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協(xié)會(huì)刊物
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預(yù)應(yīng)力錨桿在大型體育場(chǎng)基礎(chǔ)中的應(yīng)用 |
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時(shí)間日期：2008-7-4 已被閱讀次：[9563] |
廣東工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 肖文遠(yuǎn)
[摘 要] 某大型體育場(chǎng)造型新穎，主體為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，屋蓋為大跨度鋼結(jié)構(gòu)和索膜結(jié)
構(gòu)， 40個(gè)大斜柱沿圓周均勻分布，支撐屋蓋系統(tǒng)傳來(lái)的各種荷載，為抵抗
屋蓋傳來(lái)的荷載，基礎(chǔ)采用了14樁大承臺(tái)，承臺(tái)中采用了預(yù)應(yīng)力抗拔錨桿。
[關(guān)鍵詞] 大型體育場(chǎng)、預(yù)應(yīng)力錨桿分析、施工質(zhì)量控制要點(diǎn)、預(yù)應(yīng)力張拉、封錨。
1、工程概況
佛山世紀(jì)蓮體育中心體育場(chǎng)工程建筑面積78193m2，主體建筑地上3層，地下2層，為鋼
筋砼框架結(jié)構(gòu)，屋蓋為大跨度鋼結(jié)構(gòu)和索膜結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)索膜系統(tǒng)由40個(gè)大斜柱支撐，傳遞
屋蓋系統(tǒng)的各種荷載，基礎(chǔ)采用了14樁大承臺(tái)（14T500），承臺(tái)尺寸為11250×4000×3200
，每個(gè)大承臺(tái)設(shè)4根預(yù)應(yīng)力抗拔錨桿，直徑200mm，單根的抗拔力特征值1000kN，預(yù)應(yīng)力鎖定
值800kN。錨桿鋼筋采用9Φs15.2（7Φ5，fptk=1860Mpa）的高強(qiáng)低松馳鋼絞線。錨固段入
中風(fēng)化巖7.5米，錨孔灌注M30的水泥砂漿，并保證有一定的自由段長(zhǎng)度。承臺(tái)澆筑砼后用千
斤頂張拉并最后鎖定于承臺(tái)面。
2、預(yù)應(yīng)力錨桿分析
根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析，抗拔錨桿能否達(dá)到預(yù)期的效果，關(guān)鍵在于其所能提供的錨固力
大小，以滿足建筑物的抗拔荷載要求，錨固力的計(jì)算簡(jiǎn)圖可按下圖1，計(jì)算公式：
Tu=πDLmψτ
式中 ： Lm－錨桿的錨固段長(zhǎng)度； D－錨固體直徑； ψ－錨固長(zhǎng)度有效因子； τ－灌
漿體與抗拔筋的握裹力或灌漿體與巖層間的粘結(jié)強(qiáng)度。
錨桿主要有幾種破壞形態(tài)：①錨桿斷裂；②沿錨桿體與注漿體界而破壞；③沿注漿體與
地層界而的破壞；④埋入穩(wěn)定地層深度不夠使地層呈錐體拔出；⑤注漿體被地壓壓碎喪失錨
固能力；⑥群錨失效。
錨桿錨固力的大小，除了錨桿體之外，主要是取決于巖層受錨桿拉力時(shí)所能提供的抗力
，這種抗力只有在大于錨桿錨固力時(shí)才能保證穩(wěn)定。
依據(jù)上述分析可知，決定錨桿的極限抗拔力的主要因素有：錨固體直徑、錨固體長(zhǎng)度（
主要為入巖深度）、錨固體與周圍巖體的抗剪強(qiáng)度和錨固體本身的強(qiáng)度。另外，根據(jù)設(shè)計(jì)要
求，錨桿體的上端還要求有7米的自由長(zhǎng)度，以滿足張拉時(shí)的自由伸縮。因此，在施工中，
有針對(duì)性對(duì)關(guān)涉這幾個(gè)因素的條件加以控制。對(duì)于錨固體與周圍巖體的抗剪強(qiáng)度的因素，在
施工前，通過(guò)土工試驗(yàn)確定各錨固體土層抗剪強(qiáng)度，通過(guò)砂漿試驗(yàn)確定砂漿強(qiáng)度，通過(guò)鋼絞
線試驗(yàn)確定砂漿的握裹力，通過(guò)上述的參數(shù)復(fù)核了錨桿體的抗拔承載力。
根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告反映，該工程建設(shè)場(chǎng)地的土層差別較大，具體的土層分布如下：
�、俜凵埃悍植紡V泛，局部孔缺失，飽和，松散，層厚0～11.5m；
②淤泥質(zhì)土：分布廣，飽和，軟塑，層厚0～13.3m；
�、鄯圪|(zhì)粘土：可塑，局部軟塑，層厚0～9.1m；
