 |
 |
|
協(xié)會刊物
|
抗拔錨桿在軟土地基中與樁基礎(chǔ)的應(yīng)用 |
| |
時間日期：2008-7-4 已被閱讀次：[11040] |
王財文
[摘 要] 本文介紹了某樁基礎(chǔ)工程中抗拔錨桿的設(shè)置原因分析、設(shè)計、施工過程中的
質(zhì)量控制及其試驗結(jié)果與分析。
[關(guān)鍵詞] 樁基礎(chǔ) 抗拔錨桿 錨固
1、 工程概況
佛山世紀蓮體育中心是廣東省第十二屆省運動會主會場，能源中心(游泳館)是其組成部
分之一。該能源中心建筑面積為2270m2, 建筑基底面積為1310m2，建筑高度為5.5m,基礎(chǔ)為
樁基礎(chǔ), 層數(shù)為一層；附設(shè)有連接通道，上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。其主要為電房、
配電房等能源設(shè)施。
該能源中心場地位于佛山順德區(qū)樂從鎮(zhèn)東平河南岸,地貌單元為河流一級階地,原場地中
魚塘、溝渠遍布；場地在開工前已吹砂填土整平。場地各土層分布及主要物理力學(xué)指標見表
1。
水樣分析表明，地下水對混凝土結(jié)構(gòu)及其中鋼筋無腐蝕。該地基深層基巖亦未有近期斷
裂構(gòu)造存在的跡象。
本工程場地巖土土層種類多，性質(zhì)變化大，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。場地及地基均屬二級，
場地類別為Ⅱ類。
2、 設(shè)置抗拔錨桿的原因分析
本工程樁基礎(chǔ)采用錘擊高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(樁型：PHC－AB400－95)基礎(chǔ)，承臺均為
單樁承臺。預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)在標高＋4.000m的場地地面上施工。在施工過程中場地呈現(xiàn)，東
邊管樁入土深度大約在8m，西邊管樁入土深度大約在12～13m而西北角入土深度達到18m,地
質(zhì)巖層起伏變化大。
預(yù)應(yīng)力管樁施工完畢后，先后采用靜載試驗、低應(yīng)變試驗及抗拔試驗三種檢測方式對樁
進行檢測。
在靜載試驗中，測得單樁極限承載力≥2500kN，滿足單樁極限承載力設(shè)計要求；低應(yīng)變
試驗檢測53支管樁，測得均為Ⅰ類樁；抗拔試驗測得單樁極限承載力≥400kN。在做抗拔試
驗時，選取3支入土深度最淺的樁(入土深度均為8.2m)。測得3支樁的最大沉降量分別為1.85
mm、6.27mm、6.68mm；相應(yīng)最大回彈量分別為0.87mm、3.69mm、3.30mm；相應(yīng)回彈率分別為
47.03％、58.85％、49.40％。滿足單樁極限承載力設(shè)計要求。而在設(shè)計中，管樁樁頂標高
為：1CT400承臺，A區(qū)為＋0.890m,B區(qū)為＋1.470m,非A、B區(qū)為1.640m；2CT400承臺，A區(qū)為
＋0.290m,非A、B區(qū)為1.640m；3CT400承臺，非A、B區(qū)為1.640m。這就使的有效樁長為原管
樁入土深度的基礎(chǔ)上減少2～4m。管樁的承載力及抗拔力的實際值受到影響。
該建筑物場地毗鄰東平河,地下水與鄰近的河水有密切的水力關(guān)系，其動態(tài)變化受潮汐
