可回收式锚索在地铁施工中的应用探究

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hhhanyin
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  摘要:随着城市地下工程开展的日益增多,地铁基坑工程也随之增多,并且正向着深、大、近、紧、难方向发展。基坑工程的安全稳定,也受到了更多的重视。可回收锚索作为一项新型专利技术正在逐渐地应用于基坑支护工程中。本文针对现代地铁工程的建设开发,介绍当前国内外可回收锚索的种类及应用现状,通过对目前应用较多的JCE可回收式锚索与普通锚索的对比,分析可回收锚索的技术优势,探索了可回收式锚索在地铁工程中应用的合理性。
  关 键 词:可回收锚索基坑支护
  Abstract: along with the increasing development of cityunderground engineering, subway foundation pitengineering are increasing, and is deep, large, close,tight, difficult to develop in the direction of. The security and stability of foundation pit engineering, has been paid more and more attention. Recyclable anchor as a new technology is gradually applied in foundation pit engineering. According to the construction and development of modern subway project,introduces the current domestic and abroad species and application status quo recovery anchor, based on the widely use JCE contrast removable anchor and anchor, technical advantage analysis of recyclable anchor, explores therationality can be used removable anchor in subway engineering.
  Key words: recyclable anchorfoundation pit
  中图分类号:U231+.3文献标识码:A
  一、前言
  锚索技术是现代大型工程建设支护加固技术的重要措施。随着我国现代化建设进程的推进,预应力锚索技术在地铁深基坑工程处理中的得到越来越多的应用。但由于城市基坑支护多为临时性支护,待主体结构施做完毕后,这些临时支护结构不再发挥作用,锚索作为临时性支护设施,被永久性的埋藏于地下,造成了金属资源的极大浪费,导致地下空间的长期性侵占,为周围地下工程的开发留下了隐患。
  预应力锚索支护是建筑基坑的一种重要支护方式,多用于安全等级要求较高或工程规模较大的基坑工程,锚索一般由钢筋或钢绞线组成,长约20~30m。以50m×50m的基坑为例,当锚索长度为25m时,若按水平间距2.5m,并打设3道锚索计算,则需要钢材量约23.5吨。仅仅在广东、北京地区一年就有数千吨的钢绞线留在地下。从上述数字可以想象,在锚固技术日益广泛应用的今天,将会有多少锚杆(索)被永久埋置于地下。而它对地下空间造成的麻烦还远不止这些。斜打入基坑外的锚索,往往延伸到红线外,侵犯临近建筑的地下空间,为后续工程留下了严重隐患,造成这部分地下空间开发时的困难和建设费用的增加。随着我国城市建设的不断发展,深基坑工程不断增多,锚索应用越来越普遍。早在20世纪90年代中期,我国就出现了由于红线问题而不能使用锚索进行基坑加固的先例,这类问题在今后的工程建设中将会更加突出。由于普通锚索会长期占据大量地下空间,故在国外部分国家和地区使用己受到限制。因此在基坑工程支护中,采用可回收锚索,不仅可以降低造价,更重要的是可以解决临时支护造成的地下建筑垃圾的问题,这对于地下空间的长期开发具有非常广阔而深远的意义。
  二、可回收式锚索应用现状
  锚索的回收一般是将有碍于后续工程开发的锚索体进行回收,而作为粘结材料的水泥注浆体以及一些塑料配件和其他一些易于被开挖机械破坏的附件仍会留在地层中。目前国内外已经出现了多种可回收式锚索的类型,例如从施工工艺上,可分为机械式回收、力学式回收和化学式回收三种,机械式回收是用联结器将锚索体与异形预应力钢筋等联结起来,在回收时,施加与紧固方向相反的力旋转,使锚索体与联结器脱开后将其取出;力学式回收是用有外套管的钢绞线作为锚索体,在回收时,对钢绞线施加张拉力,将其从锚索体内逐根抽出;化学式回收是先在张拉杆体自由段下部安装发热装置或安装爆破装置,在回收时,使用点火装置分别对其点火,从杆体的粘结段将其切断并拔出。
