预应力锚杆（共9篇）
预应力锚杆 篇1
0 引言
在框架预应力锚杆柔性支护结构中,由于锚杆预应力的存在,锚杆在一定的锚固区域内形成压应力带,通过框架及挡土板形成压应力面,从根本上改善土体的力学性能,变传统刚性支挡结构的被动挡护为充分利用土体本身自稳能力的主动挡护,有效地控制了土体位移。另外,这种支护结构立面美观,锚杆与框架的空间协同工作性能较好,因此其在边坡加固和基坑开挖工程中得到了广泛应用[1~5]。
由于框架预应力锚杆支护结构是利用土体自身的阻抗去制约另一部分土体的变形和结构破坏,因而在使用中一般要对锚杆施加一定的预应力,以更好地发挥锚杆的自我约束系统。实践证明,锚杆的初始预应力总是变化的,这种变化通常表现为预应力损失。对基坑等临时性工程而言,预应力的损失可能不是很危险;但是对于边坡这种永久性加固结构,预应力的损失对锚固工程的稳定性是极为不利的。因为潜在破坏的土体通过锚杆的拉力作用,使其稳固地依附在稳定地层上,锚杆的拉力作用增加了潜在滑动面上的法向应力,从而提高了抗剪强度,使地层得到加固。一旦锚杆预应力损失达到一定值,致使地层抗剪强度下降到稳定值以下,锚杆有可能随锚固体被拔出,将导致锚固失效,即被加固地层失稳,给工程带来极大危害,甚至威胁人民生命财产的安全[6]。因此,锚杆预应力的变化直接影响到锚固工程的安全,有必要对其进行长期观测。本文分析了影响锚杆预应力损失的各项因素,给出了预应力损失大小的简单定量估算方法;另外,对框架预应力锚杆柔性边坡支护结构的锚杆预应力损失问题进行了试验研究,研究结果表明本文给出的简单定量估算方法是可行的。
1 锚杆预应力损失变化规律及过程
文献[7]在根据对某基坑锚杆预应力监测的基础上给出了锚杆预应力变化的三个阶段,如图1所示。已知基坑开挖深度范围内地层主要为粉土和粉质细砂,渗透性一般。图1中(1)表示自张拉初期开始,预应力快速下降阶段;(2)表示预应力上升阶段;(3)表示预应力稳定变化阶段。实际上,图1显示的结果和规律对于上述土质条件或近似土质条件下的基坑工程预应力锚杆具有一般性,由于基坑工程属于临时性工程,而边坡加固工程属于永久性工程,两者在预应力锚杆的施工工艺和构造措施处理上都有差异,所以图1对于边坡工程预应力锚杆的预应力损失的结果和规律而言还不具有代表性。
1.1 预应力快速下降阶段
此阶段发生在张拉锁定前后,历时较短,主要受锚具、土体压密、孔道摩阻、施加预应力大小等因素的影响。虽然该阶段历时较短,但是所引起的预应力损失相对较大,占总损失量的损失百分比大约在45%左右。
1.2 预应力上升阶段
从图1可以看出,这个过程主要表现为预应力值的增加。这是由于土体变形引起的预应力增加量大于松弛效应引起的预应力损失,预应力荷载呈现增加的趋势,增加的幅度取决于土体变形量的大小。
1.3 预应力稳定变化阶段
在经历前两阶段后,锚杆预应力值趋于稳定变化。此阶段由于土体变形模量发生较小规模的变化,使得预应力值略有增加,当土体变形趋于稳定时,预应力值也趋于稳定。
2 锚杆预应力损失影响因素分析
2.1 锚杆张拉锁定时引起的预应力损失
(1)张拉系统摩阻引起的预应力损失σl1
锚杆张拉时引起的预应力损失,表现为锚杆测力计输出值小于油压千斤顶显示的压力。张拉过程的预应力损失主要由预应力锚杆同孔壁的摩擦和张拉千斤顶的摩阻力大小决定。如果钻孔平直,锚杆安置后不与孔壁接触,则锚杆预应力损失很小甚至不产生预应力损失。文献[8]指出张拉千斤顶的摩擦损失一般只有1%左右,因此可以通过超张拉来补偿。但根据有关文献及测试[9],张拉系统的摩阻损失一般为2%~4%,也即油压千斤顶显示的压力要比锚杆测力计输出值大2%~4%。笔者曾在施工现场询问锚杆张拉人员,发现他们对锚杆预应力损失没有引起重视,所以一般张拉都是以油表上所显示的压力作为最终施加的预应力值,因此,应该考虑张拉系统引起的预应力损失量。
