中铁六局集团呼和浩特铁路建设有限公司
摘要：本文以成都地铁7号线10标川师车辆段与综合基地工程为实例，介绍了膨胀土地区深大基坑单排桩预应力锚索复合支护结构的应用，阐述了主要施工工艺流程并简要的说明了相应工序中针对膨胀土地区为保证锚索施工质量采取的一些技术措施，并结合施工实际情况对重难点采用技术措施进行了说明。
关键词：膨胀土；深大基坑；单排桩预应力锚索复合支护结构
1、引言
膨胀土干燥状态下强度较高，弱风化状态的膨胀泥承载力在400KPa～500KPa之间。且裂缝较多，这一特性使得膨胀泥岩裂隙十分发育，有水平、竖向、斜交三种，裂隙的发育为水的渗透开出了通道，水的渗透又会加剧膨胀泥岩的进一步崩解破坏。膨胀泥岩中含有较多的亲水性矿物质，如蒙脱石、伊利石等，这些矿物的大量存在使得膨胀泥岩具有较强的遇水膨胀性。
2、工程概况
成都地铁7号线川师车辆段基坑长约500m，宽约150m，基坑范围内岩土为人工填土、膨胀土、膨胀岩和风化岩，其中人工填土厚度为3.0m、膨胀土厚度3.4m、膨胀岩厚度12.3m、风化岩厚度15.2m。川师车辆段场内，膨胀土主要包括三类，一是自由膨胀率为Fs（%）=36%～77%的粘土；二是自由膨胀率为Fs（%）=36%～57%的粉质粘土；以及自由膨胀率为Fs（%）=54%～70%的全风化泥岩。根据区域地质以及室内资料综合判定，粘土为弱～中等膨胀土，粉质粘土为弱膨胀土，全风化泥岩为中等膨胀土。
根据川师车辆段的地质条件，经技术经济比选后，确定川师车辆段基坑围护结构采用放坡开挖+土钉墙+单排桩+预应力锚索复合支护结构。
单排桩，桩径1.5m，桩间距1.8m～2.1m，设计嵌岩深度3.5m。桩间采用C20喷射混凝土完全封闭，隔绝水对桩间土的影响，尤其是对膨胀土、膨胀泥岩的影响。
锚索体孔径150mm，锚索采用1860级φ15.2mm底松弛钢绞线，注浆体采用M20水泥浆。锚索类型选用拉力型锚索。整个锚索体系采用40a工字钢连接成整体，保证整个受力体系完整。
3、预应力锚索施工
3.1施工工序
桩间挂网、喷射混凝土→孔位放样、钻机就位→钻进成孔、清孔→穿索→一次注浆→二次注浆→钢围檩、锚头安装→锚索张拉锁定→封锚。
3.2主要施工步骤
3.2.1桩间喷射混凝土施工
桩间挂网喷射混凝土施工封闭桩间，隔绝水对桩间土的影响，保护桩间土在锚索施工过程中不在孔口处坍塌。
3.2.2锚索钻孔
锚索成孔采用潜孔钻成孔，在破碎风化严重或松软的粘土层中等容易塌孔的地质情况下采用套管跟进钻进技术，由于钻孔过程中必须采用高压送风清除钻孔过程中的渣土，钻孔时，采用间隔跳打，保证新开孔施工时不影响相邻已成孔的孔位。
成孔后，必须清孔，将孔内渣土泥浆彻底清除干净，防止钢绞线沾染污物。
3.2.3穿索
穿索时，先将锚索体的底端放入孔内，人工依次向孔内缓慢均匀推进，不得用力过猛，防止钢绞线弯曲将一次注浆管挤掉。当穿索时遇到障碍下索困难时，严禁强行下索，防止钢绞线表面沾染污物，影响钢绞线与注浆体粘结效果。
锚索体到达孔底后，根据钢围檩及锚头尺寸外露足够长度，保证整套锚索安装完成后，进行张拉时能对钢绞线进行有效夹持。
3.2.4一次注浆
一次注浆为常压注浆，注浆压力0.5MPa～1MPa。一次注浆待水泥浆从孔口溢出且水泥浆内无杂色、无渣土，溢出的水泥浆与注浆浓度相同时即可停止注浆。一次注浆效果直接影响锚索的施工质量，对张拉效果起关键性影响。
根据现场施工实际情况看，一次注浆效果直接影响锚索的施工质量，对张拉效果起关键性影响。
