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          囊袋式擴體錨桿在超高層深基坑中的應用

          2015-01-04 kjb 4182

           

          雜志名稱:建筑技術開發

          刊登期號:2013年第10期
          作者:李奇志,魏小強,陳之

           

          [摘  ] 隨著時代的進步和社會土地資源的稀缺,城市建筑基坑和地下空間工程的建筑紅線外占地現象日益嚴重。而傳統錨桿施工時,因其長度過長穿透相鄰工地基坑施工造成的技術難題的現象也隨之增多,囊袋式擴體錨桿因其錨桿長度短,受力機理好等優點在超高層深基坑中的應用,能更好的解決上述問題并減少未來城市建設發展的障礙與隱患,促進社會和諧發展,它著重介紹囊袋式擴體錨桿在超高層深基坑中的應用。

          [關鍵詞] 囊袋式擴體錨桿;超高層深基坑;施工

          Application Of Bag Type Expansion Body Anchor In Deep Foundation Pit 0f High-rise Building

          Li Qizhi,Wei Xiaoqiang,Chen Zhi

          (Shenzhen Brand of China Construction Second Engeneering Bureau Ltd.,Shenzhen,Guangdong 51800,China)

          Abstracts:With the progress of the times and society and the increasing scarcity of land resources,The land occupation of underground Construction outside building red line is becoming more and more seriously. Because of the long length of the traditional anchor, the difficulty is more and more increasing during anchor construction in foundation pits-intensive area.Taking the advantages of the much shorter length and better stress mechanism, bag type expansion body anchor is used more and more common in deep foundation pit of the high-rise building to better resolve the construction problems in foundation pits-intensive area.This article focuses on introducing the application ofBag typeexpansion body anchor in deep foundation pit of high-rise building.

          Keywords:Bag type Expansion Body Anchor; Deep Foundation Pit;High-rise building; Construction

           

          1、工程概況及整體思路

                 中國儲能大廈場地基坑位于深圳市南山區科技園南區,科苑南路西側,深南大道南側,場地西側緊鄰地鐵羅寶線,總建筑面積140632平方米,地下室部分35700平方米,地下4層,地上61層,總建筑高度為333.3米,基坑設計開挖深度為17.5m~20.5m,基坑坑中坑開挖深度為2.0m~4.0m,即本基坑最大開挖深度為24.5m。

                 本項目施工場地三面環繞馬路,又緊鄰兩家高層施工項目,場地北側與地鐵科技大廈項目僅一路之隔,場地西側與深投控超高層公寓項目共用一邊建筑用地紅線,若基坑支護工程支護方式采用傳統預應力錨桿施工,將會面臨預應力錨桿與西側工地工程樁樁位沖突、與北側工地錨桿沖突等技術難題。由于囊袋式擴體錨桿其錨桿長度短,受力機理好等優點,本基坑支護工程支護方式采用囊袋式擴體錨桿。

          圖1 工程效果圖

          Fig. 1 engineering effect picture

          2、囊袋式擴體錨桿與普通錨桿的對比

                 囊袋式擴體錨桿與普通錨桿的對比特點

                (1)與傳統錨桿相比,將錨桿錨固段和自由段完全區別,錨桿結構傳力體系和承載機理簡單明確,單錨錨固力的計算值和工作荷載的確定更加準確。

                (2)與傳統錨桿相比,錨固段長度和錨桿桿體長度大大縮短(錨固段一般可縮短至傳統錨桿的1/4),減少施工材料和設備的損耗,具有較高的經濟性;與現有的一些土層擴體錨桿相比,錨固段錨筋完全居中,傳力及受力機理更加具有優勢。

                (3)能夠與高壓噴射注漿或機械式擴孔技術等多種施工輔助工法相結合,從而適應更廣泛、更復雜的地質條件,并提高錨固體系的承載和變形性能。

                (4)可配合加裝可移除式錨索機構以及各種防腐結構,使得擴體錨桿的環保性和技術先進性大大提高。

                (5)在抗拔和抗浮錨固中也具有優異的工程性能。

          圖2 囊袋式擴體錨桿與傳統錨桿承載性能的對比曲線

          Fig.2 Bearing contrast curve properties ofBag type expansion body anchorand traditional bolt body

