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預(yù)應(yīng)力土層錨桿在深基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

2015-09-15 595 0

   摘要:錨固技術(shù)是巖土工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù),其不僅可大大提高巖土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,而且對(duì)控制基坑的變形相當(dāng)重要。本文就預(yù)應(yīng)力土層錨桿技術(shù)在深基坑支護(hù)工程中的設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行探討。
 
  1前言
 
  錨固技術(shù),尤其是預(yù)應(yīng)力土層錨桿(索)以其主動(dòng)受力的特性,在深基坑支護(hù)中起著相當(dāng)重要的作用。預(yù)應(yīng)力錨桿不僅決定支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,而且對(duì)控制基坑的變形相當(dāng)重要。目前,隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展,高層建筑大量涌現(xiàn),其基礎(chǔ)埋置深度較深,往往在5m及以上,甚至深達(dá)20-30m,基礎(chǔ)埋置深度深了,地下結(jié)構(gòu)的施工,需要挖除相應(yīng)的土方而形成的基坑工程呈現(xiàn)出緊(場(chǎng)地緊湊)、近(毗鄰建構(gòu)筑物及地下設(shè)施近)、深、大(規(guī)模和尺寸大)等特點(diǎn)。如何保證基坑的穩(wěn)定、基坑挖土、地下室施工及基坑周邊環(huán)境的安全,成為基坑工程設(shè)計(jì)、施工以及監(jiān)理的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
 
  2預(yù)應(yīng)力土層錨桿技術(shù)的概述
 
  2.1預(yù)應(yīng)力錨桿的工作機(jī)理
 
  預(yù)應(yīng)力土層錨桿是一種新型受拉桿件,是利用專(zhuān)用土層錨桿施工機(jī)械,將其一端與擋土樁、墻聯(lián)結(jié),另一端則用水泥漿或水泥砂漿錨固在地基的土層中,使其錨固段砂漿體達(dá)到一定的設(shè)計(jì)強(qiáng)度,以承受樁、墻的土壓力、水壓力等水平荷載,利用地層的錨固力維持基坑的穩(wěn)定。最大優(yōu)點(diǎn)是在基坑施工時(shí),因無(wú)內(nèi)部支撐體系干擾,土方開(kāi)挖比較方便。人工挖土樁可緊貼建筑物施工,無(wú)振動(dòng)和泥漿排放,對(duì)混凝土護(hù)圈形狀稍作改進(jìn)(偶數(shù)樁兩翼擴(kuò)徑呈異形)便可形成止水帷幕。
 
  2.2預(yù)應(yīng)力錨桿的作用
 
  2.2.1施加預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)荷載平衡
 
  施加預(yù)應(yīng)力的方法可認(rèn)為是對(duì)混凝土面板施加與主動(dòng)土壓力方向相反的荷載,用以抵消部分或全部土壓力。這樣,即可把結(jié)構(gòu)當(dāng)成是受到平衡荷載和外荷載作用的非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算,為支護(hù)的設(shè)計(jì)和分析提供了依據(jù),是支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的保證。
 
  2.2.2預(yù)加應(yīng)力使土體和錨固體一體化的加固作用
 
  通過(guò)預(yù)加應(yīng)力,使自由段處的土體預(yù)壓,使得包裹錨固體的土體產(chǎn)生向基坑外的剪應(yīng)力,阻礙了滑移面的產(chǎn)生,從而抵消了基坑開(kāi)挖時(shí)釋放的土壓力,加強(qiáng)了土體的抗變形能力;可使錨固體與土體進(jìn)行協(xié)調(diào)結(jié)合,形成一體化的加固作用,提高基坑的整體穩(wěn)定性。
 
  但須注意一點(diǎn)的是,由于預(yù)應(yīng)力錨桿是在基坑自穩(wěn)、土體未產(chǎn)生變形的基礎(chǔ)上才產(chǎn)生作用的,因此要求下步開(kāi)挖須在錨桿張拉,施加預(yù)應(yīng)力之后進(jìn)行。
 
  3預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計(jì)
 
