摘要:本文結合工程實例，對抗浮錨桿的設計與施工措施進行了簡要的探討。
關鍵詞:抗浮錨桿,設計,施工
Abstract: combining with practical engineering, the fe asibility of design and construction measures was briefly discussed in this paper.
Keywords: fe asibility, design, construction
中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：
近年來,隨著社會經濟的飛速發展,地下車庫、地下商場等城市地下空間的開發利用較為普遍。在建筑工程中,當由于自重無法平衡地下水的浮力或結構強度不能滿足抗浮計算要求時,應采取必要的抗浮措施。抗浮錨桿因其造價低、構造簡單、受力明確、施工簡便等優點,近年來得到廣泛的應用。但多數工程都是應用于巖石層或粘土層這種地質條件單一的地層中,主要還是參照《土層錨桿設計與施工規范》(CECS22:1990)進行設計、施工。
1 工程概況
某城市廣場占地16萬m2,為地下一層,地上三層框架結構,總建筑面積46萬m2,地下室建筑面積達14萬m2。擬建場區地形較平坦,地貌類型單一,地層結構簡單,為粘土與砂礫層相間的地層,層序清晰。第四系厚度較大。除第①層素填土外,各土層地基承載力特征值自上而下總體呈增高趨勢,屬中等~低壓縮性土;無軟弱土層或特殊性土。下覆基巖為中生界白堊系陸相沉積泥質粉砂巖,巖石強風化帶厚度較小,屬極軟巖,巖體的基本質量等級一般為Ⅴ級。勘察中未發現掩埋式沖溝、土洞、暗濱等不良地質作用。地基的穩定性和工程性質良好。
地層分布如下:
第①層素填土層、第⑤層中粗砂層、第⑦1層粉質粘土層此三層土層已開挖,其土層條件略去。第⑦層為粉質粘土,廣泛分布于場區。層厚0.80 m~9.00 m,層底標高1.47 m~8.82 m。第⑨層為粗礫砂,廣泛分布于場區,層厚0.50m~6.30 m,層頂標高-0.03 m~5.71 m。第⑾層為粘土,廣泛分布于場區,層厚5.20 m~14.60 m,層底標高-10.75 m~-3.43 m。第⑿層為粗礫砂,廣泛分布于場區,層厚1.40m~5.80 m,層頂標高-11.80 m~-6.78 m。
場區內地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙承壓水,含水層主要為第⑨層粗礫砂和第⑿層中砂,第⑦層粉質粘土和第⑾層粘土形成穩定的隔水層。施工期間,場區內地下水穩定水位標高在6.8 m左右,歷史最高水位標高約為10.50 m。
2 抗浮錨桿的設計
2.1抗浮方案選擇
本工程柱網基本為8 m間距,業主要求需設計抗浮措施的底板板厚僅350 mm,底標高為7.0 m。基本位于第⑨層粗礫砂層上200 mm~400 mm處。如采用配重法,不但會大量增加混凝土方量,且需要開挖至富含水的第⑨層粗礫砂層,施工前還要增加必要的止水措施。若采用錨柱法,需在底板中加暗梁以增加剛度,也會遇到需增加止水措施的問題。
故本工程抗浮宜采取小噸位錨桿,在底板上小間距均勻布置,局部地方適當增減。此方案既可降低底板的加筋費用,又可減少因個別錨桿失效而造成的局部破壞。由于不增加挖方,基本不會挖至粗礫砂層,可不增加止水措施,經濟效益十分明顯。