④中粗砂：局部分布，松散～稍密，層厚0～6.7m；
�、莘圪|(zhì)粘土：硬塑，局部可塑，土質(zhì)均勻，分布較廣，層厚0～6.5m；
⑥全風(fēng)化巖帶：局部分布，堅(jiān)硬土狀，局部夾有強(qiáng)風(fēng)化巖塊，層厚0～11.3m；
⑦強(qiáng)風(fēng)化巖帶：分布廣，半巖半土狀，粗砂巖與砂巖風(fēng)化而成，層厚0.4～21.7m，巖面
至孔口深0～27.1m；
�、嘀酗L(fēng)化巖帶：分布廣，有中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、細(xì)砂巖多種成分，巖質(zhì)堅(jiān)硬，層
厚0.4～10.6m，巖面至孔口深0～45.5m。
從上述亦可看出，7米長(zhǎng)的自由段長(zhǎng)度完全可滿足要求。因此，在抗拔錨桿的施工上，
主要針對(duì)錨固體直徑、錨固體長(zhǎng)度、錨固體強(qiáng)度這三個(gè)因素采取相應(yīng)的質(zhì)量控制措施。
3.施工質(zhì)量控制要點(diǎn)
3.1、保證錨固體直徑
該工程的鉆孔設(shè)備采用XY－1地質(zhì)鉆機(jī)，采用水沖循環(huán)全面鉆進(jìn)工藝，土層部分用三翼
合金鉆頭，巖石部分用合金或金剛石環(huán)形鉆頭，巖石鉆孔方法為抽芯取樣法施工。
該工程設(shè)計(jì)孔徑都為Φ200mm，為保證鉆孔孔徑，環(huán)形鉆頭對(duì)角線不得小于200mm，在鉆
成孔過(guò)程中會(huì)有一定程度的磨損，尤其在巖層中或鉆孔時(shí)碰到地下堅(jiān)硬障礙物磨損更大，應(yīng)
定期檢查測(cè)量鉆頭對(duì)角線，在該工程中，我們對(duì)磨損超過(guò)10％便更換鉆頭。
在鉆孔前了解施工范圍內(nèi)的地層情況，以便更準(zhǔn)確的控制鉆孔進(jìn)度和深度。鉆孔采用濕
作業(yè)施工，預(yù)先挖好排水溝、沉淀池和集水坑，將多余的泥漿隨時(shí)抽出基坑內(nèi)，做到場(chǎng)地清
潔，文明施工。在開始鉆孔的1～3天內(nèi)，需對(duì)施工段地層情況有個(gè)初步了解的過(guò)程，以便掌
握地質(zhì)情況及確定施工工藝，進(jìn)行設(shè)備調(diào)配等，因此，鉆孔初期進(jìn)度會(huì)慢一些，在掌握情況
并施工正常后，進(jìn)度會(huì)加快。
該工程錨桿鉆孔所遇土層有很厚的粉砂層和淤泥層，該土層易造成孔壁坍塌、徑縮、卡
鉆桿等現(xiàn)象，不易成孔，為了避免鉆孔時(shí)出現(xiàn)塌孔縮孔現(xiàn)象，采取的措施：①采用BW150型
泥漿泵循環(huán)，必要時(shí)添加膨潤(rùn)土護(hù)壁，控制泥漿比重在1.06～1.15之間；②邊鉆孔邊上下抽
動(dòng)掃孔，使孔壁形成一層泥皮，鉆成孔過(guò)程中一般不得停頓，取巖芯或下放鋼絞線必要停頓
時(shí)也要不斷返漿，以保持泥漿一定的比重；③對(duì)特別難以成孔的地段，則采用鋼套筒鉆進(jìn)護(hù)
壁的方法。
3.2、保證錨固體長(zhǎng)度
本工程的預(yù)應(yīng)力錨桿，鉆孔過(guò)程中辨別巖層和控制入巖深度是達(dá)到設(shè)計(jì)800kN抗拔力的
關(guān)鍵。鉆孔進(jìn)入中風(fēng)化巖層其天然抗壓強(qiáng)度5.4MPa以上開始計(jì)，平均值大于7.5MPa同時(shí)必須
保證進(jìn)入中微化巖層7.5m以上。對(duì)中風(fēng)化巖層厚度的識(shí)別，由有豐富現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)識(shí)別經(jīng)驗(yàn)的工
程師常駐現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)鉆機(jī)進(jìn)深變化，記錄進(jìn)入中風(fēng)化層標(biāo)高，并開始用環(huán)形鉆頭進(jìn)行抽巖芯
，以復(fù)核巖層的具體情況。
錨桿的定位和鉆桿的垂直度控制也是施工質(zhì)量的控制要點(diǎn)，若垂直度控制不好，不僅容
易造塌孔使成孔困難，而且增加鉆孔深度及入巖時(shí)容易損壞鉆頭。在該工程施工中，錨桿孔
位誤差≤50mm，傾角誤差≤±3°，孔徑誤差≤50mm，孔深≥設(shè)計(jì)另加30cm，鉆孔過(guò)程中隨
時(shí)檢查鉆桿的垂直度，不使錨孔傾斜。
在鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)總深度及滿足入巖深度時(shí)，一般應(yīng)適當(dāng)再鉆多30－50cm深。該深度填以
碎石料并作為沉渣厚度，并在一定程度上起到防止錨桿體銹蝕。同時(shí)，錨桿體制作前清除鋼
