东湖通道桩锚施工及检测方案最终版2014.02.28.docx

中 国 建 筑 工 程 总 公 司CHINA STATE CONSTRUCTION ENGRG.CORP.东湖通道工程标段试验预应力桩锚施工方案中建三局建设工程股份有限公司东湖通道工程项目经理部二0一四年一月第一章 编制说明31.1 编制依据31.3编制目的31.2 编制范围3第二章 工程概况42.1 工程概况42.2 工程地质62.3 设计概况9第三章 施工准备163.1 技术准备163.2 人员投入计划163.3 机械投入计划173.4 材料投入计划17第四章 施工方案194.1 桩锚施工工艺流程图194.2施工方法19第五章 预应力锚索检测245.1 试桩位置选择245.2 主检设备245.3 检测方案24第六章 安全文明施工管理276.1安全组织机构276.2文明施工及环保措施27第1章 编制说明1.1 编制依据1）武汉市东湖通道工程二标段岩土工程勘察报告、武汉市东湖通道工程二标段4号风机房岩土工程勘察报告2）东湖通道围护结构工程3）市政科委轨道交通与市政工程施工专业委员会 武建科市施(2013)187号专家咨询意见4）地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999）(2003年版)5）建筑桩基技术规范（JGJ94-94）6）建筑基坑工程技术规范（GB50330-2002）7）建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）8）建筑边坡工程技术规范（GB50330-2002）9）预应力混凝土用钢绞线(CB/T5524-2003)10）锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）1.3编制目的通过桩锚试验检验桩锚抗拔力，检验桩锚初步设计是否合理，为桩锚正式设计及施工提供依据。1.2 编制范围桩号K4+553K4+910。28第二章 工程概况2.1 工程概况东湖通道工程起于二环线水东段主线高架桥（红庙立交）起点桩号为DBK0+000，止于鲁磨路与东湖东路交叉口处桩号为DHTDK5+260，横贯东湖风景名胜区，线路由红庙立交接线桥梁段、东湖隧道段、东湖东路亲水平台组成，全长6560m。如下图所示：本次主要针对东湖通道 DHTDK4+553DHTDK4+910 段基坑开挖阶段围护结构进行的优化设计，包括围护结构布置、基坑开挖支撑体系。该里程段的基坑围护结构设计前期已由武汉市政工程设计研究院设计完成，支护总体设计方案为支护桩+两层内支撑的支护结构体系，首层内支撑为钢筋砼内支撑，第二层内支撑为钢支撑。考虑到此里程段基坑侧壁土质较好，岩层较浅，对基坑开挖较为有利；基坑宽度约69m，开挖深度为1115m，土石方量较大，原设计方案内支撑及立柱间距较密，对于土方开挖尤其对于岩层开挖难度较大，根据武建科市2013187号专家咨询意见，本段施工采用支护桩+预应力锚索支护体系。桩锚设计范围平面图如下所示：2.2 工程地质4号风机房勘察范围内各岩土层的构成及其工程地质特征详见下表2.1：地层编号岩土名称年代成因层顶埋深(m)层厚(m)颜色状态湿度压缩性包含物及特征1-2素填土Qml0.000.504.00杂松散（软塑可塑）稍湿饱和高由一般黏性土混夹少量碎石组成，结构松散杂乱。遍布场地。2-1黏土Q4al0.900.40黄褐-灰可塑饱和高含铁锰氧化物、灰色黏土矿物条纹及少量有机质。为上部 “硬壳层”，局部分布。2-2淤泥质黏土Q4al0.501.700.802.30褐灰-灰流塑饱和高含有机质，含螺壳及少量腐殖物。局部夹薄层粉土。局部分布。2-5粉质黏土夹粉土Q4al1.802.502.204.80褐灰-灰可塑饱和中高含铁锰质氧化物，部分地段夹薄层中密状态粉土、稍密状态粉砂及角砾。