           

          3、囊袋式擴體錨桿原理

                 囊袋式擴體錨桿的基本結構是由無粘結線材構成的自由段和帶有囊式膨脹擠擴體的端承錨固段組成,其各組成部分見圖3。

          圖3 囊帶式擴錨桿單錨承載結構圖

          Fig. 3Bag type expansion body single anchor bearing structure diagram

                 在將裝配式擴體錨索置入鉆孔中的預設位置后,通過預設的分離式注漿管,向裝配式擠擴體內注入一定配比的水泥漿液;隨著漿體的注入,鉆孔內的囊式膨脹擠擴體逐漸向預設的形狀膨脹,同時,囊體周圍土體和漿液逐漸被壓密;伴隨膨脹壓力的提高,土體擠密區范圍不斷擴大,最終預估擠密區的影響范圍可以達到囊體膨脹后直徑的兩倍范圍。在經過擠密后,根據土體的密度—有效應力—抗剪強度的對應原則,囊體周圍土體的強度提高,從而在膨脹水泥漿擠擴體的端承效應下,大大提高單根錨桿的極限承載力。傳統錨桿依靠錨固段與周圍土體的粘結力和摩擦效應來傳力荷載,所以錨固力的大小取決于有效錨固段的長度;而承壓型囊式擴體錨桿主要依靠膨脹擠擴體的端壓作用承載,錨固力的大小主要取決于膨脹擠擴體的端頭承載面積,所以膨脹擠擴體的長度只需滿足能夠對土體有效擠密的要求即可,錨固段的長度可以盡量的縮短。

          4、施工工藝及控制要點

          表1 施工工藝流程

          Table 1 Construction process

           

          4.1 施工前準備

                施工前選取3根囊袋擴體錨桿進行試驗,確定該地區地層囊袋擴體錨桿的極限抗拔力,了解錨桿抵抗破壞和承受荷載后的力學狀態,為錨桿結構參數的調整和錨桿施工提供可靠依據,并考核施工工藝及設備的適應性,選擇最優的施工方案。

          4.2 測量定位控制

                為確定錨桿之間的定位誤差和高程誤差,應根據設計圖放出每根錨桿的具體位置。首先對所有錨桿進行編號;其次利用已知點坐標,根據網格計算出各個孔位在施工坐標中的理論坐標,進行坐標編輯且上載到全站儀中;最后利用已知控制點設站、定向,用全站儀根據理論坐標逐一放樣,定位點即為孔位。在定位的同時測量該點的地面高程,計算出鉆孔深度??刂聘麇^桿的定位誤差在20mm 以內,高程誤差在10mm 以內。對特殊情況,經設計單位與甲方同意后可適當移位。

          4.3 下鉆成孔

                采用D73鉆桿進行成孔(在砂層中為防止塌孔,采用等同擴體錨桿直徑的168套管跟進),壓水鉆進的方法鉆孔,鉆進時壓力水從鉆管流向孔底,在一定水頭壓力下,水流攜帶鉆削下來的渣土屑排出孔外,鉆進時要不斷供水沖洗,包括接長鉆管和暫時停機,而且要始終保持孔口水位,待鉆進至設計擴體段起始位置時,鉆機原位旋轉,并壓水沖洗殘留在孔內的土屑,直到流出的水不再渾濁為止。此時,拔出鉆管,安裝機械三臂擴孔器。

          4.4 機械擴孔

                安裝機械三臂擴孔器,鉆管跟進至擴孔起始位置,采用測量孔外鉆桿長度來推算擴孔長度,當擴孔長度達到設計要求后,反復水壓沖洗鉆孔。

                注意事項:

                ——施工前要熟悉機械三臂擴孔器的施工要領,鉆桿轉速、鉆進速度、壓入水壓等施工參數,確保擴孔直徑滿足設計要求。

                ——擴孔完成后,應輕拉慢提,確定擴孔臂完全閉合后,提出鉆管進行下一步作業,不能生拉硬拽,若擴孔器退出不順利,應反復用水沖洗。

          4.5 孔內注漿置換渣土

                擴孔工作完成后,用高壓注漿管插入擴孔段底部注入水灰比0.5的漿體,置換內部沉渣使之泛出孔口,待孔口翻漿,拔出注漿管。

          4.6 擴體錨桿制作和安放(下錨)

