一、概述
土層錨桿是在巖石錨桿基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一種將拉力傳遞到穩(wěn)定的土體的錨固體系。錨桿的一端通過腰梁與圍護(hù)樁相連，另一端錨固在土體層內(nèi)，并對(duì)其施加預(yù)應(yīng)力，以承受土壓力、水壓力、抗浮、抗傾覆等所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)拉力，用以維護(hù)土體或結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定。具有明顯提高邊坡土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗變形能力，減少側(cè)向變形，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的特點(diǎn)。
在勝利油田1120人防深基坑工程應(yīng)用中，運(yùn)用了兩排預(yù)應(yīng)力錨桿（局部三排），該工程支護(hù)周長(zhǎng)513米，支護(hù)深度達(dá)13m，填補(bǔ)了軟土地區(qū)深大基坑應(yīng)用土層預(yù)應(yīng)力錨桿的空白。同時(shí)為軟土地區(qū)深基坑支護(hù)的技術(shù)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二、預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)特點(diǎn)
預(yù)應(yīng)力錨桿是一種新型的受拉桿件，它的一端與工程結(jié)構(gòu)物或擋土墻相連，另一端錨固在地基的土層或者巖層中，以承受結(jié)構(gòu)物的上托力、拉拔力、土壓力、水壓力，它利用地層的錨固力維持結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定。
預(yù)應(yīng)力錨桿主要有以下特點(diǎn)：
1.支護(hù)深度深。樁錨結(jié)構(gòu)支護(hù)深度可以達(dá)10米以上，在解決深大基坑技術(shù)問題上占有優(yōu)勢(shì)。
2.施工快捷靈活，因地制宜，不受現(xiàn)場(chǎng)條件限制?；静捎脵C(jī)械化作業(yè)，工藝簡(jiǎn)便、施工安全、便于相關(guān)工序穿插等特點(diǎn)，用于應(yīng)急搶險(xiǎn)更具優(yōu)勢(shì)。施工機(jī)具輕便簡(jiǎn)單、靈活、所需工作面小、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。機(jī)械、人工成本費(fèi)用較低。
3.通過對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力，能夠主動(dòng)控制土體變形，調(diào)整土體應(yīng)力狀態(tài)，有利于邊坡的穩(wěn)定性。
4.施工時(shí)的噪聲及振動(dòng)均很小，符合目前環(huán)保的大趨勢(shì)。
三、軟土地區(qū)預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)研究
預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)在黃河三角洲軟土地區(qū)是否具有可行性，近年來勝建集團(tuán)成立課題組，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究：
?。ㄒ唬╁^桿承載能力
錨桿的極限承載能力按照土的抗剪強(qiáng)度計(jì)算確定，也可按錨桿的抗拔力試驗(yàn)確定。
按土的抗剪強(qiáng)度確定錨桿的極限承載力：
基本公式為：Tu=πDLeτ
式中：Tu--錨桿的極限抗拔力
D----錨桿鉆孔直徑
Le----錨固段有效長(zhǎng)度
τ----錨固段周邊土的抗剪強(qiáng)度
錨桿的抗拔力取決于鉆孔直徑D、有效錨桿長(zhǎng)度Le、錨固段周邊土的抗剪強(qiáng)度τ。其中τ的數(shù)值又受土層性質(zhì)、錨桿所處的埋置深度、施工及灌漿綜藝等許多復(fù)雜因素的影響。
黃河三角洲地區(qū)屬第四紀(jì)新近沉積的粘性土、粉土及粉砂構(gòu)成的沖積平原，地下水埋深一般不超過1m。根據(jù)本地區(qū)土層參數(shù)，初步設(shè)計(jì)估算預(yù)應(yīng)力錨桿的錨固段長(zhǎng)度為17m，極限錨固力為300KN，此數(shù)據(jù)需經(jīng)過錨桿的抗拔力試驗(yàn)驗(yàn)證。
在正式應(yīng)用前，應(yīng)進(jìn)行錨桿的錨固體與地基土之間的極限抗拔力試驗(yàn)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)所估算的錨固長(zhǎng)度是否足夠安全，并可檢驗(yàn)所采用的土質(zhì)參數(shù)是否合理。
?。ǘ╁^桿參數(shù)確定