局部分布。3-1黏土Q3al+p11.806.600.506.20黄褐-灰可塑湿中含铁锰质氧化物。局部分布。3-2粉质黏土Q3al+p12.104.500.405.50黄褐-灰硬塑湿中-低含铁锰质氧化物和高岭土团块。局部层中夹少许角砾。局部分布。3-3粉质黏土夹粉土Q3al+p11.409.500.804.10黄褐-灰黑可塑湿饱和中含铁锰质氧化物和高岭土，局部夹薄层中密状态粉土、稍密状态粉砂及角砾。局部分布。3-3a黏土夹粉土Q3al+p14.506.001.504.30黄褐-灰黑可塑软塑饱和高含铁锰质氧化物和高岭土团块夹薄层中密状态粉土、稍密状态粉砂。局部分布。4-1黏土含碎石Q3al+p17.007.801.302.20褐黄可塑硬塑湿低含铁锰质氧化物和高岭土团块。碎石为石英砂岩，次棱角状，粒径220mm不等。含量约30%。局部分布。10a-1强风化粉砂质泥岩S2.9010.300.402.40褐黄/绿灰坚硬稍湿低岩石多风化成土状，可见风化岩碎块。取芯率85%左右。岩体基本质量等级为级。遍布场地，埋深及层厚变化较大。10a-2中风化粉砂质泥岩S4.0012.701.506.80褐黄/绿灰坚硬干岩石较完整，岩芯多呈短柱状，泥质夹砂状结构。块状构造。岩层倾角约6070。沿裂隙面上覆盖有氧化铁薄膜。岩石坚硬程度属极软岩，岩体完整程度较完整，岩体基本质量等级级。遍布场地，埋深及层厚变化较大。本次勘察未揭穿该层。4号风机房基坑边坡工程设计参数建议值如下图表2.2：地层编号岩土名称天然重度抗剪强度指标竖向固结系数水平固结系数土石可挖性分级隧道围岩类别(Cv)(Ch) 按公路工程地质勘察规范(JTGC20-2011)按公路工程地质勘察规范(JTGC20-2011)按公路隧道设计细则（JTG/TD70-2010）黏聚力摩擦角P=100P=200P=300P=100P=200P=300CkN/m3kPa10-3cm2/s10-3cm2/s1-2素填土18.0108松土2-1黏土18.91780.71 0.57 0.50 0.53 0.44 0.37 松土22-2淤泥质黏土16.7940.91 0.81 0.71 1.03 0.99 0.88 松土2-5粉质黏土夹粉土19.119100.84 0.76 0.67 0.82 0.76 0.71 松土23-1黏土19.630132.041.691.112.641.911.11松土23-2粉质黏土19.840153.14 2.73 2.13 3.27 2.61 2.04 普通土13-3粉质黏土夹粉土20.128152.14 1.87 1.64 2.54 2.08 1.79 松土23-3a黏土夹粉土18.61880.680.540.50松土4-1黏土含碎石20.640165.91 4.32 3.47 3.11 2.94 2.84 普通土210a-1强风化粉砂质泥岩22.05020硬土210a-2中风化粉砂质泥岩24.89026软石1注：1、表中c、值参照湖北省基坑工程技术规程提供，仅供基坑支护设计使用；岩石抗剪强度是按岩体软弱结构面影响并参照工程岩体分级标准GB50218-94综合经验确定的。2、岩石基床系数是参照城市轨道交通岩土工程勘察规范GB50307-2012确定。2.3 设计概况本路段围护结构除左线部分区段采取上部放坡喷锚支护+支护桩+预应力锚索的支护结构外，左线其他路段及右线均采用支护桩+预应力锚索的支护形式。总体采用钻孔灌注桩+三（四）排预应力锚索支护结构，支护桩桩型仍采用原设计桩型，即旋挖成孔灌注桩10001200。支护桩、冠梁按原围护结构设计图纸施工。