  3.1設(shè)計(jì)計(jì)算
 
  錨桿預(yù)應(yīng)力值的確定對(duì)于錨桿的應(yīng)用起決定性作用,它不僅要考慮安全與經(jīng)濟(jì)性,而且對(duì)變形的控制尤為重要。因此,預(yù)應(yīng)力錨桿在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),則1)錨桿預(yù)應(yīng)力值應(yīng)滿足基坑支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定力,根據(jù)靜力分析確定基坑穩(wěn)定時(shí)各支護(hù)構(gòu)件的參數(shù)主要是各種力的大小,如樁承受的土壓力,土釘?shù)目拱瘟Φ龋?)在支護(hù)體系中,錨桿預(yù)應(yīng)力值應(yīng)由支擋結(jié)構(gòu)各部位所承受的土壓力(采用土釘支護(hù)時(shí),土壓力用抗拔力代替),乘以安全系數(shù)(即施加的預(yù)應(yīng)力)計(jì)算而來(lái);3)預(yù)應(yīng)力錨桿參數(shù)(錨桿長(zhǎng)度、自由段長(zhǎng)度、預(yù)應(yīng)力筋個(gè)數(shù)、傾斜角等)應(yīng)由預(yù)應(yīng)力值和所勘察的土性參數(shù)結(jié)合而確定;4)當(dāng)基坑穩(wěn)定性滿足各錨桿參數(shù)計(jì)算后,再對(duì)整體進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算,如滿足要求,則進(jìn)行下一步工作。
 
  3.2試驗(yàn)資料
 
  在深基坑支護(hù)施工前,應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),以獲得完整的試驗(yàn)資料:即通過(guò)分級(jí)加載下錨頭的位移值,了解預(yù)應(yīng)力錨桿的受力變化特性;通過(guò)抗拔試驗(yàn),得出錨桿的極限承載力,使其荷載比β≤0.55,以最大限度發(fā)揮預(yù)應(yīng)力錨桿的錨固作用;通過(guò)試驗(yàn)了解預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值與極限承載力的關(guān)系,從而了解支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全可靠性。
 
  4預(yù)應(yīng)力錨桿的施工工藝
 
  4.1鉆孔時(shí),鉆桿應(yīng)垂直于巖面或?qū)永砻?;在鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)合理掌握鉆進(jìn)參數(shù)和鉆進(jìn)速度,防止出現(xiàn)埋鉆、卡鉆等各種孔內(nèi)事故。
 
  4.2鉆孔結(jié)束后,應(yīng)用彎頭鋼管通入高壓風(fēng)吹凈孔中石屑及細(xì)小石塊,利于漿液與巖壁充分接觸,并檢查孔深,孔深宜超過(guò)錨桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)長(zhǎng)度500mm。
 
  4.2預(yù)應(yīng)力筋的制作與安裝
 
  4.2.1預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)平直、順直、除油除銹,并作防腐處理;對(duì)鋼筋拉桿,先涂一層環(huán)氧防腐漆冷底子油,待干燥后,在涂一層環(huán)氧玻璃鋼,待其固化后,再纏繞兩層聚乙烯塑料薄膜;對(duì)自由段的鋼絞線,要套聚丙烯防護(hù)套。對(duì)錨桿的非錨固段及錨頭部分,要作防腐處理;永久性錨桿應(yīng)作雙層防腐處理;臨時(shí)性錨桿應(yīng)用瀝青作簡(jiǎn)單防腐處理。
 
  4.2.2鋼絞線如涂有油脂,在固定段要仔細(xì)加以清理,以免影響與錨固體的粘結(jié);除銹后要盡快放入鉆孔并灌漿,以免再生銹。
 
  4.2.3錨桿主筋為2ф25鋼筋,錨桿鋼筋表面不應(yīng)有污物或其它有害物質(zhì),并按尺寸下料。錨桿體在安放前應(yīng)妥善保護(hù),以免桿體腐蝕、扭曲或彎曲。
 
  4.2.4錨桿體制作及安放時(shí),應(yīng)按每2m安放船形對(duì)中架,以保證錨桿對(duì)中;注漿管宜隨錨桿一同放入孔內(nèi),管端距孔底為50-100mm,桿體放入角度與鉆孔傾角保持一致,安好后使桿體始終處于鉆孔中心。
 
