探索土层预应力锚索在深基坑支护中的应用__墨水学术,论文发表,发

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:526

副标题#e#摘要：该文介绍了预应力锚索技术在工程深基坑边坡支护中的应用情况, 较好地解决了工程施工中由于锚索张拉力损失过大、不能达到设计要求, 从而导致基坑变形的问题, 保证了基坑及周围建筑物的安全, 为工程后期施工创造了有利条件。
关键词：锚索 预应力锚索
 
0 前言
深基坑开挖采取多种多样的支护形式, 而采用预应力锚索的支护形式至今日益引起人们的关注, 该技术可有效地限制基坑土壁侧位移, 保证基坑开挖和紧临基坑建筑物的安全。但由于锚索抗拔力受地层条件、材料强度、张拉机具等影响较大, 容易出现锚固力不足的现象,导致基坑边坡变形。变形过大会造成周边建筑物结构破坏, 影响其正常使用; 变形严重时甚至会造成塌方。因此, 施工中确保锚索锚固力达到设计值无疑对基坑的安全性影响重大。
1 工程概况及地质情况
　某工程设有地下3层,基坑开挖深度达18m。基坑周长约300m ,开挖面积约5500m2 ,边坡支护面积约5470m2。基坑南侧紧靠城市主干道,其下面有地铁隧道穿过,基坑周围均有建筑物,距基坑开挖线只有5m～9m,挡土桩距地铁隧道最近处只有8m ,地下室底板比地铁隧道底板低70cm。基坑支护采用密排人工挖孔挡土桩、预应力锚杆加型钢内角斜撑的刚性支护结构,形成一个稳固的支护体系。地质勘测资料显示,该工程场区岩土分布结构复杂,有结构松散的杂填土,含多量中细砂的流塑性淤泥,并且含多量中粗砂的可塑性粉质粘土,上部覆土层埋深达20.1m。按岩性及风化程度可划分为全风化、强风化、中风化和微风化四带,各岩层厚度不一,地质构造复杂,开挖后边坡土体自稳性差,加上附近建筑和地铁隧道,基坑侧压力较大。
2 锚索工程
土锚的承载力主要取决于锚固体的抗拔力,考虑基坑开挖紧邻建筑物及地铁隧道,对基坑的变形、侧向位移量需严加控制,故该工程锚固体的承载力主要由变形控制,并通过施工前对四根锚索进行抗拔性能试验来作为检验设计各项数据和工程锚杆施工的依据。
2.1锚索施工流程
本锚索工程钻孔采用湿作业法(湿水钻进法) ,可把成孔过程的钻进、出渣、清渣等工序一次完成,防止塌孔,不留残土,能适应该工程软硬土层多变的情况。考虑到该工程基坑及地下室工程量大,施工周期较长,为延长锚索的使用寿命,锚索自由段采用涂聚氨酯并外包塑料薄膜,与锚固段同时灌水泥砂浆的施工方法,以便更好保护锚索,同时又保证预应力能有效传递到锚固段。锚索工程的施工流程为:整理工作面→钻机就位→孔口标高定位→校正钻孔角度→钻孔→验收→终孔→锚索制作→锚索安装→清孔→灌浆→养护→张拉→锁定→养护。
2.2试验方法
该工程锚索验收试验依据CECS22:90 土层锚杆设计与施工规范中的有关规定,现场采用维持荷载法,斜锚索设计受拉承载力为840 kN ,试验最大张拉力(也是设计最大抗拔力) 为1080 kN 。在每级加载持续时间内,锚头位移量不大于0.1mm时可施加下一级荷载,在试验过程中,任一级荷载下锚索达到破坏标准,则终止试验。
2.3 注浆
锚索注浆采用水灰比为0.45～0.50的纯水泥浆,注浆压力为0.5～1.0MPa, 用KBY- 50/70 型砂浆泵供浆。常压注浆采用砂浆泵将浆液经压浆管输送至孔底, 再由孔底返出孔口, 待孔口溢出浆液, 才可以停止注浆, 并封堵孔口。注浆前用水引路, 润湿输浆管道。注浆时, 应注意管口始终处于浆面以下, 随时活动注浆管。注浆完成后,将外露的钢绞线清洗干净, 并保护好。
2.4张拉及锁定
在锚固段灌浆时预留浆体试样，在浆体强度达到设计强度的75%时进行验收试验。试验设备除空心千斤顶、油泵、精密压力表、百分表等，还要加工一个传力台座，保证锚索杆#p#副标题#e#体理顺受拉和每根钢绞线同时受拉。按照《建筑基坑支护技术规程》的有关规定，锚索的验收试验按索总数的5%进行验收，试验采用分级加荷载法，并按锚索轴向受拉承载力设计值的10%、20%、30%、40%、60%、80%、100%逐级加荷。
对锚索的验收试验结果分两个方面分析，一是在各级荷载作用下，锚头的位移量相对稳定；二是锚头的弹性变形不应小于自由段长度变形计算值的80%，且不应大于自由段长度1/2锚固段长度之和的弹性变形计算值。锚头的理论弹性变形量由下式计算：  式中： 为理论伸长值（mm）； 为张拉荷载 ； 为锚索自由段和张拉工作段长度（mm）； 为锚索面积（ ）；E为锚索实测弹性模量，取1.8 105。（MPa）锚索验收合格后才进行张拉和锁定，用小型千斤顶、油泵等设备分两个循环进行，先张拉20%的设计荷载，使锚索各部位接触紧密，最终张拉力为设计张拉荷载的1.0倍，并用相应锚板、锚夹进行锚固，将其锚固力传至腰梁上，再用机械切除多余部分，再预留5～10cm钢绞线以防拽滑。
3 预应力锚索极限抗拉力的确定
预应力锚索的极限抗拉力由现场基本试验确定，当基坑开挖到-6m后，选择有代表性的个别地段打入试验锚索。考虑到在保证支护效果的情况下尽量降低施工成本，试验锚索选用3种不同的锚固段长度，分别为19.5m，23.5m，25.5m，以比较锚杆的极限抗拉力情况。
试验结果表明，只有3#试验锚索（锚固段长度为25.5m）才满足设计抗拉力的要求，其余两根则被破坏，同时3根锚索在最大试验荷载时对应的锚头位移都大于73.23mm，超过拉杆材料的弹性变形允许值范围，其主要原因在排除施工技术措施影响的情况下，应是锚固段进入持力层深度不足所导致。为了提高锚索的极限抗拉力值，提高使用抗拉力的安全系数，保证基坑的支护效果，将锚索锚固段长度在25.5m的基础上增加2～3m,即第1排锚索锚固段长度选定为25.5m，第2排锚索锚固段长度根据第1排锚索的施工验收结果作出适当调整。
预应力锚索设计:
(1)锚索由3根直径为15.2mm,强度1860MPa钢绞线组成,锚索成孔直径180mm,倾角15°,长度东侧26m,北侧31m,设计拉力东侧450kN,北侧600kN,注浆材料为普通32.5水泥,浆液为纯水泥浆,水灰比0. 67,采用二次注浆,第一次注浆压力0.3～0.5MPa,第二次注浆2～5MPa,两次注浆间隔时间72h,锚索位于支护桩之间,东面-4.5m处,北边-4.1m处。支撑腰梁采用28a槽钢,支撑梁与支护桩之间采用C30充填，组成一个砼钢梁。锚索与支撑梁采用250mm×250mm×20mm钢板,通过3孔锚具连接。支护桩、锚索、支撑腰三者构成一个完整的支护体系。
(2)锚索张拉锁定:锚索施工完成两周后,开始张拉锁定,锁定荷载北侧400kN,东侧300kN,分三次张拉。第一次张拉至锁定荷载的30% ,持荷3min,记录伸长量；第二次张拉至锁定荷载的60%,持荷3min,记录伸长量;第三次张拉至锁定荷载,持荷5min,记录伸长量,并进行锁定。