及氣候條件影響，地下水當時埋深在地表下0.8～2.3m，而該能源中心底板厚度為400mm，上
部結(jié)構(gòu)已確定。但由于底板面積大，相對于地表的地下水埋置深的情況下，為解決下沉式底
板的抗浮要求，僅依靠建筑物自身的重量來取得建筑物整體的穩(wěn)定性不能實現(xiàn)；再從經(jīng)濟角
度分析，加厚底板的厚度來平衡建筑物整體的上浮也很不經(jīng)濟；改變結(jié)構(gòu)來增加建筑物的重
量平衡其所受的上浮更是不可取。鑒于上述情況，結(jié)合整個結(jié)構(gòu)的荷載分布，依建筑物總荷
載、沉降變形要求和地質(zhì)條件，經(jīng)研究決定，該工程采用抗拔錨桿，以抗拔錨桿作為抗浮措
施，加固地基土的同時與地下巖層錨固在一起和樁基共同承擔建筑物位移。
3、 抗拔錨桿設(shè)計
通過對錨桿特性、錨桿與被錨固構(gòu)筑物的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、可操作性考慮，給合體育館
，游泳館抗拔錨桿的成功應(yīng)用，經(jīng)計算之后，確定該能源中采用Φ200錨桿孔，用泥漿護壁
成孔。錨桿桿體由4根Φ32鋼筋(fy=310N/mm2)做成鋼筋骨架，焊條采用J422電焊條，焊結(jié)長
度按《鋼筋混凝土工程施工及驗收規(guī)范》(GBJ10－65)鋼筋焊接技術(shù)要求。砂漿采用M30，42
5＃普通硅酸鹽水泥，細砂。錨桿間距設(shè)置為3.75m×3.75m和3.75m×5.0m兩種。錨桿桿體進
入粉砂巖折算深度為：La=L1＋1.5L2≥6m；進入泥巖折算深度為：La=L1＋1.5L2≥8m。其中
L1為進入強風化巖的深度，L2為進入中風化巖的深度。錨桿垂直并錨入承臺內(nèi)，讓錨桿群發(fā)
揮所有錨桿的錨固力作用，而不僅僅是被錨固的那部分土(巖)重量發(fā)揮作用。
在錨桿抗拔力設(shè)計中，錨桿的錨固體必須滿足一定的抗拔力。錨桿充分發(fā)揮作用時的極
限抗拔力按下式確定。
P=πDLψqr
式中：
P－錨桿的極限抗拔力；
D－鉆孔直徑；
L－錨桿的錨固長度；
ψ－與固定長度有關(guān)的有效因子；
qr－灌漿體與土層的粘結(jié)強度。
抗拔錨桿除了極限承載力滿足設(shè)計要求外，還必須使錨桿與構(gòu)筑物的整體穩(wěn)定性按下式
驗算。
該能源中心采用非預(yù)應(yīng)力永久性錨桿，錨桿與底板的聯(lián)結(jié)采用無梁板的聯(lián)結(jié)形式，使結(jié)
構(gòu)與巖層聯(lián)鎖在一起形成一種共同工作的復(fù)合結(jié)構(gòu)，使巖土能更有效地承受拉力和剪力。其
具體構(gòu)造見圖1所示。
本工程中錨桿的防護等級為為Ⅱ級，單層防腐蝕，錨固段的鋼筋有灌漿防腐，錨桿在底
板下0.5米范圍內(nèi)涂防腐底漆，然后包裹塑料布，在塑料布上再涂防腐漆。
4、 錨桿施工過程中的質(zhì)量控制
4.1 施工準備階段
由于抗拔錨桿屬于地下隱蔽工程，為了施工的質(zhì)量順利進行，在施工前，結(jié)合現(xiàn)場的實
際情況了解、熟悉設(shè)計圖紙，地層性狀，地下水狀態(tài)及水質(zhì)和底下埋設(shè)障礙物等基礎(chǔ)資料。
在施工前組織編寫詳細的施工組織設(shè)計，確定施工方法、施工程序、質(zhì)量控制、進度計劃、