(2)锁定后锚具回缩引起的预应力损失σl2
锚杆张拉程序完成后,卸荷时是靠夹片与锚垫板间的相互作用来锁定预应力,在锁定时,锚杆自由段难免会产生一定量的弹性变形,钢筋的回缩量大小决定了锚杆预应力损失量的大小。锚杆锁定后回缩量大小与锚夹具及其制造工艺有关。除此之外,组成外锚头的其它构件,如混凝土垫墩、垫板及外锚头的强度及加工、安装的质量也会影响锚杆预应力损失。
2.2 钢材应力松弛引起的预应力损失σl3
钢材在长期应力作用下会发生应力松弛现象,应力松弛量通常和锚杆张拉后的预应力初始值和受荷时间有直接的关系。钢材的应力松弛实验表明:长期受荷的钢材预应力松弛损失量大约为5%~10%,在相同的应力作用下,受荷100h的松弛损失约为1h所造成的松弛损失量的2倍;受荷1000h的松弛损失约为1h所造成的松弛损失量的2.5倍[7]。当施加的应力大于钢材强度的50%时,应力松弛会显著增加,而且荷载越大松弛量也就越大[10]。
2.3 土体蠕变引起的预应力损失σl4
土体是一流变体,具有明显的流变特征,在外荷载作用下,土体发生流变现象,从而引起锚杆预应力的降低。在施工期间,土体开挖卸载,使土体内部应力得到释放,土体向边坡临空面方向发生变形,从而增加预应力值,这种增加预应力值的效果具有明显的时间效应,随着施工期的结束,锚杆预应力的变化趋于平缓。另外,由于锚杆预应力的作用使得土体物理力学性质发生改变,土体产生压缩变形,在施加预应力初期,土体的压缩变形比较显著,预应力降低明显。
工程实践表明坚硬完整岩体在长期剪力作用下发生蠕变的量很小,对锚杆预应力的影响不大[10]。但是设置在土层中的锚杆一般都在固定5d内呈现出预应力值明显降低,在今后几年甚至几十年都会有持续降低的现象。这一规律与土体蠕变的趋势相一致,进一步说明土体蠕变是引起锚杆预应力损失的主要因素之一,这个损失量一般都在15%以内[6]。
2.4 群锚效应和张拉顺序引起的预应力损失σl5
在群锚张拉过程中,锚杆施工对已安装的锚杆的锚固力有一定的影响,这种影响多表现为预应力损失。究其原因可以理解为锚杆张拉引起框架和土体的变形,从而使锚杆影响半径范围内已安装的锚杆的预应力降低[11]。
一般来讲,支护结构上都存在多孔锚杆,所以理论上最合理的张拉顺序是同时同步张拉,但往往受张拉设备和施工工艺的限制,因此有必要选择合理的张拉工艺。最合理的张拉工艺应该是有利于土体均匀压缩,这样对坡体稳定有利。但是框架预应力锚杆柔性支护结构采用的施工工艺是逆作法,如果一次性将上部锚杆张拉到设计预应力值,当施工下部锚杆时必然引起上部锚杆较大的预应力损失,所以较好的办法是采用分级张拉,先将上部锚杆张拉到设计预应力值的一定比例,待施工完毕后再继续张拉到设计预应力值。
2.5 降雨入渗引起的预应力损失σl6
降雨量及降雨历时对锚杆锚固力有较大的影响,这种影响集中反映在强度较低、渗透系数较大的部位,而且具有时间滞后效应。由于滑面上遇水后土体的c、φ值降低,滑面上抗剪能力减弱导致锚固力的损失。但是随着裂隙水的不断渗入,土体抗剪能力降低,抵抗下滑的能力也随之降低,锚固力有所增加。随着土体内部水压的波动变化,锚固力也呈现波动变化。随着裂隙水的逐渐消散,由于土体的压缩变形和锚杆应力松弛,锚固力又会回到降雨前的水平。由此可知,在降雨前后,锚杆会受到较大的循环荷载作用,这对基坑和边坡的稳定是极为不利的[12]。因此,做好边坡的排水与防渗,有利于锚固荷载的长期稳定。
3 锚杆预应力损失的简单定量估算
