富水粗砂层锚索施工涌水涌沙处理技术 (1).doc

富水粗砂层中锚索施工
涌水涌砂处理技术
中铁十五局集团城交公司 韦尚坤

【内容摘要】 深圳地铁二号线东延线工程土建2224标段[岗厦北站～华强北站]区间设一盾构井（兼做轨排井），采用五道锚索支撑，锚索施工中出现涌水涌砂情况下，安全、顺利地完成了施工任务。本文结合工程实例，详细介绍了富水粗砂中锚索施工中涌水涌砂处理技术，为同类工程施工具有参考意义。
【关键词】 粗砂层 锚索施工 涌水涌砂 处理技术

1 工程概况
深圳地铁二号线东延线工程土建2224标段[岗厦北站～华强北站]区间设一盾构井（兼做轨排井），里程为YCK28＋049～YCK28＋129 ，基坑长度为80m，深19米，工程位于深圳市中心公园内，围护结构采用800mm厚地下连续墙。盾构井段第一、二、三道采用环框梁支撑，第四、五道采用钢支撑，轨排井段采用五道锚索支撑。预应力锚索设计选用1*7标准型钢绞线，公称直径

15.2mm，其标准强度为1860Mpa。锚索间水平间距2m，垂直间距4～4.5m。第一道锚索锚固段长度19m，自由段长度12m，第二道锚索锚固段长度20m，自由段长度11m，第三道锚索锚固段长度21.5m，自由段长度10m，第四道锚索锚固段长度22m，自由段长度8m，第五道锚索锚固段长度17.5m，自由段长度5m。

2 工程地质条件
轨排井地质情况从地面至基坑底分别为<1-4>杂填土，<5-2-4>粗砂层，<9-1>全风化花岗岩和<9-2-1>半土状强风化花岗岩地层，地下水埋深2.6m，以孔隙水为主，局部具有承压性，地质断面如图1所示：

图1 轨排井地质断面图
轨排井地层分布特征见下表：
轨排井主要地质分层特征表（地面至基底）
序号
分层代号
岩土层名称
平均层厚（m）
地质特点
1
<1-4>
杂填土
5
主要成分为生活垃圾、粉质粘土，碎石等，灰黄色，稍湿，疏松。
2
<5-2-4>
粗砂层
9.2
灰黄、黄褐色，松散～中密，饱和。
3
<9-1>
全风化花岗岩
4.9
黄褐色，裂隙极发育，原结构基本破坏，遇水易软化、崩解。
4
<9-2-1>
半土状强风化花岗岩
5.6
黄褐色，局部夹灰白、灰绿色，岩石风化强烈，原岩结构可辨析，遇水软化、崩解。

3 锚索施工
锚索施工设备采用履带式全液压锚索机，这种锚索机移动方便，操作灵活，能够转动各种角度，根据不同作业性质的环境，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。锚索施工工艺流程为：施工放线→连续墙开孔→施钻锚索孔→制作束体并将其放入锚索孔→固定束体→进行注浆→浇筑腰梁→安装钢锚垫板→张拉及锁定→使束体产生预应力与腰梁、连续墙连接成整体。
施工中遵循“分段分层、由上而下、先锚固、后开挖”的原则进行锚索施工及基坑开挖，开挖土方至下道锚索位置后,进行锚索施工，待腰梁混凝土强度达到要求，锚索张拉完成后进行下层土方开挖。
3.1锚索施工重难点
①由于本基坑地质条件的特殊性，锚索内力值较大，设计锚索孔径为180mm。孔径大，为防止塌孔，采用全套管跟进技术，不许采用泥浆护壁，这在广东地区锚索施工中是非常少见的，并且是在粗砂层中，施工难度大，技术要求高，施工所用180mm钢套管市场根本买不到，需要专门加工制作。
②锚索施工中第三、四道锚索要穿越
富水粗砂层，如何解决锚索施工中涌水涌砂将是施工中的难点之一。
③如何确保粗砂层中锚索施工质量，是施工中又一大难点，也是确保基坑是否安全的重要因素。
3.2涌水涌砂原因
根据地质勘查资料，轨排井处存在厚度9.2m的粗砂层，且地下水压力大，富存在各地层中，锚索施工中将连续墙打穿后，在压力水流的作用下水和砂顺着锚索孔流出，发生涌水涌砂现象，多次造成地面塌陷，危害基坑安全。