安全管理事項；并對施工現(xiàn)場用水及排水設(shè)施，供電，作業(yè)空間做出具體的實施計劃。做好
錨桿用料在施工前的檢驗工作。做好錨桿樁軸線定位與復(fù)核。
4.2 錨桿鉆孔
本工程采用XY－1A地質(zhì)鉆探機，鉆頭直徑為200mm，采用泥漿護壁循環(huán)鉆進工藝。在第
四系填土，沖積層及殘積層采用三翼合金鉆頭，在第三系泥巖，泥質(zhì)粉砂巖及細砂巖中采用
合金套管鉆頭。地質(zhì)資料顯示在第四系沖積層和殘積層中有相當厚度的粉砂、淤泥層，為防
止塌孔、縮孔采用自吸式泥漿泵循環(huán)，加定量的膨潤土(一般用量為水的8％)，用泥漿護壁
。泥漿相對密度控制在1.06～1.15,含砂率≤6％，PH值為7～8。
在鉆進過程中，經(jīng)常檢查孔的準直度，將偏離軸線的鉆孔誤差控制在鉆孔長度的1％以
內(nèi)，為糾偏斜，在鉆桿距鉆孔頂處設(shè)支點固定導(dǎo)向器。在不同土層采用不同的鉆進方法。在
粘性土中，以中等速度，稀泥漿鉆進尺寸，不得太快；在砂土和軟土中，鉆進時要控制進尺
，低擋慢速,稠泥漿鉆進,防止泥漿排量不足；在巖層中用套管鉆進時，低擋慢速稠泥漿鉆進
。經(jīng)常注意泥漿指標變化情況，并掌握好孔內(nèi)泥漿面高度，進尺變化情況，發(fā)現(xiàn)變化后即時
調(diào)整。上下鉆孔有時有很大阻力的易縮徑孔段，采取上下來回反復(fù)劃圓，掃孔以保證孔徑要
求。套管鉆進抽芯以鉆桿長度和巖樣控制入巖深度，由現(xiàn)場各專家檢驗巖層類別及入巖深度
。經(jīng)確定達到設(shè)計深度時方可終孔。一般情況下，在孔深達到設(shè)計后超鉆300～500mm以便收
容沖洗殘留的沉渣和防止桿體腐蝕。鉆孔深度達到設(shè)計要求，對孔深、孔徑、孔的垂直度等
進行檢查，符合規(guī)范要求后，進行第一次清孔。清孔過程中，不斷測量孔底的沉渣厚度，使
其厚度控制在100mm以內(nèi)，泥漿比重、含砂率、PH值等各項指標達到規(guī)定要求。
4.3 錨桿桿體制作與安裝
本工程錨桿桿體由技術(shù)熟練工人專門加工制作。其制作流程如下：
本工程錨桿體因地質(zhì)巖層深淺不一,其長度由成孔深度及桿體承臺面標高確定。4根Φ
32鋼筋桿體單面焊接在連接件上，每1m設(shè)置一個連接件，長錨桿骨架應(yīng)分段制作并相互單面
焊縫焊接，焊縫質(zhì)量及搭接滿足《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50204－2002)。
使錨桿桿體不偏離鉆孔的幾何中心，有足夠的保護層，在桿體上每隔2～3m設(shè)置一支架，確
保桿體的保護層。
安裝桿體時重新對鉆孔進行檢查，防塌孔、掉塊，將注漿塑料管綁扎在錨桿體上, 并距
鉆孔底部150～250mm處，推送桿體到鉆孔底部將桿體安裝在鉆孔內(nèi)中心，防止產(chǎn)生過大撓度
和插入鉆孔時攪動土壁。安裝桿體就緒后，重新對鉆孔從底部向上繼續(xù)二次清孔，確保桿體
與孔壁的粘結(jié)力。
4.4 錨桿注漿
本工程灌注錨桿的水泥漿采用新鮮425＃普通硅酸鹽水泥和飲用水，摻入細砂配制而成
。水泥齡期不超過一個月，細砂采用粒徑不大于2mm的河川砂，含泥量按重量計不大于3％，
有機質(zhì)含量不大于1％，砂與水泥的重量比為1:1～1:3，水泥漿水灰比為0.45。水泥漿漿體
以取樣試驗，漿體強度均滿足7d，28d抗壓強度。在水泥漿的拌制過程中采用自循環(huán)攪拌機