锚杆预应力损失的大小,将直接影响边坡整治工程中设计张拉力、超张拉幅度的选定。对锚杆的工作状态,过高或过低估计预应力损失都是不利的,因此对预应力损失进行简单定量估算是必要的。根据前述对锚杆预应力损失影响因素的分析,锚杆的预应力损失量σl可由下式表示:
考虑到影响预应力损失的因素十分复杂,式(1)中前四项为主要影响因素。根据前述分析,对前面四种预应力损失简单估算为:张拉系统摩阻引起的预应力损失σl1为2%~4%;锚头夹具回缩引起的预应力损失σl2为3%~6%;钢材应力松弛引起的预应力损失σl3为5%~10%;土体蠕变引起的预应力损失σl4为10%~15%。综合考虑其它各种因素的影响,可粗略估算一般锚杆预应力损失大约在25%~40%之间。如果地层性质较差,比如基坑或边坡的上覆土层在较深范围内为杂填土、或土层的含水量较大、或锚杆穿越的土层较多而每种土层的性质相差较大等情况,由于土层与锚杆的锚固体之间的摩阻力有限,在锚杆的预应力施加到一定数值时就会出现锚杆被拔出的现象,此时锚杆的预应力损失可能更大。
4 锚杆预应力损失的试验研究
边坡加固下的锚杆预应力损失研究是笔者进行框架预应力锚杆柔性边坡支护结构模型试验的内容之一[13]。试验模型依据几何相似原理建立,为了增加模型试验的可靠性,采用大比例室内模型试验,取几何相似比为1∶3。
4.1 试验材料
试验材料与实际工程相同,本次试验所用主要材料为:土、混凝土、钢筋、水泥和砂子。
(1)试验用土体取自某自然边坡,为黄土状粉土,浅黄色,场地内连续分布,土质均匀,在进行原状土含水量、密实度测量后,通过控制填土密实度,分层向模型箱填土形成土坡;
(2)混凝土强度等级采用C20,按标准试验条件制作构件;试验用钢筋为普通钢筋,框架梁柱、面板配筋以及锚杆用钢筋均采用HPB235级;
(3)锚杆锚固段采用水泥浆高压二次注浆,水泥浆根据规定配合比并结合施工经验现场配制,试验测试时,水泥浆完全凝固,达到设计强度M30。
4.2 试验模型设计
试验模型箱采用钢木组合结构型式,箱体骨架采用槽钢,箱体内壁采用18mm厚木工板,各构件之间采用焊接与螺栓连接,试验模型箱长×宽×高净尺寸为3.6m×2.4m×3.6m。为减小模型试验的边界效应,在箱体内侧张贴一层0.3mm厚的塑料膜,经过处理后,侧壁和土体之间的摩擦力的影响将得到有效控制,可认为对试验基本无影响。试验模型箱的制作和试验土坡的具体形成过程详见周勇[13]的研究结果,加工制作完成后的试验箱如图2所示。
4.3 试验锚杆设计及钢筋计布置
锚杆拉力根据几何相似条件及文献[13]提出的计算方法确定。模型中锚杆材料采用HPB235级钢筋,锚固体直径取与实际工程中相同的孔径150mm,上面三排锚杆的水平倾角取10°,最下面一排为防止锚杆倾角过大接触地面而影响锚固效果,其水平倾角仅取5°。锚杆自由段长度和锚固段长度由计算确定,锚杆与框架的连接采用钢垫板与高强螺栓,最终锚杆设计剖面如图3所示。
试验模型中共设计了12根锚杆,根据试验设备的数量和支护结构的对称性,仅在边柱1和中柱位置上的八根锚杆钢筋上设计了钢筋计,测点布置编号如图4。
4.4 试验结果分析
图5为对各排锚杆施加预应力时其相应的预应力变化曲线,由于未考虑边坡的极限破坏状态,因此预应力均未达到各锚杆的极限抗拔力。图6为对应于锚杆施加预应力时其相应实测拉力的变化情况。前者由预应力拉拔仪读出,后者由钢筋计和SS-III型台式数字钢弦频率接收仪共同得出。图7给出了锚杆预应力损失变化曲线,图8给出了加载后并停止施加预应力时最终各锚杆的预应力损失变化曲线,经分析可得如下结论:
(1)理论上讲,如果锚杆不存在预应力损失,则锚杆施加的预应力读数和锚杆拉力实测值应该是相同的。对比图5、图6,两者纵坐标相同,明显可以看出图6中的曲线较图5中的曲线平缓,即锚杆上施加的预应力增长速度较各锚杆拉力增长要快,这说明锚杆均产生了不同程度的预应力损失。而且在预应力的施加初期,预应力损失非常明显,分析原因可以认为,锚杆刚开始施加预应力时,会使锚具大量回缩、框架和挡土板后的土体会产生较大的压缩变形从而引起锚杆较大的预应力损失。
(2)从图7所显示的各锚杆的具体预应力损失数值的变化过程来看,各锚杆的预应力损失没有严格可循的变化规律,这主要是由于影响锚杆预应力损失的因素很多,比如锚杆锚固段的钻孔直径有差异,灌浆的效果就不一样。本次试验中最主要的问题是加载设备数量有限,因此采用逐个锚孔分级循环加载,加载完成后立即锁定该级荷载,即锚杆的预应力施加不是在同一个时间进行,同时锚杆的张拉顺序对锚杆的预应力损失影响明显。但是框架预应力锚杆柔性支护结构最大的特点就在于框架与锚杆通过锚杆预应力的作用能够实现主动协同工作,如果锚杆的预应力不能在同一时间实现同步张拉,则由于框架与锚杆的协调变形会导致锚杆的预应力损失没有特定的规律而出现了随机性,对工程实践失去了指导意义。因此,在边坡加固工程中,为了减少预应力损失,应尽量实现同步张拉,且根据实际情况对于局部锚杆采取预应力补偿张拉的措施。
(3)本文前面在详细分析总结影响框架预应力锚杆柔性支护结构锚杆预应力损失因素的基础上,根据各影响因素的特性规律给出了锚杆预应力损失的简单定量估算,具体估算值为25%~40%。从图8可以看出,各锚杆的预应力损失量不一样,最小损失百分比为锚杆A4的23.65%,最大损失百分比为锚杆A6的44.04%,八根锚杆的预应力损失百分比平均值为32.41%,显然大部分锚杆的预应力损失百分比和所有锚杆的预应力损失的平均值都验证了这个估算范围,但是锚杆A4和A6出现了异常,这一点可以从图4中锚杆A4和A6的位置进行分析。文献[13]指出在框架预应力锚杆柔性支护结构中,中下部锚杆受力较大,上部锚杆受力较小。从图5、图6可以看出,锚杆A4无论是预应力的施加还是锚杆拉力实测值都较小,所以总体上预应力损失偏小;而锚杆A6由于位置靠下,上覆土压力较大,对其施加的预应力数值较大,但是由于对其施加预应力的时间较早,考虑钢筋的应力松弛和土体蠕变影响较大,最终导致其预应力损失较大。
5 结论
(1)分析总结了影响框架预应力锚杆柔性边坡支护结构的锚杆预应力损失的主要因素,具体包括张拉系统摩阻、锁定后锚具回缩、钢材应力松弛、土体蠕变、群锚效应和张拉顺序、降雨入渗,综合考虑其它各种因素的影响,可粗略估算锚杆预应力损失范围大约在25%~40%之间。
(2)对框架预应力锚杆柔性边坡支护结构的锚杆预应力损失进行了试验研究,结果表明本文给出的简单定量估算是可行的。但是由于文中建议的式(1)中,各项值均为一范围值,各项值如何根据具体情况确定无法明确,因此式(1)的预应力损失估算方法,只能做一总量估算,要明确各项数值还需进一研究确定。
(3)本文的研究是基于压实人工填土,并非原位土体,这对试验结果会有很大的影响。并且文中仅是利用一种土的试验结果,作为用于复杂地质条件下的基坑或边坡锚杆预应力损失量值的估算,依据还不是很充分。另外,影响框架预应力锚杆柔性支护结构的锚杆预应力损失的因素很多,有些因素可以人为控制,有些因素只能尽量避免,在施工过程中应该尽量减少锚杆的预应力损失,以使锚杆能够有效地发挥作用,取得良好的加固效果。