预应力锚索设计剖面图如下：2.4 预应力锚索伸长值计算预应力筋张拉伸长值计算可按弹性定理，按下式计算：l=Pl/APES式中 P预应力筋张拉力； l预应力筋长度； AP预应力筋截面面积； ES预应力筋弹性模量，对钢绞线可按ES=（1.81.95）105 根据初步设计，不同桩号处不同位置拉力设计值各不相同，各位置预应力锚索张拉理论伸长值通过计算如下表：表2-3 预应力锚索理论伸长值表桩号位置拉力设计值（KN）自由段长度（m）锚索规格伸长量（mm）左线K4+553K4+580第一道210.009.003S15.2-186019.30第二道229.007.003S15.2-186016.37第三道237.006.003S15.2-186014.52K4+580K4+850第一道305.009.003S15.2-186028.03第二道373.008.004S15.2-186022.85第三道330.007.003S15.2-186023.59第四道271.006.003S15.2-186016.60K4+850K4+910第一道196.009.003S15.2-186018.01第二道294.008.003S15.2-186024.02第三道298.007.003S15.2-186021.30第四道268.006.003S15.2-186016.42右线K4+553K4+560第一道233.009.003S15.2-186021.41第二道249.007.003S15.2-186017.80第三道245.006.003S15.2-186015.01K4+560K4+700第一道362.009.004S15.2-186024.95第二道318.007.003S15.2-186022.73第三道274.006.003S15.2-186016.79K4+700K4+730第一道313.009.004S15.2-186021.57第二道290.007.003S15.2-186020.73第三道247.006.003S15.2-186015.13K4+730K4+810第一道314.009.004S15.2-186021.64第二道290.007.003S15.2-186020.73第三道247.006.003S15.2-186015.13K4+810K4+850第一道229.009.003S15.2-186021.04第二道239.007.003S15.2-186017.08第三道231.006.003S15.2-186014.15K4+850K4+910第一道225.009.003S15.2-186020.68第二道235.007.003S15.2-186016.80第三道230.006.003S15.2-186014.09本表为理论计算所得伸长值，实际施工可根据此拉力设计值及伸长值进行控制。第三章 施工准备3.1 技术准备1）根据目前初步设计，地勘报告，向工程施工人员进行图纸交底。2）由项目技术负责人对项目部质检员、工长作图纸、桩锚施工方案的技术交底；3）由项目施工员对作业班组作试桩及桩锚作业交底，包括对孔位、标高、孔深等方面的交底。4）做好各类原材料的进场验收及送检工作。3.2 人员投入计划表 3-1 项目管理员投入计划序号岗 位人 数职 责1生产经理1全面负责安全生产管理2总工程师1全面负责技术工作3工区负责人1负责安全生产管理4技术员1负责技术支持，安全技术交底等工作5质检工程师1负责质量监督检查工作6实验员1负责对进场材料的验收与送检工作7资料员1负责施工资料收集整理工作8安全工程师1负责安全督检查工作9机电管理员2负责供电管理工作10测量工程师2负责现场放线工作表 3-2 劳动力投入计划序 号职务和工种人 数备 注1电、焊工22机操工64普 工10合 计183.3 机械投入计划表3-3 机械设备投入计划表序 号机具名称型号和规格数 量备注1锚杆钻机DHR80A2台套2液压注浆机HYB-150型2台3交流电焊机BWL-1601台4切 割 