2.2初步設計方案
綜合比較土層與砂礫層相關參數,設計錨桿間距為2 m×2 m,單根錨桿抗拔承載力設計值Nt=100 kN,設計長度為9 m,其中自由段長為1.0 m,錨固段長度為8.0 m,錨固在第⑦層粉質粘土層,第⑨層粗礫砂層和第⑾層粘土層。錨桿錨孔直徑D=130 mm,錨筋1Φ25。錨桿鋼筋采用HRB335鋼筋。注漿材料采用水灰比為0.40~0.45的純水泥漿,水泥采用普通硅酸鹽32.5級水泥。為控制錨桿變形,采用二次高壓劈裂注漿工藝,注漿壓力不小于2.5MPa。
2.3試驗錨桿
現場于2010年1月25日根據設計參數施工了3根試驗錨桿,并于2010年3月2日委托本市勘察測繪研究院檢測中心對3根試驗錨桿進行了抗拔試驗,以提供土層抗浮錨桿抗拔承載力特征值。錨桿及檢測點平面位置如圖1。其中,A號試驗錨桿的Q~S曲線如圖2。試驗錨桿成果如表1。
試驗成果表明:試驗錨桿在上拔力240 kN時,經驗算已達到鋼筋屈服值。錨桿的極限承載力為210 kN,承載力特征值為105 kN。錨桿極限承載力荷載時對應上拔變形量是0.715 mm~1.538 mm;抗拔承載力特征值荷載時,對應上拔變形量是0.365mm~0.465 mm。錨桿上拔荷載210 kN時的彈性位移均小于1/2錨桿長度的理論彈性值。
試驗結論為:錨桿的抗拔極限承載力可按210kN使用;抗拔承載力特征值可按100 kN使用。根據試驗錨桿的試驗結果的結論,本工程抗浮錨桿的設計要求可滿足抗浮要求,現場可按設計要求進行抗浮錨桿的全面施工。
3 抗浮錨桿的施工
3.1施工工藝安排
對于錨桿施工來說,本工程地質條件較為復雜,粘土與粗礫砂相間分布且地下水較為豐富,造成施工中鉆孔工藝和防止塌孔成為難題。按通常方式,需采用鋼套筒防止塌孔,在不同地層換用不同鉆機,這兩項措施都將嚴重影響施工進度,增加工程造價。
綜合比較后,本工程成孔采用GXY-1型鉆機成孔,此型號地質鉆機帶有小型組合牙輪可鉆破砂、卵石地層,利用組合的正反循環系統,將破碎的小顆粒砂卵石帶出孔底。護壁則采用水泥漿跟進鉆機成孔護壁,根據不同地層及地下水位的情況,采用相適應的水泥漿,能較好地保證成孔孔壁穩定。
由于底板開挖面與地下水位及富含水的粗礫砂層僅200 mm~400 mm的空間,為防止對地基土的擾動,錨桿施工安排在底板墊層施工之后。在底板區域外另設集水井,收集和排放錨桿施工的泥漿。
3.2施工工藝
3.3鉆孔
(1)安裝錨孔鉆機、調平、調立、穩固;導桿或立軸與鉆桿傾角一致,并在同一軸線上。
(2)錨桿水平方向孔距誤差不應大于50 mm,垂直方向孔距誤差不應大于100 mm;錨桿孔深不應小于設計長度,也不宜大于設計長度的1%。
(3)粘土地層選用導式三翼鉆頭正循環清水鉆進,礫砂地層選用組合牙輪鉆頭;在鉆進過程中及時采用水泥漿進行護壁。
(4)錨孔鉆進經常檢查鉆頭尺寸,保證鉆孔孔徑。
3.4洗孔
(1)成孔后,將聯接空壓機的洗井管置入孔內,由上往下,再由下往上反復沖洗,同時不斷補充水泥漿,使比重不大于1.05,沉渣不大于30 cm。
(2)做好孔口維護,防止泥漿流入孔內。
3.5錨桿組裝與安放
(1)錨桿放入鉆孔之前,應檢查錨桿質量,確保錨桿組裝滿足設計要求。