根據(jù)錨桿極限承載能力，初步確定錨桿參數(shù)如下：
錨桿長(zhǎng)度：22米，其中錨固段17米，自由段5米。
錨桿施工傾角：15度。
注漿壓力：1～1.5MPa
注漿量：25kg／m
?。ㄈ┰囼?yàn)方案
黃河三角洲地區(qū)為第四紀(jì)新近沉積的粘性土、粉土及粉砂構(gòu)成的沖積平原，地下水豐富。在不進(jìn)行坑外降水、保證基坑周邊環(huán)境的情況下，傳統(tǒng)的預(yù)成孔施工方法難以實(shí)現(xiàn)。通過調(diào)查研究，解決該技術(shù)難題有兩種方法：一是套管跟進(jìn)作業(yè)，二是采用夯擊技術(shù)。前者施工程序比較繁瑣，機(jī)械操作較難，易產(chǎn)生漏水流沙現(xiàn)象，效率低；后者不僅工效高、施工設(shè)備靈活簡(jiǎn)便、且綜合造價(jià)較低。因此錨桿施工工藝采用夯擊錨桿施工方式。
預(yù)應(yīng)力錨桿桿體由一根鋼管和一根螺紋鋼筋組成。預(yù)應(yīng)力筋表面不應(yīng)有油污、鐵銹或其他有害物質(zhì)、并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸下料。錨桿體在安裝前應(yīng)妥善保護(hù)，以免銹蝕和機(jī)械損傷。錨頭采用焊接螺桿，在錨桿位置圍護(hù)樁墻體上做C20細(xì)石砼墊層后，錨桿頭之間由2[20鋼圍囹相連，鋼圍囹上加300×300（厚16mm）鋼墊板后用螺帽將錨桿頭鎖定。如下圖所示：
錨桿試驗(yàn)施工程序主要為：
導(dǎo)向孔施工→制作、擊入錨管→清孔注漿→植入鋼筋、焊接錨桿頭→澆注砼墊層→安裝鋼圍囹、鋼墊層→錨桿試驗(yàn)
1.導(dǎo)向孔施工
導(dǎo)向孔須采用合適的打孔機(jī)械，直徑為80mm，長(zhǎng)度一般為100～200mm。打孔機(jī)的功率不能太大（小于5KW），孔壁順直，傾角符合設(shè)計(jì)要求，不得坍塌和松動(dòng)，以便安設(shè)錨桿和注漿。
2.制作、夯擊錨管
錨管一般采用60mm×3.5mm的普通鋼管。在管壁上每隔500mm的間距以旋轉(zhuǎn)角60o成螺旋形設(shè)置注漿孔，（注漿孔應(yīng)根據(jù)不同地層加以調(diào)整以達(dá)到理想的注漿效果），注漿孔直徑1mm。并在注漿口的附近焊接角鋼支架，以減少地基土進(jìn)入注漿管內(nèi)，并使?jié){液向土中擴(kuò)散，增大錨固體的錨固強(qiáng)度，使錨桿整體的承載力得到明顯的提高。
3.擊入錨桿
采用高風(fēng)壓、高頻振動(dòng)夯管機(jī)械將錨桿桿體擊入土中。
4.清孔注漿
在此技術(shù)中，如何分段注漿，如何保證注漿壓力及注漿量壓力，是該技術(shù)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，注漿效果的好壞將直接關(guān)系到支護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與整個(gè)基坑的安全。
在以往的預(yù)應(yīng)力錨桿注漿過程中，存在許多問題，例如密封不嚴(yán)、注漿壓力和注漿量不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求、錨固體難以形成理想效果等，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)都可能影響到整個(gè)基坑的安全穩(wěn)定。
經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員不斷研究探索，技術(shù)難題被一一解決，形成了一套適合類似于黃河三角洲軟土地區(qū)鋼管桿體式預(yù)應(yīng)力錨桿的分段注漿技術(shù)，能夠保證注漿壓力、注漿量、注漿時(shí)間的，并能形成理想的錨固體，真正起到錨拉邊坡的目的。
注漿注漿前必須先清孔，將擠入管內(nèi)的土清理干凈。清孔時(shí)將水管深入錨管底部，來回提送，直到溢出清水為止。
注漿采用水灰比0.5的純水泥漿，普通硅酸鹽水泥，注漿壓力為1～1.5Mpa。注漿采用分段注漿方式。注漿前，在自由段與錨固段交界位置，設(shè)止?jié){帶，防止水泥漿進(jìn)入自由段，影響預(yù)應(yīng)力效果。
5.植入鋼筋、焊接錨桿頭
待注漿完畢后，將螺紋鋼筋植入錨管。在桿體上，每2000mm設(shè)置支中架，以保證桿體居中。然后將定制的錨桿頭焊接在釘體上，并用兩根同樣的鋼筋輔于錨桿頭兩側(cè)，將錨桿頭與鋼管連為一體。
6.澆注砼墊層
在錨桿位置做C20細(xì)石砼墊層，上平面寬100mm，下平面寬200mm，要求墊層面與錨桿垂直，表面光滑平整。澆注前需支膜板，下部用角鋼固定。在砼墊層與錨管之間用φ110mm的PPC管隔開，防止錨桿與混凝土墊層成一剛性體，以防止拉拔力試驗(yàn)時(shí)影響加載。
7.安裝鋼圍囹、鋼墊板
待砼墊層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，穩(wěn)定后，在墊層和錨桿頭之間用2[20鋼圍囹相連，并安裝300×300×16的鋼墊板。
8.錨桿拉拔力試驗(yàn)