，攪拌時間不少于20min，并且連續(xù)攪拌，至全部灌漿完畢。拌好的漿液存放時間不得超過1
20min。開始注漿與第二次清孔的時間間隔不宜大于30min。水泥漿采用活塞式注漿泵，通過
高壓膠管將水泥漿從開始注入至鉆孔注滿漿液。
5、 試驗結(jié)果與分析
為確定錨桿極限承載力，驗證錨桿設(shè)計參數(shù)及施工工藝的合理性，檢驗錨桿的工程質(zhì)量
是否滿足設(shè)計要求，本工程選取6根錨桿做錨桿抗拔試驗(原則上選項取的錨桿數(shù)量不少于錨
桿總數(shù)的5％，且不少于3根)。用作試驗錨桿的參數(shù)及檢測結(jié)果見表2。
由上表及圖可以看出，樁長約為23m的M18�？拱五^桿，當上拔荷載加至800kN時，累
計上拔量為14.22mm。上拔量沒有明顯的拐點，回彈量約為累計上拔量的44.59％，上拔極限
承載力大于試驗的最大荷載，滿足設(shè)計要求。
樁長約為20m的M26＃、M80＃抗拔錨桿當上拔荷載加至800KN時，累計上拔量分別為
14.64mm、16.02mm。上拔量沒有明顯的拐點，回彈量約為累計上拔量的41.46％、58.11％，
上拔極限承載力大于試驗的最大荷載，滿足設(shè)計要求。
樁長為17m的M9＃抗拔樁，當上拔荷載加至800kN時，累計上拔量為10.26mm。上拔量沒
有明顯的拐點，回彈量約為累計上拔量的47.47％，上拔極限承載力大于試驗的最大荷載，
滿足設(shè)計要求。
由于基巖層以上為粉質(zhì)粘土或粉砂抗拔力較小，上拔摩擦力主要由埋入基巖的深度控制
。在持力層較淺處，抗拔樁進入持力層的深度可能稍大，所以產(chǎn)生相對短的樁在上拔荷載相
同時，上拔變形量可能小的現(xiàn)象。
另外，上拔變形量與材料的拉伸率有關(guān)，同等荷載下同種材料上拔變形量與上拔樁長成
正比。從表2可以看出，顯然上拔變形量與樁長不是成正比例增長，因而進入持力層的深度
對上撥變形量影響較大，鋼筋的拉伸對上拔變形量影響較小。而一般錨桿的破壞標準為：
�、俸笠患壓奢d作用下錨頭位移增量達到或超過前一級荷載作用下錨頭位移增量的2倍；
�、阱^頭位移不收斂；
�、坼^頭總位移超過設(shè)計允許值。
經(jīng)過試驗，6根錨桿均無出現(xiàn)以上現(xiàn)象，并且6根錨桿也滿足規(guī)范規(guī)定的徐變、位移要求
。V－δ曲線都沒有明顯的拐點，抗拔極限承力大于最大試驗荷載800KN值，滿足設(shè)計要求。
6、 小結(jié)
錨桿以其用料省，工效快，施工方便，在國內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定工程、重力壩
加固工程、橋梁工程、深基坑工程、隧道與地下工程，同時也被應(yīng)用于加固、搶修出現(xiàn)病害
的結(jié)構(gòu)物等，但錨桿在低洼結(jié)構(gòu)物中的應(yīng)用卻很少。隨著深基礎(chǔ)工程不斷增多，特別是對于
底板面積大的低洼結(jié)構(gòu)物的抗浮要求，抗拔錨桿的應(yīng)用給施工帶來極大的方便。由于抗拔錨
桿的設(shè)計、規(guī)范還不完善，其在巖土錨固工程中的應(yīng)用在我國還處在初級階段。但隨著沿海
地區(qū)高層建筑的蓬勃發(fā)展，抗拔錨桿對于一大批軟土深基坑工程卻有著廣闊的發(fā)展前景。
參考文獻
1． 程良奎,范景倫,韓軍,許建平.巖土錨固.中國建筑工業(yè)出版社,2003,(8).
|
|
|
|
|
|
 |