机J3G3-4001台5油压泵千斤顶100t/150t1台套6灰浆搅拌机75kw1台7水泵IS80-50-2001台3.4 材料投入计划表3-4 材料投入总计划表序号项目特征（如材料名称、规格）单位备注1钢绞线152.16921t2锚具数2167套3钢绞线托架6240t4钢绞线锚杆入土长度14058m5钢绞线锚杆入岩长度13584m6钢绞线锚杆注浆段长度15159m7斜铁11.21t8槽钢腰梁218.5t9锚垫板N119.55t10加劲肋板N214.7t11连接缀板N30.5t第四章 施工方案4.1 桩锚施工工艺流程图图4-1 桩锚施工工艺流程图4.2施工方法根据本工程的设计方案，要求打设3或4道桩锚。第一道桩锚，桩锚中心为冠梁下1.5m（局部0.5m），内插3、4根715.2钢绞线，左线桩锚倾角15度，右线桩锚倾角20度，桩长1821m，桩锚水平间距为1.2m，预拉力196362KN；第二道桩锚，桩锚中心为冠梁下4.5m，内插3、4根715.2绞线，桩锚倾角25度，桩长1421m，桩锚水平间距为1.2m，预拉力229373KN；第三道桩锚，桩锚中心为冠梁下7.5m，内插3根715.2绞线，桩锚倾角15度，桩长1316m，桩锚间距为1.2m，预拉力230330KN；第四道桩锚设计与左线，桩锚中心为冠梁下13.2m，内插3根715.2绞线，桩锚倾角15度，桩长13m，桩锚间距为1.2m，预拉力268271KN。每排桩锚横向以双拼槽钢腰梁连接。桩锚的剖面简图如下：图4-2 桩锚简图具体施工步骤如下：(1)土方开挖为保证桩锚施工作业面，要求水平方向距桩墙处至少留出6米的作业面，降水及土方开挖工作由总包单位配合进行。要求开挖土方至第一层桩锚以下0.3m的位置，预留0.3m的位置以便排浆及上腰梁之用。对于已经超挖区域，可进行回填6m宽钻机操作平台至桩锚以下0.3m，作业平台三面放坡按1:1控制。示意图如下：图4-3 钻机操作示意图(2)放线定位桩锚位置和桩锚标高依据基桩轴线和高程引测点进行测放，开工前必须进行复核。(3)钻机就位钻机安置于设计的孔位上，使钻头对准孔位的中心。同时保证钻孔达到设计要求的角度，然后作水平校正，保证桩锚与围护桩墙成一定角度。(4)在帷幕墙上预钻孔锚索成孔采用导管跟进成孔注浆，孔径150mm，预应力锚索钻孔倾角按各剖面设计角度施工，孔深应超过设计长度0.5m。钻孔前根据基坑周边详细的管线勘探，各种管线、管道位置埋深资料，在工地现场以显眼的标志标示，以便施工中避开； 锚杆钻孔应符合下列规定： 1） 锚杆钻孔不得扰动周围地层； 2） 钻孔前，根据设计要求和地层条件，定出孔位、做出标记； 3 ）锚杆水平、垂直方向的孔距误差不应大于20mm。钻头直径不应小于设计钻孔直径3mm； 4） 钻孔轴线的偏斜度不应大于5%；5） 向钻孔中安放锚杆前，应将孔内岩粉和土屑清洗干净。(5)在钻头上安装锚索，沿预钻孔插管进入围护桩墙后，低压钻进到设计桩锚末端。(6)成锚控制锚索安装完成后，进行两次注浆，采用P.O 42.5R普通硅酸盐水泥拌制水泥浆。一次注浆水灰比为0.400.45，二次注浆水灰比为0.450.50。二次注浆成锚，第一次采用常压注浆，第二次注浆压力为3.05.0MPa，二次注浆时间宜在一次注浆后6-8小时后进行或根据现场试验确定。向钻孔内注浆应符合下列规定：1注浆管的出浆口应插入距孔底300500mm处，浆液自下而上连续灌注，且确保从孔内顺利排水、排气；2注浆设备应有足够的浆液生产能力和所需的额定压力，采用的注浆管应能在1h内完成单根锚杆的连续注浆；3注浆后不得随意敲击杆体，也不得在杆体上悬挂重物。 (7)成锚后封孔注浆完成后，钻杆退出钻孔，向孔内塞水泥包装袋，起到止浆塞作用，防止水泥浆外流，造成孔口空洞。对于孔口流水现象，可以设置引流管。必要的时候可采用坑外降水。(8)腰梁安装锚索的张拉要求在腰梁和锚索锚固体强度达到设计强度75后方可进行张拉锁定。