(2)安放錨桿時,應防止桿體扭壓、彎曲,注漿管宜隨錨桿一同放入鉆孔,注漿管頭部距孔底宜為50mm~100 mm。在錨桿錨固段上用Φ6.5盤條焊上導向支架,以保證錨桿居中,使錨桿在各個方向均有足夠的保護層。
(3)錨桿插入孔內深度不應小于錨桿長度的95%,錨桿安放后不得隨意敲擊,不得懸掛重物。
3.6注漿
注漿是錨桿施工中一道重要工序,直接決定施工質量。
(1)漿液配制:水灰比:0.4~0.5,水泥:P.O.32.5。
(2)水泥漿攪拌均勻,具有可靠性,低沁漿性。
(3)注漿前先泵送清水至孔口返水以疏通管路,再采用常壓泵送方法注漿,注漿前不得拔出注漿管,以保證錨桿底端注漿充實。
(4)注漿采用孔底注漿方式,分兩次進行,第一次以1 MPa的注漿壓力注漿,材料為水灰比0.4~0.5∶1的純水泥漿,水泥應選用P.O.32.5水泥,注漿自孔底向孔口溢出純水泥漿為止。
(5)第二次為高壓注漿,注漿壓力不小于3MPa,材料為水灰比0.5∶1的純水泥漿,在第一次注漿完成后2小時內進行,直至孔內漿液飽滿為止。注漿體設計強度不低于20MPa。
(6)注漿管:注漿管采用壁厚為3.5 mm的1寸硬白塑料管,以使其在注漿壓力達到3 MPa時也不至于發生爆管現象。
(7)注意事項:施工中注漿液應攪拌均勻,隨攪隨用,漿液應在初凝前用完,并采取防護措施,嚴防石塊、雜物墜入漿液中。注漿管隨錨桿一同下入鉆孔,注漿管頭部距孔底50 mm~100 mm,角度與桿體保持一致,垂直于地面。
3.7補漿
待孔內素漿初凝后,開動注漿泵先用清水沖洗孔內泥漿,再用上述方法注漿,直至孔內漿液飽滿。
3.8試塊制作
除見證取樣外,每天或每20根錨桿做3組試塊,規格70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm,取28 d抗壓強度值;基本試驗則取同等養護條件下試塊強度。
4 工程效果
本工程的抗浮錨桿施工自2010年3月5日~2010年4月1日,現場于2010年3月26日~2010年4月13日委托本市勘察測繪研究院檢測中心對抗浮錨桿進行檢測,以評價土層錨桿抗拔承載力,共檢測錨桿26根,現場檢測的錨桿由甲方、監理隨機抽選。
抗拔試驗成果表明:所檢測的26根錨桿,最大上拔力為140 kN時,對應變形量是1.205 mm~5.125 mm;在設計承載力特征值90 kN時,對應上拔變形量是0.482 mm~2.728 mm。典型抗拔試驗曲線如圖4。
檢測結論:通過對檢測26根錨桿抗拔試驗資料綜合分析,本工程土層抗浮錨桿承載力滿足設計承載力特征值Nt=90 kN的使用要求。
5 結束語
(1)采用小間距抗浮錨桿,可以經濟地解決工程抗浮問題。但在錨桿設計時,要綜合考慮錨桿與底板的共同作用。當底板較薄時,需兼顧底板的抗裂要求,控制錨桿的位移。
(2)由于不必換機也不必增加套管護壁,采用GXY-1型鉆機綜合利用導式三翼鉆頭和組合牙輪鉆頭成孔,并結合不同配比水泥漿護壁的施工工藝,在本工程復雜地質條件下是切實可行且十分經濟的方式。
(3)錨桿施工安排在墊層完工后進行,雖會增加泥漿處理的難度,但對于錨桿的施工質量和地基土體的保護都相當有利。
參考文獻:
[1] CECS 22:2005,巖土錨桿(索)技術規程[S]
[2]GB 50007-2002,建筑地基基礎設計規范[S]
[3]GB 50330-2002,建筑邊坡工程技術規范[S]