  目前国外应用较为广泛的可回收式锚索型式主要有德国的DYWIDAG回收式锚索、英国人Anthony D.Barley等研制开发的SBMA(single bore multiple anchors)回收式锚索、日本KTB协会开发的KTB荷载分散型回收式锚索以及日本国土防灾株式会社开发的JCE(Japan Conservation Engineers)回收式锚索等。
  我国众多科研机构和施工单位也对锚索的回收进行了大量的研究与开发工作,并取得了良好的经濟和社会效益。这些成果包括原冶金部建筑研究总院主持研制的“U”形回收式锚杆;重庆大学资源与环境科学学院研究设计的适用于地下采矿工程、可根据巷道围岩压力大小选用单、双锚头结构型式的可回收锚杆;陕西华煤岩土工程技术有限公司研制生产的金属可回收锚杆;四川省华蓥山广能集团绿水洞煤矿的“双锚头”可回收锚杆;北京市第三城市建设工程公司的握线式可回收锚杆;20世纪90年代初,我国矿务部门也相继开发了几种用于采矿巷道临时性支护的可回收锚杆,根据锚固端的结构形式不同,可分为麻花式可回收锚杆、偏楔式可回收锚杆及胀壳式可回收锚杆[1]。
  这些工作直接节省支护材料及费用,推动了回收式锚杆(索)在我国的研发和应用,创造了较好的经济、社会、安全效益。但是这些回收式锚杆都具有一定的适用条件,且不同程度地存在一些缺点,如施工工艺繁杂、工人劳动强度大、回收所需的设备复杂笨重、回收率较低、造价较高、回收不完全等。这些缺点也制约了这些回收式锚杆的推广使用。因此,为了适应我国工程建设发展的需要,研制开发施工工艺简单易行,并具有较高承载力和良好可回收性能的锚索势在必行。
  三、可回收锚索特点及优势
  以日本国土防灾株式会社开发的JCE(Japan Conservation Engineers)回收式锚索为例。分析可回收式锚索的特点及优势。
  (一)JCE可回收式锚索
  JCE(Japan Conservation Engineers)回收式锚索是日本国土防灾株式会社的专利产品,经过多年的实验研究,在我国取得了丰富的试验资料,应用条件已经相对成熟,并且已经在广东、北京、上海、深圳等城市的众多工程中收到了预期的效果。它是在具有35年工程应用经验的承压型永久锚索的基础上开发研制成功的。除了具有其它可回收式锚索特点外,主要特点是吸取了其它锚杆的技术专长,施工结构可靠,施工简便,使用JCE专用回收千斤顶回收PC钢绞线,回收率高。
  (二)可回收锚索构造
  可回收锚索属于压力型锚索,其构造与普通锚索基本相同,锚索结构由固定台座、固定金属件、固定支承、承载体、导管等组成,其回收原理是把回收用关键锚索装入拉伸用的钢绞线中心,当抽出关键锚索后,在固定台座的中心处产生空隙,使其它钢绞线产生一定的凌空面,其它拉伸材就能从传力体的空隙处脱离出来,从而成功回收。可回收锚索(6束锚索)构造如下图1所示。可回收锚索的钢绞线可分成3~7束,各束以圆心为对称点均匀分布,其锚固段长度约2~3m,比传统预应力锚索的锚固段长度减小约4~5倍,锚索根据工程设计计算需要一般可选择Φ12.7×4~Φ15.2×7锚索,根據其截面面积的不同,其容许荷载为300~1000kN。
  
  图1 JCE可回收式锚索结构示意图
  (三)性能和特点
  1、结构合理可靠,施工简便;
   2、受拉构件由PC钢绞线、承载体、套管、水泥砂浆等四部分构成,PC钢绞线在承载体端部出于压接状态,在套管内处于自由状态;
   3、拉伸荷载取决于PC钢绞线的直径和数量,荷载范围为300~1000kN;
  4、属压缩型锚杆,锚固段水泥浆体内的压应变峰值出现在临近承载体处,随着与承载体距离的增大,压应变值急剧衰减,其分布区间约在2.5米范围内,因此其锚固长度仅约2~3m,比普通拉伸型锚杆大为减小;
  5、使用专用千斤顶回收PC钢绞线,安全快速、工人劳动强度低、易回收且回收率高;
  6、被回收的PC钢绞线能重复利用2~3次,充分利用了资源,节省开支,具有高效环保的优点。
  (四)JCE可回收锚索施工方法
  土方开挖至合适的标高即可开始施工,进场五台套预应力锚索施工设备。每台套包括钻机一台、张拉设备一台、灌浆及浆液拌制设备一台等,并安排一个为5人的作业班组。
  1、JCE可回收式锚索施工工艺流程:施工准备→测放孔位→钻孔→清孔→下锚索体→注入防漏填充剂→一次注浆→二次注浆→养护→张拉及锚固→回收。