按照设计要求安装腰梁并张拉桩锚至1.2倍设计值，并做好张拉记录，在锚头外预留10cm钢绞线，并截断多余的钢绞线。由于灌注桩形成的墙体不能保证在同一平面上，会影响到腰梁的安装。因此，对于墙体凸出部分，需要用风镐进行破碎，而对于墙体凹陷部分，则可根据腰梁的位置，采用方木或垫铁进行垫支处理。腰梁安装完成后示意图如下： 围护桩腰梁锚具及钢绞线图4-4 腰梁安装完成后示意图第五章 预应力锚索检测5.1 试桩位置选择结合桩锚设计以及现场实际情况，选择6根进行试桩，试桩位置选择左线距离冠梁下1.5m处第一道桩锚。5.2 主检设备1) 穿心千斤顶 500kN、600kN、油泵、油压表2) 百分表 0.01mm 级，050mm3) 辅助用垫块、计时间等工具5.3 检测方案1、试验原理示意图：锚索极限抗拔承载力试验宜采用循环加载法加载装置示意图见图 1。试验数据从压力表及百分表中读取。其加载分级和锚头位移观测时间应按表 1 确定。图5-1 加载装置示意图 循环加载试验的加载分级与锚头位移观测时间 表5-1循环次数分级荷载与最大试验荷载的百分比（%）初始荷载加载过程卸载过程第一循环10204050402010第二循环10305060503010第三循环10406070604010第四循环10507080705010第五循环10608090806010第六循环107090100907010观测时间（min）55105552、试验要求：1) 试验锚杆的参数、材料、施工工艺及其所处的地质条件应与工程锚杆相同。2) 锚杆抗拔试验应在锚固段注浆固结体强度达到 15MPa 或达到设计强度的75%后进行。3) 加载装置(千斤顶、油泵)的额定压力必须大于最大试验压力，且试验前应进行标定。4) 加载反力装置的承载力和刚度应满足最大试验荷载的要求，加载时千斤顶应与锚杆同轴。5) 计量仪表(测力计、位移计、压力表) 的精度应满足试验要求。6) 试验锚杆宜在自由段与锚固段之间设置消除自由段摩阻力的装置。7) 最大试验荷载下的锚杆杆体应力，对预应力钢筋，不应超过其抗拉强度标准值的 0.9 倍；对普通钢筋，不应超过其屈服强度标准值。3、加载方法：1) 锚杆加载前应预先施加初始荷载，初始荷载应取锚杆轴向拉力标准值的10；2) 每级加、卸荷载稳定后，在观测时间内测读锚头位移不应少于 3 次；3) 在每级荷载的观测时间内，当锚头位移增量不大于 1.0mm 时，可视为位移稳定；当观测时间内锚头位移增量大于 1.0mm 时，应在该级荷载下再延长观测时间 60min，并应每隔 10min 测读锚头位移 1 次；当该 60min 内锚头位移增量小于 2.0mm 时，可视为锚头位移收敛；当锚头位移稳定或收敛后，方可施加下一级荷载；4) 加至最大试验荷载后，当锚杆尚未出现下列第 6）条规定的终止加载情况，且继续加载后满足本钢筋（预应力筋）强度的要求时，宜按最大试验荷载10的荷载增量继续进行下一循环加载，此时，每级加载中间过程的分级荷载与最大试验荷载的百分比应分别相应增加 10，其观测时间应为10min。5) 当锚杆极限抗拔承载力试验采用逐级加载法时，其加载分级和锚头位移观测时间应按表 1 中每一循环的最大荷载及相应的观测时间逐级加载和卸载。6) 锚杆试验中遇下列情况之一时，应终止继续加载：a) 从第二级加载开始，后一级荷载产生的锚头位移增量达到或超过前一级荷载产生位移增量的 2 倍；b) 锚头位移不收敛；c) 锚杆杆体破坏。4、试验提交成果：循环加载试验应绘制锚杆的荷载位移(Qs)曲线、荷载弹性位移(Qse)曲线和荷载塑性位移(Qsp)曲线。锚杆的位移不应包括试验反力装置的变形。5、锚杆极限抗拔承载力应按下列方法确定：1) 单根锚杆的极限抗拔承载力，在某级试验荷载下出现上列第 6）条规定的终止继续加载情况时，应取终止加载的前一级荷