浅析反拉加固在狭窄施工空间的应用

摘要：在施工空间狭窄、施工项目众多、工序交叉复杂的现场条件下，如何在保证施工安全的同时加快施工进度，提高施工效率，是一个比较复杂的系统工程，除了要采用系统工程的方法进行网络优化外，同时还应利用尽可能多的作业面展开工作，因此最重要的是需要尽量减小各项目、各工序对空间的占用，才有可能实现多作业面快速施工。本文以映汶高速单坎梁子隧道右洞出口明洞段施工为例，施工单位采用了反拉加固的方法对原有预加固桩进行了加固处理，确保了陡直边坡的稳定，同时为明槽内众多项目的施工节约了施工空间，达到了明洞段快速施工的目标。

关键词：反拉加固；狭窄；空间；应用

Abstract:In the narrower space, construction projects and process complex site conditions, how to ensure construction safety and speed up the construction progress, improve construction efficiency, is a complicated system engineering, in addition to using the method of system engineering, network optimization, at the same time also should take advantage of as much as possible operation, so the most important is the need to minimize the project, the process of space occupied, is likely to achieve more operation fast construction. For high speed single candy issue this paper, taking the hit Burma tunnel export myeong-dong right hole construction as an example, the construction unit adopted FanLa reinforcement method on the original pre-reinforcement pile reinforcement, ensure the stability of the steep slope, for the construction of the Ming groove in many projects at the same time saves the construction space, reached the myeong-dong period of fast construction goal.

Keywords:fanLa reinforcement; narrow ; space; application

中图分类号：TQ639.2

引言

笔者在进行映汶高速公路单坎梁子隧道右洞出口明洞段的施工过程中，在开挖明槽前，需要对已有预加固桩进行加固处理，确保已完成二衬的左洞结构安全和右洞左侧陡直边坡的稳定。在对横梁支撑、对拉锚索、锚筋、注浆小导管、反拉加固等多种方案进行了论证和比选后，施工单位采用了反拉加固的施工方案，这样既能够确保右洞左侧陡直边坡的稳定，也为右洞明槽节约了大量的施工空间。该方案的实施取得了成功，安全快速的完成了隧道右线的明洞浇筑施工任务。

1、工程概况

映秀至汶川高速公路单坎梁子隧道为双线分离式隧道，隧道出口端左右测量线间距为12m～6m，同时隧道左线左侧靠山，右线右侧临江，为典型的偏压小净距隧道。隧道出口位于斜坡地段，右洞右侧边坡为原电站导流洞口深切高边坡，隧道开挖线距坡面最短距离为4m，上部为基岩陡崖，洞口附近斜坡自然坡度约15～30°不等，坡表出露为崩坡积的块、碎石土，块石最大粒径可达十余米，呈松散结构；下伏为第四系冰水堆积层，出露主要为褐黄色含砾低液限粘土、块石呈松散结构，结构不均，粘土含水量高，厚度较大，施工干扰时，沉降较大，属典型软弱地基层。该斜坡坡表多为台阶状旱地，在自然条件下斜坡坡体整体稳定，隧道开挖扰动后容易诱发斜坡失稳。

前期隧道出口左右线均考虑采用暗洞施工，从出口方向开始施工，按照先左后右的施工顺序进行，待左洞完成贯通后，再进行右洞出口段的施工。为了保护左洞免受偏压的影响，原设计在左右洞之间考虑了5根2*3m的预加固桩，在右洞施工前，已将预加固桩施工完成。然而在进行右洞出口段暗洞施工时，由于基础软弱，已完成初支的洞段发生了严重的沉降变形最后直至坍塌。因此，施工方不得不将右洞出口段调整为明洞施工。而明洞一旦开挖，势必将造成隧道右洞左侧预加固桩的，长度将占到桩长的4/5，在左侧土压力的作用下，预加固桩本身就极易倾倒而成为一个非常大的安全隐患，进而还将造成左侧边坡失稳，影响到左洞的结构安全。因此必须对预加固桩进行加固处理。另外在开挖后的狭窄明槽内，将展开多个项目的施工：包括隧道基础处理、边坡支护、右侧挡墙浇筑、隧底仰拱浇筑、明洞衬砌等，因此要求加固方案必须尽可能少占用施工空间，为其他实体施工项目创造条件，提高施工进度。