摘要：框架预应力锚杆柔性支护结构是用于提高边坡稳定性的一种新技术,锚杆作为其中的核心受力构件,其预应力值的大小是有效限制边坡位移的关键,但在实际工程中锚杆产生预应力损失是必然的。为深入了解锚杆的工作性能和作用机理,对其预应力损失进行研究,分析总结了影响锚杆预应力损失的主要因素,包括张拉系统的摩阻、锁定后的锚具回缩、钢材的应力松弛、土体蠕变、群锚效应和张拉顺序、降雨入渗等。综合考虑其它各种因素的影响,可粗略估算一般锚杆预应力损失范围大约在25%～40%之间。另外,为进一步验证锚杆预应力的损失大小,对框架预应力锚杆柔性边坡支护结构的锚杆预应力损失问题进行了试验研究,结果表明本文给出的简单定量估算是可行的。
关键词：框架锚杆柔性支护结构,预应力损失,影响因素,试验研究
预应力锚杆 篇2
钻孔：采用潜孔冲击式钻机。该钻机所配钻杆是统一规格的，按锚索设计长度将钻孔所需钻杆摆放整齐，钻杆用完，孔深也恰好到位。由于钻杆长度有±5mm的误差，要求钻孔深度超出锚索设计长度0.2m左右。
钻孔结束，逐根拔出钻杆和钻具，将冲击器清洗好备用。用一根聚乙烯管复核孔深，并以高压风吹孔，待孔内粉尘吹干净，且孔深不少于锚索设计长度时，拔出聚乙烯管，以织物或水泥袋纸塞好孔口待用。
渗水的处理。在钻孔过程中或钻孔结束后吹孔时，从孔中吹出的都是一些小石粒和灰色或黄色团粒而无粉尘，说明孔内有渗水，岩粉多贴附于孔壁，这时，若孔深已够，则注入清水，以高压风吹净，直至吹出清水；若孔深不够，虽冲击器工作，仍有进尺，也必须立即停钻，拔出钻具，洗孔后再继续钻进，如此循环，直至结束。有时孔内渗水量大，有积水，吹出的是泥浆和碎石，这种情况岩粉不会糊住孔壁，只要冲击器工作，就可继续钻。如果渗水量太大，以至淹没了冲击器，冲击器会自动停止工作，应拔出钻具进行压力注浆。
塌孔、卡钻的处理。当钻孔穿越强风化岩层或岩体破碎带时，往往发生塌孔。塌孔的主要标志是从孔中吹出黄色岩粉，夹杂一些原状的(非钻头击碎的、非新鲜的、无光泽的)石块，这时，不管钻进深度如何，都要立即停止钻进，拔出钻具，进行固壁注浆，注浆压力采用0.4MPa, 浆液为水泥砂浆和水玻璃的混合液，24小时后重新钻孔。雨季，常常顺岩体破碎带向孔内渗流泥浆，固壁注浆前，必须用水和风把泥浆洗出(塌入钻孔的石块不必清除)，否则，不仅固壁注浆效果差 , 还容易造成假象。
锚索制作：锚索可在钻孔的同时于现场进行编制，锚索材料按设计要求选用高强度、低松弛预应力钢铰线，其技术标准为270级，直径Φ=15.24mm，极限强度为1860MPa，锚具采用0VM15型（包括配套的锚垫板、锚板、夹片和螺旋筋）。锚索编束前，要确保每根钢铰线顺直，不扭不叉，排列均匀，除锈、除油污，对有死弯、机械损伤及锈坑处应剔出，锚索长度是从钻孔孔口算起，因此，钢绞线下料长度应为锚索设计长度、锚头高度、千斤顶长度、工具锚和工作锚的厚度以 及张拉操作余量的总和。正常情况下，钢绞线截断余量取5Omm。将截好的钢绞线平顺地放在作业台架上，量出内锚固段和锚索设计长度，分别作出标记；在内锚固段的范围内穿对中隔离支架 , 间距 60～10Ocm, 两对中支架之间扎紧固环一道；张拉段每米也扎一道紧固环，紧固环可用16号铅丝绕制，不少于两圈，自由段每隔2m设臵一道架线环，以保证钢铰线顺直，并用塑料管穿套，内涂黄油；最后，在锚索端头套上导向帽。
锚索安装：向锚索孔装索前，要核对锚索编号是否与孔号一致，确认无误后，再以高压风清孔一次，即可着手安装锚索。
安装上倾和水平锚索时，检查定位止浆环和限浆环的位臵，损坏的，按技术要求更换；检查排气管的位臵和畅通情况；锚索送入孔内，当定位止浆环到达孔口时，停止推送，安装注浆管和单向阀门；锚索到位后，再检查一遍排气管是否畅通，若不畅通，拔出锚索，排除故障后重新送索。注浆：
采用排气注浆。下倾的孔，注浆管插至孔底，砂浆由孔底注入，空气由锚索孔排出；上倾和水平孔，砂浆由孔口注入，空气压向孔底，由孔底进入排气管排出孔外(水平锚索，空气经限浆环进入排气管)。