絞線表面油污及銹蝕，按孔徑大小焊接導(dǎo)向筋，嚴(yán)格控制保護(hù)層的均勻性和厚度。
錨桿下料長(zhǎng)度由成孔深度確定，成孔深度（＋）承臺(tái)厚（＋）預(yù)留長(zhǎng)度。下放錨桿體時(shí)
采用對(duì)中支架，即采用Φ75鋼管（每個(gè)長(zhǎng)100mm）或塑料成品支架，對(duì)中支架間距為2.0m，
注漿管捆綁在錨桿和對(duì)中支架上，下錨時(shí)隨錨桿一同下入孔中，距孔底0.5m,便于進(jìn)行孔底
反壓注漿，錨固段頭部用Φ75鋼管制成尖錐型。
3.3、保證錨固體強(qiáng)度
錨桿體所用水泥、鋼筋、鋼絞線與錨具等材料應(yīng)有出廠合格證，進(jìn)場(chǎng)要見(jiàn)證取樣，按規(guī)
定抽樣送檢合格后才能投入使用，不得使用超過(guò)允許存放時(shí)間的拌合料，嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)配合
比，進(jìn)場(chǎng)材料由專人負(fù)責(zé)驗(yàn)收。
清孔標(biāo)準(zhǔn)是影響錨固體強(qiáng)度的主要因素，如清孔馬虎達(dá)不到要求標(biāo)準(zhǔn)，將影響水泥漿的
凝固和凝固后的強(qiáng)度，在該工程中要求清孔后的泥漿比重小于1.06，含砂率小于4％。清孔
方法是，將加工好的錨桿及注漿管緩慢下入孔內(nèi)，遇阻力活動(dòng)錨桿且轉(zhuǎn)動(dòng)錨桿方向，錨桿下
到孔底后，用水泵通過(guò)注漿管向孔底注入清水，清洗孔壁泥皮，使錨孔內(nèi)泥漿比重減小。如
孔內(nèi)泥漿較多，則用高壓洗孔，即“氣水排渣法”，在孔內(nèi)放滿清水，用高壓風(fēng)吹出，清洗
孔內(nèi)沉渣和泥漿，使孔內(nèi)通暢，孔壁光滑,提高注漿質(zhì)量。
該工程注漿設(shè)備采用BW150－15型水泥漿泵，最大工作壓力1.2MPa。使用前經(jīng)過(guò)標(biāo)定，
以確定壓力表讀數(shù)與實(shí)際壓力之間的關(guān)系，以便控制。注漿為一次常壓（0.7－0.8MPa）孔
底注漿，漿滿并在孔口冒出原漿后，以0.8MPa穩(wěn)壓至少2min為止。
注漿過(guò)程中要有一定的壓力（一般0.7－0.8MPa），否則容易會(huì)由于壓漿困難造成拔管
過(guò)快，使錨固體斷漿夾泥，影響質(zhì)量。同時(shí)一定的注漿壓力還可以消除注漿過(guò)程中水泥漿的
泌水和干縮所造成的摩擦力降低的問(wèn)題。因漿體的收縮性較大，為保證灌漿的質(zhì)量，采用二
次注漿的方法，兩次壓力相同，相隔90～120min。
對(duì)于錨固體上端的自由段，在安裝時(shí)在錨桿表面涂潤(rùn)滑油（黃油）并套上塑料膠管，以
完全封堵并達(dá)到防腐的目的。
4、預(yù)應(yīng)力錨桿張拉和后處理
預(yù)應(yīng)力錨桿施工后，將進(jìn)行大承臺(tái)鋼筋綁扎和砼的澆筑。在此期間，應(yīng)注意保護(hù)好預(yù)應(yīng)
力錨桿，以防其上端自由段防腐涂層被破壞，且應(yīng)保證錨桿自由段的垂直不彎曲，以防張拉
時(shí)不能自由的伸縮。待砼澆筑并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80％后張拉，張拉時(shí)，首先清理周圍的碎砼，
并安裝好錨具。
張拉程序：0→0.2δcon(初讀數(shù))→0.5δcon(中間讀數(shù))→1.05δcon(最后讀數(shù))－4min
→0.5δcon→鎖定。在預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程中，未發(fā)生任何質(zhì)量與安全事故。在張拉時(shí)的1.05δ
con階段，單根錨桿的拉力已經(jīng)達(dá)到1688KN，并持續(xù)了4min，說(shuō)明這些錨桿的抗拔力符合要
求，按設(shè)計(jì)的要求，無(wú)須作靜力抗拔試驗(yàn)。
張拉后，用手提砂輪切割機(jī)切除多余的預(yù)應(yīng)力筋，切割后端頭留出30mm鋼絞線。在這時(shí)
，必須注意的時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼絞線，一般含碳量較高，又經(jīng)過(guò)多次張拉，因而對(duì)銹蝕破壞特別
敏感，故切割結(jié)束后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行封錨及防腐處理，以保證錨頭不腐蝕及受到其它的損壞。根
據(jù)設(shè)計(jì)要求，及時(shí)用C50微膨脹細(xì)石砼進(jìn)行封錨。
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