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

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　預(yù)應(yīng)力土層錨桿技術(shù)是一種高效、經(jīng)濟(jì)的巖土體加固技術(shù),已在地下圍巖和邊坡工程中得到廣泛應(yīng)用。目前,隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展,城市用地越來(lái)越緊張,為了充分提高地下空間的利用率,高層建筑地下部分也不斷增加,基坑也越來(lái)越大,越來(lái)越深。深基坑支護(hù)施工除了要求必須滿足自身結(jié)構(gòu)的安全、保證地下室施工安全順利進(jìn)行、確保周邊環(huán)境與建筑物、道路管線的安全外,同時(shí)還必須實(shí)現(xiàn)施工對(duì)周邊的環(huán)境影響最少,降低地下污染、降低造價(jià)的目的。而預(yù)應(yīng)力土層錨桿技術(shù),其不僅可決定支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,而且還能有效控制基坑變形,在深基坑支護(hù)中起著相當(dāng)重要的作用。因此,本文將主要對(duì)預(yù)應(yīng)力土層錨桿在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行一些探討。

　　1預(yù)應(yīng)力土層錨桿技術(shù)的工作機(jī)理

　　預(yù)應(yīng)力土層錨桿技術(shù),是指利用專(zhuān)用土層錨桿施工機(jī)械,將其一端與擋土樁、墻聯(lián)結(jié),另一端錨固在地基的土層中,通過(guò)對(duì)錨固段灌注高強(qiáng)度等級(jí)水泥砂漿,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樁、墻的穩(wěn)定,為不使樁、墻的位移太大,錨桿在安裝后即在錨桿頂部施加張拉應(yīng)力,使得錨錠板帶動(dòng)錨固體發(fā)生位移趨勢(shì),錨固體與周?chē)馏w產(chǎn)生抗拔摩阻力,通過(guò)錨具與鋼臺(tái)座反作用于混凝土連續(xù)墻,對(duì)深基坑起支護(hù)作用。

　　2預(yù)應(yīng)力錨桿的作用

　　在深基坑支護(hù)中,預(yù)應(yīng)力錨桿一般選用鋼鉸線作為預(yù)應(yīng)力筋,利用對(duì)其自由段預(yù)拉的彈性回縮力對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施以預(yù)設(shè)的應(yīng)力,使支護(hù)結(jié)構(gòu)得以穩(wěn)定,則其作用有以下幾點(diǎn):

　　2.1施加預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)荷載平衡

　　其是指將結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力筋和錨具看作施載體將其從結(jié)構(gòu)中脫離,把預(yù)應(yīng)力的作用視為一相應(yīng)荷載(稱(chēng)為反荷載或是平衡荷載),由其于外荷載相平衡的條件,去反求預(yù)應(yīng)力的大小、

　　預(yù)應(yīng)力筋的布筋及其彎曲形狀等。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,使得原來(lái)土壓力方向發(fā)生了改變,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,有效地控制了土體的變形;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。

　　但需注意的一點(diǎn)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,下步開(kāi)挖需在錨桿張拉,施加預(yù)應(yīng)力之后進(jìn)行。

　　3基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求

　　3.1支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

　　(1)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)水平變形、地下水的變化對(duì)周邊環(huán)境的水平和豎向變形的影響。

　　(2)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算,計(jì)算內(nèi)容包括:根據(jù)基坑支護(hù)形式及其受力特點(diǎn)進(jìn)行土體穩(wěn)定性計(jì)算;基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的受壓、受彎、受剪承載力計(jì)算;當(dāng)有錨桿或支撐時(shí),應(yīng)對(duì)其進(jìn)行承載力計(jì)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算。

　　(3)當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)有地下水時(shí),應(yīng)對(duì)地下水控制進(jìn)行計(jì)算,如對(duì)其抗?jié)B透穩(wěn)定性驗(yàn)算、基坑底突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算、以支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行地下水控制計(jì)算等。

　　3.2預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計(jì)

　　(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),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;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)計(jì)算而來(lái);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;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。

　　(2)試驗(yàn)資料。由于深基坑支護(hù)時(shí),開(kāi)挖后與勘察資料不盡相同,為此,在施工前應(yīng)先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),以獲得完整的試驗(yàn)資料,如通過(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)抗拔實(shí)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施工工藝

　　4.1鉆孔

　　(1)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;對(duì)土層錨桿的自由段鉆進(jìn)速度可稍快,對(duì)錨固段則應(yīng)稍慢一點(diǎn)。