3.2.5二次注浆
二次注浆为高压注浆，注浆压力2MPa～3MPa。二次注浆是对一次注浆的补充，将一次注浆完成后的上层泌水排出，保证注浆体整体强度。
3.2.6钢围檩、锚头安装
钢围檩采用40a工字钢，锚头采用20mm及10mm的Q235B钢板加工焊接而成。钢围檩安装前，根据锚索孔位标高，将钢围檩安装位置标识清楚，并将安装处的桩体表面清理平整。钢围檩与桩壁间距过大的位置，必须进行背缝填塞，确保钢围檩受压时不会因为钢围檩安装不平整，造成钢围檩连接处崩脱。
3.2.7锚索张拉锁定
锚索注浆体强度达到15MPa或设计强度的75%后进行锚索张拉。张拉采用整体张拉法，张拉过程由预张拉和正式张拉两部分组成。取设计值的20%进行预张拉稳压2min，使锚索平直且各部分接触紧密。正式张拉时分级进行，分别按25%，50%，75%，100%，110%设计轴向拉力值各拉伸一次，每级张拉稳定持荷2、5、5、10、15min并记录钢绞线的伸长量，检测指标合格后进行锁定。
锚索张拉锁定完成48h内无明显应力损失，即可进行封锚。应力损失大于设计张拉力的10%时，应进行补张，保证满足设计要求。
3.2.8封锚
锚索张拉完成并且拉力稳定后，采用手持砂轮切割机将外漏多余钢绞线切割，锚具外预留3cm。切割时严禁使用电弧烧割及火焰切割。切割完成后用细石混凝土将整个锚头封闭，防止因钢绞线锈蚀造成应力损失。
4、施工需要注意事项
4.1桩间土及时封闭
桩间土及时封闭主要有如下几个目的：
1、隔绝水对桩间土的破坏影响，基坑开挖后桩间土外露出新的临空面，造成其原有含水率改变，含水率的的变化会造成土体的物理及力学性质的改变，如粘聚力、土体的内摩擦力、土体的体积等性质的改变。尤其是膨胀土，膨胀土的含水量变化会造成土体体积的剧烈变化，承载力和整体性也会急剧降低，造成围护结构的受力情况急剧变化，同时，由于膨胀土遇水膨胀，失水收缩、开裂的性质，膨胀土的含水率往复变化会加快土体的破碎风化。
2、防止锚索钻孔时孔口坍塌，基坑开挖至锚索设计标高时，新暴露的桩间土含水率会逐渐降低，土体干缩开裂，锚索施工时需要高压风带动冲击器破碎土体，钻孔时在孔口会大面积破坏土体造成孔口坍塌，为下一步桩间挂网喷砼造成施工困难，并且造成材料的浪费，增加施工成本。
4.2粘土层钻孔方法选取
当施工粘土层锚索时，采用潜孔钻高压风带动冲击器成孔，成孔难度大，钻进速度慢，粘土层中当孔深大于8m时，高压风已经难以清除孔内渣土，需要在钻孔时加水保证出渣。且锚索施工完成后，进行张拉时，合格率较低。
结合川师车辆段现场施工情况，在施工粘土层锚索时建议采用水钻成孔，水钻钻孔时利用循环水出渣，不需要高压风，对周围土体影响较小，且施工速度快。
4.3低温环境注浆体强度保证措施
当环境温度低于5℃时，注浆体强度增长缓慢，正常气温下注浆体5d～7d即可达大于设计强度75%，当温度低于5℃时，需要12d～14d才能大于设计强度的75%，满足张拉条件。
所以，当环境温度低于5℃时，可采用在水泥浆中掺合早强剂及减水剂，加快注浆体强度增长速度。缩短工期，节约成本。
4.4张拉工具锚的选择
锚索张拉时的工具锚必须与锚头及夹片配套，张拉千斤顶与锚头夹片接触位置必须有适当的空隙，保证钢绞线在张拉时夹片能向外移动，在张拉到位后夹片又能向内随钢绞线移动，夹紧钢绞线。工具锚与锚头不配套，可能造成张拉时只有千斤顶内一段钢绞线受力整个锚索体不受力，或者张拉到位后夹片不能及时夹紧钢绞线造成锚索锁定力不足。