錨固體強(qiáng)度大于15.0MPa時(shí)，才可進(jìn)行錨桿試驗(yàn)；錨桿試驗(yàn)用加荷裝置的額定壓力必須大于試驗(yàn)壓力，錨桿試驗(yàn)用反力裝置在最大試驗(yàn)荷載作用下應(yīng)保持足夠的強(qiáng)度和剛度，防止損壞儀器或者達(dá)不到試驗(yàn)壓力；錨桿試驗(yàn)用檢測(cè)裝置(測(cè)力計(jì)、位移計(jì)、計(jì)時(shí)表)應(yīng)滿品設(shè)計(jì)要求的精度。
試驗(yàn)設(shè)備主要有加載裝置、量測(cè)裝置及反力裝置三部分。加載裝置采用穿心式液壓千斤頂，千斤頂?shù)姆戳ρb置在橫梁上，拉力量測(cè)用連接于油泵的壓力表量測(cè)，變位量測(cè)用百分表量測(cè)。試驗(yàn)時(shí)必須確認(rèn)裝置的支架在不受拉力影響的不動(dòng)點(diǎn)上。
試驗(yàn)開始時(shí)，每級(jí)荷載按事先預(yù)計(jì)極限荷載的1/10施加.加載后每隔5~10min測(cè)讀一次變位數(shù)，每級(jí)加載階段內(nèi)記錄數(shù)值不少于3次。
錨桿拉力計(jì)
安裝試驗(yàn)裝置
采集數(shù)據(jù)
結(jié)論：
通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以看出，22米長(zhǎng)的錨桿，錨固段長(zhǎng)17米，注漿壓力1～1.5MPa，在注漿后30天，錨固力即可達(dá)到300KN以上；18米長(zhǎng)的錨桿，錨固段長(zhǎng)14米，注漿壓力1～1.5MPa，在注漿后30天，錨固力即可達(dá)到250KN以上；完全符合初步設(shè)計(jì)要求。至此，通過一系列的試驗(yàn)、比對(duì)，我們掌握了有關(guān)軟土地區(qū)預(yù)應(yīng)力錨桿的施工技術(shù)、注漿工藝，成功地將預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)用于黃河三角洲軟土地區(qū)。
四、經(jīng)濟(jì)效益分析：
在黃河三角洲沖積平原軟土地區(qū)及其工程地質(zhì)情況類似地區(qū)，采用夯擊式預(yù)應(yīng)力錨桿要優(yōu)越于預(yù)成孔錨桿施工、套管跟進(jìn)錨桿施工。
夯擊式預(yù)應(yīng)力錨桿不僅施工速度快、效率高、施工簡(jiǎn)便、工期短，而且我們有先進(jìn)的施工設(shè)備、成熟的施工工藝。經(jīng)過試驗(yàn)研究，在坑外不進(jìn)行降水的情況下，夯擊式技術(shù)非常適合地下水豐富的軟土地區(qū)，特別是深大基坑錨桿施工。
以勝利油田1120人防基坑支護(hù)工程為例，在支護(hù)周長(zhǎng)、支護(hù)深度相同、工期相同的條件下，對(duì)比如下：
支護(hù)周長(zhǎng)約：513米。
支護(hù)深度：11.5米，局部13米。
預(yù)應(yīng)力錨桿總工程量：430顆×22米/顆+716×18米/顆＝22348米
工期要求：45天，其中錨桿施工30天。
支護(hù)方式 人力資源 日效率 人力投入 設(shè)備投入
夯擊式預(yù)應(yīng)力錨桿 3人/臺(tái) 240～300米/臺(tái) 18人 3臺(tái)
干成孔預(yù)應(yīng)力錨桿 4人/臺(tái) 120～160米/臺(tái) 48人 6臺(tái)
套管跟進(jìn)法預(yù)應(yīng)力錨桿 5人/臺(tái) 80～100米/臺(tái) 80人 8臺(tái)
通過實(shí)例分析：采用夯擊式預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)方法經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于預(yù)成孔或套管跟進(jìn)的施工形式。在人力、工期使用方面均有較大程度的節(jié)約。
五、推廣應(yīng)用
自2007年以來，勝建集團(tuán)成功將該試驗(yàn)成果推廣應(yīng)用，在勝利油田1120人防工程及東營(yíng)市交通局基坑支護(hù)工程、勝利油田錦華西區(qū)地下車庫基坑支護(hù)中，采用該項(xiàng)施工技術(shù)，無論在工期、質(zhì)量，還是造價(jià)方面，都取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
六、存在問題及改進(jìn)意見
預(yù)應(yīng)力錨桿在軟土地區(qū)已經(jīng)試驗(yàn)成功，但是仍然存在許多不足。例如施工質(zhì)量控制較難，施工過程中缺乏經(jīng)驗(yàn)，預(yù)應(yīng)力損失等。
因此如何保證預(yù)應(yīng)力錨桿的施工質(zhì)量，如何在施工中積累并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，如何將預(yù)應(yīng)力損失降到最低，將是我們奮斗的目標(biāo)。
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