  ①钻孔孔径:Φ168mm;②钻孔角度(水平向下):15°;③孔深:按设计要求的深度加上0.5米进行施工;④地材:由7根Φ15.24mm的PC钢绞线组成(中心的钢绞线的长度比周边的钢绞线的长度长0.1m);⑤钻孔及锚索设置工序:
  a钻孔
  使用XY-1型地质钻机或300型钻机。采用回转冲击式钻进,当易坍孔时则采用套管跟进的方法成孔,入岩部分取芯。
  b清孔采用泥浆循环清孔或采用压缩空气进行清孔。
  c插入锚索体
  d注入防漏填充剂
  防漏填充剂是按特定的配合比及混合方法制作的,注入防漏填充剂到塑料管面为止(如果用水泥浆进行洗孔的话,先注入填充剂,后插入锚索体)。
  e置换注入(注入水泥浆)
  如果孔内有地下水的话,将会导致水泥浆的强度不足,因此必须用水泥浆把地下水置换出来。灌浆用管插入到孔底直到水泥浆上升到地面为止。将注浆管往外拉出300mm,在孔口进行封堵后准备进行注浆。一次注浆材料为灰砂比1:0.7~1:1(重量比)、水灰比为0.38~0.45的水泥砂浆,注浆体强度30MPa,二次高压灌浆采用水灰比为0.45~0.5的纯水泥浆,并掺加补偿收缩微膨胀剂,搅拌均匀并过筛,随拌随用,在初凝前用完,一般在一次灌浆后24小时后进行。
  f向上提升钻杆管(从孔底开始0.5m)。
  g注浆直至孔口,并补浆3~5次,直至浆液面不再下降为止。
  水泥浆的规格:采用旋窑42.5R普通硅酸盐水泥,加入早强减水剂占水泥重量1%,水灰比0.45~0.5水泥浆,流动值22分2秒,单轴抗压强度σc=40Mpa。
  2、养护、安装承压板及锚固传力装置
  水泥浆的试块抗压强度达到规定值后,才可以进行张拉。张拉的方法与常规锚索的方法一致,只是中心的钢绞线不能加力,处于自由状态。
  通过适应性试验及确认试验,确认锚索的弹性延伸量、塑性延伸量、松弛是否满足所规定的性能要求,并且同时考虑夹片的松弛导致张拉力的减少的影响因素,根据所要求的有效张拉力进行张拉、锚固。
  锚索头部由夹片进行锚固的时候,随着荷重的增加,夹片将嵌入锚头内。
  ①锚固:锚固状况良好的情况下,才能对其它的锚索进行张拉。②张拉的方法:单纯加载,到达所定荷重后,进行锚固。a当锚固体强度达到设计强度的70%后进行张拉。张拉前对张拉设备进行检查标定;b张拉前进行试拔检验,试拔最大拉力为设计轴向拉力的1.1倍。按拉力的10%逐级加荷,卸荷时按轴向拉力的1/5逐级卸荷;c张拉至设计拉力的1.0~1.1倍时,保持10min~15min,观察其变化趋于稳定时卸荷至锁定荷载进行锁定。锁定后,如有明显的应力损失,应进行补偿张拉。张拉完毕,用砂浆封锚。③固荷重:设计锚固力的100%。
  3、索回收方法
  先把中心的钢绞线用千斤顶拔出,然后用千斤顶相继对周围的钢绞线进行加载,使之脱离固定台座后,用手工或吊车进行回收,锚索回收示意图如图2所示。
  
  图2 锚索回收示意图
  ①回收的顺序:先回收中心钢绞线,中心关键回收锚索拔出后,安装千斤顶及对周边对称的2根锚索安装夹具及夹片,千斤顶加载,将其拔出,重复上述步骤依次回收周边的钢绞线。②回收所需的设备:使用JCE专用千斤顶。③对拔出的锚索进行详细检查,如再利用的则须妥善保管,便于下次施工中使用[2]。
  通过以上分析可以看出,可回收式锚索技术锚索回收效率高,被回收的钢绞线能重复使用,达到锚索资源功能的充分利用,与传统的锚索技术相比,节约了资源,具有很大的高效环保优势。另外,可回收性锚索技术的应用,节省了工程建设支护材料和运行费用,并且降低了临近地下工程的施工难度,从长远来看,可回收锚索的大范围应用将会大大降低工程投资。
  四、总结
  根据调查了解,可回收锚索已在很多工程中得到了成功的应用,例如:深圳市福田枢纽地铁车站工程、深圳地铁龙岗线西延段3152标段福田站3号线北端深基坑工程、深圳地铁3号线西延段停车场基坑工程等,并且在相当一部分工程中实现了回收率100%[3]。
  可回收式锚索不仅能够大大减少不必要的工程投入,更能够有效地解决普通锚索长期占据地下空间而造成的地下环境保护问题,有利于我国将来地下空间开发及工程建设的可持续发展,具有重大的社会意义,符合国家发展的需要。
  目前我国的锚索(锚杆)回收技术依然相对落后,因此,一方面需要我们广泛的应用,积累实际经验,另一方面,应该加大研发力度,进一步提高效率,降低成本。运用理论指导实践,在实践中积累经验。不断的将理论与实践相结合。
  参考文献
  [1]盛宏光.可回收式锚索试验研究[J].地质灾害与环境保护,2003,14(4)
  [2]黄常波.JCE回收式锚索在北京地区的试验研究[J].建筑科技情报,2005,(2)
  [3]区焱彬,郭永顺.可回收预应力锚索施工技术研究[J].广东土木与建筑,2008,(5):27-29.
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