3.3涌水涌砂处理措施

锚索孔倾角值为20°,孔径180mm，锚索施工前首先要将基坑围护结构地下连续墙锚索孔处连续墙打穿，当施工第三道、第四道锚索时，在打穿连续墙锚索孔时就出现了严重的涌水涌砂现象，没多时就涌出几立方水和砂,锚索成孔困难，有的锚索孔连打穿连续墙都很困难，给锚索施工带来了极大困难，连续墙锚索孔施工如下图2所示。
要确保施工锚索过程中不出现涌水涌沙，就要降低基坑外水位到锚索孔口以下,这需要设大量的降水井,不仅要增加相当大的投入，而且大量的降水会引起地面及周边建筑物沉降。另外，地下水在基坑北侧福田河的补给下，降水不一定起到效果。如果从地面对砂层加固，也不一定能达到效果，而且施工时间长。在施工工期、周边环境、地
4钢套管施工方法
由于将连续墙打通以后就会出现涌水涌砂，施工中工序衔接及材料的准备一定要到位，这样才能将涌水涌砂量减小到最少，钢套管施工步骤如下：
①钢套管准备到现场
锚索孔设计为φ180mm，连续墙的钻孔为φ200mm，钢套管采用φ190mm的无缝钢管，根据基坑外水压力计算，钢套管长3m即可平衡基坑外的水压力，所以，选用的钢套管长3m。
③连续墙取孔
材料、人员准备到位后，首先要将连续墙上的锚索孔采用钻孔机将连续墙打穿，钻
④钢套管打入
当连续墙取孔后，立即将钢套管一端插入锚索孔内，另一端用挖掘机顶住后打入，外露部分与墙面平齐，如图3所示。
图2 连续墙锚索孔施工图
质情况等制约下，通过多次实践,最后采用打入钢套管的方法进行施工,解决了施工难题,涌水涌砂得到了有效控制，锚索施工也得以顺利进行。孔孔径φ200mm，角度20°。
②设备人员准备到位
打入钢套管采用现场挖掘机顶进，需配备人员4～5名。

图3 锚索孔内钢套管施工图

5锚索施工中注浆措施
锚索安设完毕验收合格后进行注浆，注浆采用从孔底到孔中返浆式注浆。针对粗砂地层中注浆容易出现浆液充满砂石空隙后浆液外流的情况，施工中采用在浆液中掺减水剂或速凝剂及间歇式反复注浆的办法，控
制浆液向周边流动，直至注浆压力达到设计压力为止。

试验结果汇总表
序号
锚索编号
最大试验荷载（KN）
最大位移（mm）
卸载至0.1T时残余位移（mm）
总弹性位移（mm）
设计抗拔承载力（KN）
设计抗拔承载力时位移（mm）
备注
1
MSY-Ⅰ-10
883
71.99
11.42
60.57
736
56.76
合格
2
MSY-Ⅱ-12
1134
63.00
18.00
45.00
945
48.00
合格
3
MSZ-Ⅲ-10
1332
92.00
12.00
80.00
1110
74.00
合格

6地面处理措施
在连续墙开孔和锚索施工时，由于有部分砂和水流出来，造成连续墙背后地层沉降和土体松动，对基坑安全存在一定隐患，锚索施工完成后，有针对性的采取地面袖阀管注浆进行加固处理。袖阀管间距1m×1m，梅花型布置，加固范围根据流砂量实际情况确定，浆液采用水泥+水玻璃双液浆。袖阀管施工时要错开锚索的位置，避免损伤锚索。

7锚索孔漏水处理措施
锚索施工完成后，由于基坑外水压较大，外侧水从锚索孔沿锚索流入基坑内，容易使基坑内土体浸水软化，给基坑开挖带来一定的困难。为保证基坑内土体干燥，基底承载力达到要求，必须对漏水锚索孔进行封堵。封堵分两步进行，首先采用向漏水锚索孔内注聚氨酯溶液，将水封闭后再进行锚索张拉，张拉后再次出现漏水锚索孔，采用从锚索孔旁边钻斜孔，埋入注浆管后注入聚氨酯溶液，直到将水封闭。

8锚索试验
由于锚索的设计内力值较大，特别是第三、四道锚索位于粗砂层中，为保证基坑安全，按照相关要求需进行锚索抗拔试验，锚索抗拔试验按一级基坑要求进行，试验数量不得少于3根。
①试验方法：加载系统由精密油压表和抗拔千斤顶组成，钢尺测读锚索锚头位移。锚索最大试验荷载为1.2T，T为设计抗拔承载力。
②试验标准：试验参照广东省以及深圳市的有关标准规定进行。
③试验结果：试验结果见下表。
通过试验，锚索最大试验荷载值均符合设计抗拔承载力检测值的要求，锚索施工取得了成功，锚索抗拔试验曲线图如下图4 所示：

图4 锚索抗拔试验曲线图

9工程效果
预应力锚索在深圳地铁2号线东延线工程土建2224标粗砂层中施工成功,并取得了良好的效果，不仅为深基坑稳定提供了安全保障，也为整个工程提供了工期保证，更重要的是填补了大孔径锚索施工的空白，施工效果见图5。

图5 锚索施工效果图

10 结论
在富水粗砂层中施工大孔径预应力锚索面临的主要难点是：在地下水流的带动下，锚索孔在钻进的过程中出现涌水涌砂，无法成孔。经过多方实践，最后确定了预先打入钢套管，利用钢套管穿越砂层平衡地下水压力的施工方案，最终获得成功，顺利地完成了施工任务，也保证了基坑的安全，为今后在同类地质条件下锚索施工积累了经验。

参考文献
1 周爱莲，城市地铁竖井施工涌水涌砂处理.铁道建筑技术，2009（3）
2 《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》（SJG05-96）
3 广东省标准《建筑地基基础检测规范》（DBJ15-60-2008）