                 1)現場擴體錨桿制作:

                 首先在平整硬化好的場地上用電動切割機切割φ15.2mm1860級鋼絞線,下料長度誤差ΔL=+0~+50mm。然后,將切割好的鋼絞線,穿過擴體錨桿囊袋的預留孔,在囊袋的鋼絞線固定端,由經過專門培訓的工人和專用設備在鋼絞線此端安裝P型錨頭。隨后,對安裝好壓力型錨頭的這組鋼絞線,采用配套多孔壓板固定在擴體囊袋上,在外部套緊與之配套的鋼護套,并采用點焊方式與囊袋連接。接著,用早強型無收縮灌漿料(或不沁水無收縮純水泥漿)來填充擴套內部空隙,從而達到對壓力型錨頭的防護。最后,以1.5m的間隔在鋼絞線上安裝對中支座。

                 注意:P型錨作為一種預應力鋼絞線的固定裝置,因其加工設備便宜、操作簡單,質量穩定可靠,綜合造價低等優點而被廣泛采用。

                 P型錨制作工藝:鋼絞線端頭用磨光機磨去毛刺→安裝P型錨板→套入鋼絲襯套→套入擠壓套→開動油泵擠壓。

                2)擴體錨桿的安放(下錨)

                安裝帶有快速接頭的注漿鋼管,并通過對中支架綁扎鋼絞線和注漿管,人工將錨索置入錨孔內的預設位置

           4.7 囊袋內灌注水泥漿

                 連接注漿外管進行囊體的膨脹注漿,漿體水灰比控制在0.35-0.45,為了保證囊袋注漿飽滿,控制泌水性,依據現場試驗需添加減水劑和保水劑,添加比例為:水泥:水:減水劑:保水劑=1:0.4:0.01:0.0002,水泥漿的流動度控制在200~220mm,灌注體積控制在0.2m³。

          4.8 囊袋頂部補漿

                擰下注漿鋼管后上提100-200mm,開動中壓泵進行補漿直至孔口返漿變色,補漿完成后除去快速接頭后面的注漿外管,將注漿鋼管全部提出沖洗,接著對孔口進行填土保護,完成一根擴體錨索施工。

          4.9 錨固段二次壓力注漿

                二次壓力注漿在錨桿囊袋頂部補漿結束1小時以后進行。注漿壓力控制在2.5MPa左右,漿體水灰比控制在0.50,補漿完畢后立即拔出注漿管

          4.10 冠梁腰梁施工

                根據設計圖紙、設計說明及相關規范等要求進行施工。

          4.11 錨桿張拉鎖定

                待基礎梁做好并達到75%以上強度時,進行預應力錨索張拉。張拉按20%設計張拉荷載對其預張拉1-2次,以使各部分接觸緊密、鋼絞線平直。正式張拉至設計荷載的105%-110%后,再按規定值鎖定。

          5、社會和經濟效益分析

                與傳統錨桿施工相比,承壓式擴體式錨桿的施工以下社會效益和經濟效益

          5.1 社會效益

               1) 推動建筑施工環保,減少廢漿液和渣土排放;

                2)消除深基坑和地下空間工程的建筑紅線外占地,減少未來城市建設發展的障礙與隱患,促進社會和諧發展。

          5.2 經濟效益

                1)能夠在較為廣闊的地域和工程項目中部分替代目前使用量極大的傳統錨桿;

                2)基于技術優勢可獲得更高的單錨承載力、更好的防腐性能;

                3)由于材料省、工期短、承載力高,能夠降低工程成本,其直接成本可以比傳統錨桿減少10%-15%。

          6、結束語

                本文從囊袋擴體錨桿與傳統錨桿的比較、原理分析、施工工藝、社會效益、經濟效益等方面詳細的介紹了囊袋擴體錨桿在超高層深基坑中的應用,并對需要注意的事項進行了強調。整個方案經濟可行,為超高層深基坑錨桿施工提供了一條新的施工思路,值得類似工程學習與借鑒。

           

          參考文獻

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