  4.2.5若發(fā)現(xiàn)孔壁坍塌,應(yīng)重新透孔、清孔,直至能順利送入錨桿為止。
 
  4.3灌漿
 
  4.3.1注漿一般采用1:1或1:0.5的灰砂比,水灰比為0.4~0.6的水泥砂漿或純水泥漿;水泥宜使用強(qiáng)度wield32.5MPa的普通硅酸鹽水泥,黃砂為粉細(xì)砂;水泥漿液的抗壓強(qiáng)度要大于25MPa,塑性流動(dòng)時(shí)間要在22s以下,可用時(shí)間應(yīng)為30~60min;水泥砂漿應(yīng)拌合均勻,拌合時(shí)間不少于3min。
 
  4.3.2一次常壓注漿
 
  一次常壓注漿是指將注漿管連同桿體一起下入孔底,在常壓(0.4MPa—0.6MPa)下,漿液由孔底注入,邊注漿邊拔出注漿管,待孔口溢出漿液后即停止灌漿,拔出注漿管。注漿時(shí),壓力不宜過(guò)大,以免吹散漿液和砂漿,待漿液或砂漿回流到孔口時(shí),用水泥袋紙等搗入孔內(nèi),再用濕粘土將孔口快速密封,再以0.8~2.5MPa的壓力進(jìn)行注漿,穩(wěn)壓數(shù)分鐘后即可完成。
 
  4.3.3二次高壓注漿
 
  二次高壓注漿是指在下錨的同時(shí)下入兩條注漿管,一條為帶有許多小孔的預(yù)埋花管,并用黑膠布將小孔封閉,另一條在進(jìn)行完一次常壓灌漿后被拔出。待漿體達(dá)到5.0MPa強(qiáng)度后,再通過(guò)預(yù)埋花管用大于2.5MPa的高壓進(jìn)行劈裂注漿,使?jié){液向孔壁周?chē)馏w擴(kuò)散、擠壓,錨固體相應(yīng)擴(kuò)大。注漿結(jié)束后,應(yīng)用清水沖洗注漿管,直至管內(nèi)流出清水為止;注漿完畢應(yīng)將外露的鋼筋清洗干凈,并保護(hù)好。
 
  4.4錨桿張拉與鎖定
 
  4.4.1土層錨桿灌漿后,待錨固體強(qiáng)度大于15MPa并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí),進(jìn)行錨桿張拉。
 
  4.4.2錨桿正式張拉前,要取設(shè)計(jì)拉力的10%~20%,并對(duì)錨桿預(yù)張拉l~2次。
 
  4.4.3錨桿張拉采用跳張法,即隔一或隔二張拉,以避免張拉對(duì)相鄰錨桿的影響,盡量減少相鄰錨桿張拉引起的預(yù)應(yīng)力損失;
 
  4.4.4張拉過(guò)程中要求定時(shí)分級(jí)加荷載進(jìn)行,張拉時(shí)由專(zhuān)人操縱機(jī)械、記錄和觀測(cè)數(shù)據(jù),并隨時(shí)畫(huà)出錨桿荷載——變位曲線圖,作為判斷錨桿質(zhì)量的依據(jù);張拉時(shí),第一次張拉應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)值的20%,使各部位緊密接觸,第二次張拉至設(shè)計(jì)值,穩(wěn)定5-10min后,當(dāng)拉桿預(yù)應(yīng)力沒(méi)有明顯衰減時(shí),即可鎖定錨桿。
 
  4.4.5為避免張拉值過(guò)小,預(yù)應(yīng)力作用發(fā)揮不出來(lái),或是張拉值過(guò)大,預(yù)應(yīng)力受傷,導(dǎo)致混凝土面板產(chǎn)生裂縫,則張拉值應(yīng)控制在設(shè)計(jì)值的110%左右,以考慮鎖定時(shí)夾片回縮力損失,張拉鎖定的有效應(yīng)力基本與設(shè)計(jì)值相等。
 
  4.4.6錨桿鎖定后,若發(fā)現(xiàn)有明顯預(yù)應(yīng)力損失時(shí),應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉,但必須與基坑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相配合。在多排錨定結(jié)構(gòu)中,應(yīng)在側(cè)向土壓力最大值附近的錨桿應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉,而其余部位錨桿,只要基坑變形符合規(guī)范,可不進(jìn)行補(bǔ)償張拉。二次張拉后的錨桿應(yīng)力損失較小,基本可以滿足設(shè)計(jì)要求。

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