4 施工监测
在基坑开挖过程中,为保证基坑及周边建筑物的安全,随时掌握基坑边坡及周围建筑各种变形情况,建立了沉降、位移观测系统,在基坑周边设置水平位移观测点8个,周围建筑物沉降观测点6个。经过近2个月的观测,基坑周边没有明显的位移和裂缝,周围建筑物的最大沉降量4mm已趋于稳定,保证了基坑开挖工程顺利进行和周围建筑物及地下管线的安全。实践证明支护桩加预应力锚索加帷幕应用至深基坑支护中是非常成功的。
5 结束语
影响预应力锚索支护效果的因素主要是地质条件、锚索的锚固段长度以及拉杆材料的力学性质等。在具体工程中，由于地质条件不同，应先对锚索作抗拉力试验，然后再调整锚索的各设计参数以保证其抗拉力达到设计要求及使用抗拉力值的安全系数，也保证了工程的进度。同时还要加强锚索的全面验收工作，对锚索整#p#副标题#e#体的抗拉承载力进行评价，发现抗拉力有问题的应及时处理和加固。


参考文献
[1]何开斌.预应力锚索治理边坡滑塌山体施工[J].西部探矿工程,2003 
[2]张涛.桥梁钻孔灌注桩质量缺陷的分析与处治[J].山西建筑,2005,(06) 
[3]黄万想.预应力锚索加固效应初探[J].中国科技信息,2005,(10)