2、施工方案选择

施工单位在考虑对已有预加固桩的加固方案时，提出了以下几种方案：横梁支撑、对拉锚索、锚筋、注浆小导管、反拉加固等，经过认真分析和论证后，认为：

⑴横梁支撑方案：需要等待右侧临江挡墙修建起来后，才有支撑点，且支撑梁无论采用钢梁或砼梁均将占用明槽施工空间，不利于其余工作的开展，施工工期很长。

⑵对拉锚索、锚筋：就是采用钻机钻孔至左洞二衬内，采用锚索或锚筋将预加固桩固定在左洞的二衬砼结构上，这种方案将破坏左洞的二衬砼结构，同时有可能对左洞的整体结构安全产生不利影响，安全性极低。

⑶注浆小导管方案：采用注浆小导管对预加固桩未侧的土体进行注浆加固，减小土体的侧压力，从而达到加固预加固桩的目的。但如前述，该处土体为低液限粘性土，吃浆量达不到设计要求，注浆效果较差，且预加固桩本身的倾倒问题也未得到实质性的解决，因此安全性仍然较差。

⑷反拉加固方案：该方案就是在左洞洞顶的靠山一侧修建锚锭，在预加固桩桩顶植筋，然后采用钢丝绳将预加固桩反拉在锚锭上，对钢丝绳施加一定的预应力以抵消土体的侧压力，达到加固预加固桩的目的，该方案既可达到安全加固的目的，又不占用明槽的施工空间，为首选方案。

通过以上分析，施工单位最终选择了对预加固桩进行反拉加固的施工方案，下面对该方案进行详述。

3、预加固桩反拉加固施工方案

3.1 预加固桩反拉加固系统

预加固桩反拉加固系统由桩顶锚筋、钢丝绳、砼锚锭、带压力表的液压张拉装置（图中未示出）等组成，详见图3.1-1。

图3.1-1反拉加固系统简图

3.1.1 桩顶锚筋

桩顶锚筋利用原有桩基声波检测管预埋Φ32光圆钢筋，一共埋设四根，每根桩内长5m，采用M30砂浆将检测孔灌满，预埋筋在预埋前加工成直角，直角短边长不低于132cm，并将同一横截面的两根预埋筋外漏部分进行焊接，焊缝长度满足不低于10d的搭接焊要求。每根桩设两根钢丝绳反拉，钢丝绳直接拉在靠山侧预埋筋的直角转弯处，为了防止钢筋或钢丝绳磨损，削弱反拉力，在反拉前，采用钢板对钢筋转角处进行补强。

3.1.2 钢丝绳

采用Φ28mm钢丝绳，其反拉力经计算确定。根据实际地形，钢丝绳与水平面夹角为18°，钢丝绳钢丝绳的锁紧装置直接采用多个钢丝绳卡进行设置。

3.1.3 锚锭

在左洞内侧原有钢管桩处设置C25钢筋砼锚锭，锚锭浇筑成直角梯形，为了增大锚锭抗力，浇筑砼时，应将钢管桩浇筑在锚锭内。锚锭内预埋Φ50mm钢管，用以穿钢丝绳之用。预埋钢管时为了确保钢丝绳受力方向与锚固面垂直，应牵线预埋。

3.1.4 液压张拉装置

采用50t液压千斤顶进行张拉，先在钢丝绳锚固端设置3cm厚的锚固钢垫板，加工一型钢支架，液压千斤顶在型钢支架上进行张拉，张拉时以控制张拉力为准，张拉力应超过计算反拉力3%~5%（防止在锁紧过程中松弛，拉力损失），然后锁紧锁扣，完成反拉作业。在锁紧过程中，为了防止锁扣失效，可连续多锁几个锁扣。

3.2反拉加固施工工艺流程

预加固桩反拉加固施工按照以下工艺流程进行施工：

图3.2-1 预加固桩反拉加固施工工艺流程图

下面仅对计算钢丝绳反拉力并选择钢丝绳、分级张拉以及锁定做一简要叙述，其余工序均为常规工艺，在此不再赘述。

3.3计算钢丝绳反拉力

图3.3-1 预加固桩受力分析简图

从图3.3-1可知，预加固桩主要受钢丝绳的拉力F拉、重力G、静止土压力F静、土体摩擦力f。由于预加固桩埋入土层5m，埋入土体以下的桩体部分由于受土体包围，我们可以认为它是稳定的，在进行桩体受力分析或计算时均只考虑桩体以上悬空外漏部分，该部分长度为15m。而要保持预加固桩的稳定、不倾斜，就必须满足顺时针方向的力矩M顺与反时针方向的力矩M反平衡，即满足M顺≧M反。把预加固桩看成一刚性结构，重力G和摩阻力f均通过旋转支点，其力矩为零，因此在力矩平衡上，主要考虑钢丝绳的反拉力和土体侧压力产生的力矩相互平衡。