　　(2)采用干作業(yè)法鉆孔時(shí),要注意鉆進(jìn)速度,避免“別鉆”;鉆孔完畢后,為減少孔內(nèi)虛土,應(yīng)先將孔內(nèi)土充分倒出,再拔鉆桿。

　　(3)采用濕作業(yè)法成孔時(shí),要注意鉆進(jìn)時(shí)要不斷供水沖洗,始終保持孔口水位,并根據(jù)地質(zhì)條件控制鉆進(jìn)速度,一般以300mm/min～400mm/min為宜,每節(jié)鉆桿鉆進(jìn)后在接鉆桿前,一定要用水反復(fù)沖洗孔底沉渣,直至溢出清水為止,然后拔出鉆桿。

　　4.2預(yù)應(yīng)力筋的制作與安裝

　　(1)預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)平直、順直、除油除銹,并做防腐處理;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。

　　(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黏結(jié);除銹后要盡快放入鉆孔并灌漿,以免再生銹。

　　(3)安放錨桿桿體時(shí),應(yīng)防止桿體扭曲、壓彎,注漿管宜隨錨桿一同放入孔內(nèi),管端距孔底為50mm～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)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

　　(1)灌漿材料選用灰砂比為1∶1或1∶0.5(重量比),水灰比0.38～0.45的水泥砂漿或是水灰比0.4～0.45的水泥凈漿;水泥宜使用普通的硅酸鹽水泥;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)在30min～60min,必要時(shí)可加入一定量的外加劑或摻和劑,但要攪拌均勻,整個(gè)澆注時(shí)間須控制在≤4min。

　　(2)一次灌漿法

　　一次灌漿宜選用灰砂比1∶1～1∶2,水灰比0.38～0.45的水泥砂漿;灌漿時(shí),將灌漿管推入拉桿孔內(nèi),在拉桿孔端注入錨漿,并以0.4MPa左右的灌注壓力開(kāi)始灌漿;在灌漿的過(guò)程中,應(yīng)逐步將灌漿管向外拔出,但灌漿口應(yīng)始終處于漿面以下;待孔口溢出漿液時(shí),可停止注漿,拔出灌漿管;灌漿時(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),再用濕黏土封堵孔口,并嚴(yán)密搗實(shí),再以0.4MPa～0.6MPa的壓力進(jìn)行補(bǔ)灌,穩(wěn)壓數(shù)分鐘后即可完成。

　　(3)二次灌漿法

　　二次灌漿時(shí),應(yīng)先灌注錨固段,待所灌注的水泥漿具備一定強(qiáng)度后,對(duì)其進(jìn)行張拉,然后再灌注非錨固段;灌漿時(shí),對(duì)靠近地表面的土層錨桿,避免引起地表面膨脹隆起,其灌漿壓力控制在0.22MPa左右;對(duì)垂直孔或傾斜度大的孔,可采用人工填塞搗實(shí)法進(jìn)行灌漿;灌漿結(jié)束后,應(yīng)用清水沖洗灌漿管,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張拉與鎖定

　　(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),方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。

　　(2)為避免張拉對(duì)相鄰錨桿的影響,應(yīng)采用跳張法,即隔一或隔二張拉,以盡量減少相鄰錨桿張拉引起的預(yù)應(yīng)力損失;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1～2次。

　　(3)錨桿張拉要求定時(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)。

　　(4)當(dāng)拉桿預(yù)應(yīng)力沒(méi)有明顯衰減時(shí),即可鎖定錨桿;為避免張拉值過(guò)小,預(yù)應(yīng)力作用無(wú)法發(fā)揮,或是張拉值過(guò)大,預(yù)應(yīng)力受傷,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。

　　(5)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。

　　4.5施工注意事項(xiàng)

　　(1)張拉設(shè)備應(yīng)牢靠,錨桿各條鋼筋的連接要牢靠,以防止張拉時(shí)發(fā)生脫扣現(xiàn)象;應(yīng)檢查高壓灌漿管的暢通,以防止塞泵、塞管,甚至于管爆裂傷人。

　　(2)電氣設(shè)備應(yīng)設(shè)接地、接零,并做好安全防范措施,以做好安全用電。

　　(3)施工現(xiàn)場(chǎng)的泥漿水要及時(shí)處理,使其經(jīng)排水溝流到沉淀池,再排入集水坑用水泵排走。

　　(4)錨桿的非錨固段及錨頭部分要及時(shí)做防腐處理,永久性錨桿必須進(jìn)行雙層防腐,即涂以瀝青等防腐材料后須再采用混凝土密封;臨時(shí)性錨桿宜采用瀝青進(jìn)行簡(jiǎn)單防腐。