上倾和水平锚索孔注浆过程中，当排气管不再排气 , 且有稀水泥浆从排气管压出时，说明注浆己满；对于下倾锚索注浆，采用砂浆位臵指示器控制注浆位臵。锚索孔注浆采用注浆机，注浆压力保持在 0.3～0.6MPa。锚墩或锚索框架梁制作：
为了使锚墩或锚索框架梁上表面与锚索轴线垂直，预先将一根外径与钻头直径相同的薄壁钢管和垫板正交焊牢，浇筑锚索地梁或锚索框架梁前将钢管的另一端插入钻孔即可。
锚墩灌注前必须将0VM15型锚具中的螺旋钢筋、锚垫板固定在锚梁钢筋上，方向与锚孔方向一致，摆放平整，再同时进行浇灌、振捣，尤其在锚孔周围，应仔细振捣，保证质量。锚梁上预留锚索孔内要预留排气管和补浆管，锚垫板安装严格要求与锚索垂直。
锚索的张拉：
张拉锚索前需对张拉设备进行标定。标定时，将千斤顶、油管、压力表和高压油泵联好，在压力机上用千斤顶主动出力的方法反复试验三次，取平均值，绘出千斤顶出力(kN〉和压力表指示的压强（MPa）曲线，作为锚索张拉时的依据。压力表损坏或拆装千斤顶后，要重新标定。
若锚索是由少数钢绞线组成，可采用整体分级张拉的程序，每级稳定时间 2～3min；若锚索是由多根钢绞线组成，组装长度不会完全相同，为了提高锚索各钢绞线受力的均匀度，采用先单根张拉，3天后再整体补偿张拉的程序。封孔注浆：
补偿张拉后，立即进行封孔注浆。对于下倾锚索，注浆管从预留孔插入，直至管口进到锚固段顶面约 50cm；对于上倾和水平锚索，通过预留注浆管注浆。孔中的空气经由设在定位止浆环处的排气管排出。外部保护：
预应力锚杆 篇3
关键词:预应力土层锚杆;深基坑支护
中图分类号:TU753 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)03-0029-02
预应力土层锚杆技术是一种高效、经济的岩土体加固技术,已在地下围岩和边坡工程中得到广泛应用。目前,随着城市建设的迅速发展,城市用地越来越紧张,为了充分提高地下空间的利用率,高层建筑地下部分也不断增加,基坑也越来越大,越来越深。深基坑支护施工除了要求必须满足自身结构的安全、保证地下室施工安全顺利进行、确保周边环境与建筑物、道路管线的安全外,同时还必须实现施工对周边的环境影响最少,降低地下污染、降低造价的目的。而预应力土层锚杆技术,其不仅可决定支挡结构的稳定性,而且还能有效控制基坑变形,在深基坑支护中起着相当重要的作用。因此,本文将主要对预应力土层锚杆在深基坑支护中的应用进行一些探讨。
1预应力土层锚杆技术的工作机理
预应力土层锚杆技术,是指利用专用土层锚杆施工机械,将其一端与挡土桩、墙联结,另一端锚固在地基的土层中,通过对锚固段灌注高强度等级水泥砂浆,使其锚固段砂浆体达到一定的设计强度,以承受桩、墙的土压力、水压力等水平荷载,利用地层的锚固力维持桩、墙的稳定,为不使桩、墙的位移太大,锚杆在安装后即在锚杆顶部施加张拉应力,使得锚锭板带动锚固体发生位移趋势,锚固体与周围土体产生抗拔摩阻力,通过锚具与钢台座反作用于混凝土连续墙,对深基坑起支护作用。
2预应力锚杆的作用
在深基坑支护中,预应力锚杆一般选用钢铰线作为预应力筋,利用对其自由段预拉的弹性回缩力对支护结构施以预设的应力,使支护结构得以稳定,则其作用有以下几点:
2.1施加预应力实现荷载平衡
其是指将结构中的预应力筋和锚具看作施载体将其从结构中脱离,把预应力的作用视为一相应荷载(称为反荷载或是平衡荷载),由其于外荷载相平衡的条件,去反求预应力的大小、
预应力筋的布筋及其弯曲形状等。这样,即可把结构当成是受到平衡荷载和外荷载作用的非预应力结构来计算,为支护的设计和分析提供了依据,是支护结构稳定的保证。
2.2预加应力使土体和锚固体一体化的加固作用
