂性、围护结构的强度、整体稳定性和变形的影响较大,因此对施工工

2、艺和技术上对锚固的质量要求高。由于预应力锚索支撑体系具有隐蔽性,且预应力锚索的施工工艺还处于探索中,预应力锚索加固机理、锚固体系与围岩的相互作用有待研究,因此制订合理的施工工艺和施工技术控制手段,有助于提高锚索锚固效果和施工安全。本文以中铁九局施工的沈阳市地铁一号线黎明文化宫车站排桩预应力锚索支撑体系为例(根据工程地质条件,采用粘结式拉力集中型预应力锚索体系),对支撑体系预应力锚索加固结构、施工技术及施工工艺等进行研究与探讨。1支撑体系预应力锚索作用机理分析预应力粘结式预应力锚索具有结构简单、施工方便的特点。在深基坑开挖支撑防护体系中应用广泛。锚固段

3、内锚索荷载依靠锚固段预应力钢绞线与浆体相接触界面上的粘结应力,由锚固段渐进式的往下传递,荷载作用时在锚固段上部浆体中拉应力集中,并沿深度方向衰减。在预应力锚索中设置一定长度的自由段,岩体对锚固段的锚固力通过自由段传递到腰梁及防护桩上并实现受力平衡。粘结式锚索用于支撑体系一方面由于预应力作用,使钻孔桩与锚固段间的土体结构呈密实压缩状态,保持挡护土体的整体性,另一方面由于锚索施加的预应力作用改变了破裂面土体的应力状态,从而保证开挖基坑边坡土体的自稳能力。2地铁明挖支撑体系设计2.1工程概况黎明文化宫站为沈阳市地铁一号线终点站,车站里程为DK21+712~

4、DK21+863,主体结构全长150.40m,顶板覆土约3.6m,车站围护结构采用排桩、锚索支撑体系。黎明文化宫站地貌为浑河高漫滩及古河道,自东向西沿轴线穿越浑河冲洪积扇,表层第四系地层广泛发育,沉积韵律较为明显,厚度较大。地层由西向东颗粒逐渐变粗,黏性土层逐渐变薄。地层结构由人工填筑层厚0.50~1.0m、黄褐色粉质黏土最大厚为3.70m,中砂、粗砂、砾砂最大厚为17.50m。2.2预应力锚索构造预应力锚索采用拉力集中型粘结式预应力锚索体系,锚索由锚固段、自由段和紧固头三部分构成,紧固头由腰梁、钢垫板和锚具组成。锚索长度包括锚固段、自由段、张拉段三

5、部分(见图1)。锚固段长度主要考虑地质条件等因素对锚固力的影响而确定,在理论计算和经验类比的基础上,确定锚固段长度分别为9.0m和12.0m,自由段长度采用6m。锚索自由段是拉力集中型锚索的满负荷段,通过抗滑力分析确定锚固路径最有效的布置方向为沿水平方向下倾15°~25°之间,锚孔直径为Ф150mm。锚索采用高强度低松弛预应力7Ф5钢丝组成的直径为15.2mm钢绞线,强度为1860MPa。2.3预应力锚索布设及设计参数地铁站明挖按开挖深度的不同,按高程划分为设置三道和四道锚索两种形式,共计1386根锚索。其中三道锚索形式:在同一纵断面间距3.4m,横

6、向间距2.4m,纵断面共设置3道,每根锚索长为15m,自由段6m,锚固段9m。第一道锚索为2束,预应力为20kN,轴力为32kN;第二道锚索为3束,预应力为80kN,轴力为190kN;第三道锚索为2束,预应力为25kN,轴力为80.6kN。四道锚索形式:在同一纵断面在间距为3.2m,横向间距为2.4m,纵断面共设置4道,每道锚索均为5束,每根锚索长为18m,自由段6m,锚固段12m。第一道锚索预应力为40kN,轴力为67.1kN;第二道锚索预应力为120kN,轴力为224.1kN;第三道锚索预应力为240kN,轴力为521.5kN;第四道锚索预应力为

7、50kN,轴力为99.5kN。具体详见图2。2.4围护承载钻孔桩布设车站开挖深度为11.2~14.2m,排桩采用直径800mm及1000mm、间距为1200mm的旋挖钻孔桩,桩长分别为15.0m和19.0m,桩址分别插入圆砾和砾砂地层中,排桩入土深度分别为6.0m和7.0m,排桩采用C25钢筋混凝土作为围护结构的支撑体系。2.5腰梁构造腰梁是锚索向钻孔桩传递荷载和锚固的载体,其设计承载力与锚索的最大荷载相匹配,并满足应力集中的要求。锚垫块采用钢锚垫块,腰梁采用双I22b工字钢。3施工工艺3.1锚索施工流程遵循“分段分层、由上而下、先锚固、后开挖”的原

8、则进行锚索施工及基坑开挖。开挖土方至每道腰梁位置后,进行相对应锚索钻孔、注浆、安装钢腰梁、张拉锚固施工。3.