单根预加固桩所受土体的侧压力有被动土压力、静止土压力和主动土压力三种，其大小顺序为被动土压力、静止土压力、主动土压力。而我们需要保持预加固桩静止不动的状态，不得向前或向后倾斜，因此仅需按照静止土压力来计算钢丝绳反拉力即可。

（1） 单桩静止土压力的确定

根据静止土压力计算公式：

式中：F静0——纵向单位桩宽1m所受到的静止土压力，KN/m；

γ——土体重度，在此取18.3KN/m3；

K0——静止土压力系数，按K0=1-sinψ计算，ψ为内摩擦角，根据设计地质资料，桩位处为含砾黏土层，ψ=34.17°，计算K0=1-sin34.17°=0.43。

H——计算桩长，桩长为20m，去除埋入土体的5m，实际计算桩长为15m。

将以上一些参数代入计算可得：

单根预加固桩宽度为2m，则单根预加固桩所受到的静止土压力为：

按照静止土压力从桩顶向下呈三角形分布，其合力的作用线距底部为计算桩长的1/3，因此静止土压力的作用线距离埋置分界线的高度为5m。

（2） 单桩反拉力计算

按照力矩平衡：M顺M反

则单桩钢丝绳的反拉力不得低于620KN，相当于不低于62t，每根桩上布置两根钢丝绳，每根钢丝绳承受的拉力为31t，考虑到一定的安全系数，我们选取了Φ28mm钢丝绳（型号：6*37+1），其破断拉力为50t。

3.4分级张拉及锁定

在张拉支架及千斤顶安装就位并确认固定端固定牢靠、张拉端工作性能正常后，按照以下步骤开始张拉：

（1）在我们施加拉应力之前，应采用人工理顺拉紧钢丝绳，安装好锚固垫片、张拉垫片，并采用同型号3个锁扣紧贴张拉垫片锁好张拉端；

（2）张拉初始应力按照张拉应力的10%（即3.1t）加载，持荷2min，检查固定端、张拉端、钢丝绳线路上是否存在异常，如有异常情况，可以卸荷处理；

（3）在初始应力持荷2min并稳定后，直接加载至控制应力31t的105%，再持荷2min，紧贴锚固垫片采用三个同型号锁扣锁紧钢丝绳；

（4）千斤顶卸荷，张拉第二根钢丝绳。

3.5反拉加固施工要求

3.5.1桩顶锚筋灌浆必须饱满，焊缝长度及厚度必须满足规范要求；

3.5.2在锚筋的受拉点焊接加强筋或加劲板，既要达到补强的目的，又要防止损坏钢丝绳；

3.5.3在进行锚锭预埋管施工时，一定要做好测量放线工作，最好采用牵线预埋，可以有效防止钢丝绳在穿过锚锭时形成折线，影响钢丝绳的受力状态；

3.5.4制作型钢支架时，各处焊缝必须焊接牢固可靠，必要时可作一定的压力试验进行检验；

（5）张拉时必须严格按照张拉顺序依次施工，出现异常时必须在解决后方可继续施工；

（6）张拉时禁止在锚具正前方站人或人员通过；

（7）在采用锁扣锁紧钢丝绳时，必须采用与钢丝绳相匹配的锁扣，考虑到单个锁扣存在一定的不安全因素，因此至少要采用三个锁扣串联使用。

4、施工效果

在实际施工过程中，施工方严格按照方案进行了施工，同时在每一个预加固桩桩顶均设置了观测点，实行每天观测。经过明槽开挖、隧底基础处理、仰拱施工、明洞浇筑等连续2个月的观测，预加固桩未发生任何移动和倾斜，完全达到了预期的目的和效果。

5、总结与建议

⑴面对日益复杂的施工环境，我们应该仔细分析，找到问题的症结所在，制定出切实可行而又安全经济的施工方案。

⑵在狭窄空间组织多项目、多工序施工时，在采取科学施工组织方法的同时，应尽量减少对施工空间的占用，确保施工进度。

⑶反拉加固这种施工方案也给我们展示了一种逆向思维的实例，给予我们极大的启迪。对于很多实际施工中出现的难题，如果我们按照常规方法而无法实施时，就可以从相反的方向予以考虑，可能起到事半功倍的效果。

参考文献：1、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）。

作者简介：孙国，男，高级工程师，本科，重庆巨能建设集团路桥工程公司