通过预加应力,使自由段处的土体预压,使得原来土压力方向发生了改变,阻碍了滑移面的产生,从而抵消了基坑开挖时释放的土压力,有效地控制了土体的变形;可使锚固体与土体进行协调结合,形成一体化的加固作用,提高基坑的整体稳定性。
但需注意的一点是,由于预应力锚杆是在基坑自稳、土体未产生变形的基础上才产生作用的,因此,下步开挖需在锚杆张拉,施加预应力之后进行。
3基坑支护结构的设计要求
3.1支护结构的设计
(1)基坑支护结构应考虑其结构水平变形、地下水的变化对周边环境的水平和竖向变形的影响。
(2)基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算,计算内容包括:根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算;基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算;当有锚杆或支撑时,应对其进行承载力计算和稳定性验算。
(3)当场地内有地下水时,应对地下水控制进行计算,如对其抗渗透稳定性验算、基坑底突涌稳定性验算、以支护结构设计要求进行地下水控制计算等。
3.2预应力锚杆的设计
(1)设计计算。锚杆预应力值的确定对于锚杆的应用起决定性作用,它不仅要考虑安全与经济性,而且对变形的控制尤为重要。因此,预应力锚杆在设计计算时,锚杆预应力值应满足基坑支挡结构的稳定力;在支护体系中,锚杆预应力值应由支挡结构各部位所承受的土压力(采用土钉支护时,土压力用抗拔力代替)乘以安全系数计算而来;预应力锚杆参数(锚杆长度、自由段长度、预应力筋个数、倾斜角等)应由预应力值和所勘察的土性参数结合而确定;当基坑稳定性满足各锚杆参数计算后,再对整体进行稳定计算,如满足要求,则进行下一步工作。
(2)试验资料。由于深基坑支护时,开挖后与勘察资料不尽相同,为此,在施工前应先进行现场试验,以获得完整的试验资料,如通过分级加载下锚头的位移值,了解预应力锚杆的受力变化特性;通过抗拔实验,得出锚杆的极限承载力,使其荷载比β≤0.55,以最大限度发挥预应力锚杆的锚固作用;通过试验了解预应力设计值与极限承载力的关系,从而了解支护结构的安全可靠性。
4施工工艺
4.1钻孔
(1)在钻进过程中应合理掌握钻进参数和钻进速度,防止出现埋钻、卡钻等各种孔内事故;对土层锚杆的自由段钻进速度可稍快,对锚固段则应稍慢一点。
(2)采用干作业法钻孔时,要注意钻进速度,避免“别钻”;钻孔完毕后,为减少孔内虚土,应先将孔内土充分倒出,再拔钻杆。
(3)采用湿作业法成孔时,要注意钻进时要不断供水冲洗,始终保持孔口水位,并根据地质条件控制钻进速度,一般以300 mm/min～400 mm/min为宜,每节钻杆钻进后在接钻杆前,一定要用水反复冲洗孔底沉渣,直至溢出清水为止,然后拔出钻杆。
4.2预应力筋的制作与安装
(1)预应力筋应平直、顺直、除油除锈,并做防腐处理;对钢筋拉杆,先涂一层环氧防腐漆冷底子油,待干燥后,在涂一层环氧玻璃钢,待其固化后,再缠绕两层聚乙烯塑料薄膜;对自由段的钢绞线,要套聚丙烯防护套。
(2)钢绞线如涂有油脂,在固定段要仔细加以清理,以免影响与锚固体的黏结;除锈后要尽快放入钻孔并灌浆,以免再生锈。
(3)安放锚杆杆体时,应防止杆体扭曲、压弯,注浆管宜随锚杆一同放入孔内,管端距孔底为50 mm～100 mm,杆体放入角度与钻孔倾角保持一致,安好后使杆体始终处于钻孔中心。
(4)若发现孔壁坍塌,应重新透孔、清孔,直至能顺利送入锚杆为止。
4.3灌浆
(1)灌浆材料选用灰砂比为1∶1或1∶0.5(重量比),水灰比0.38～0.45的水泥砂浆或是水灰比0.4～0.45的水泥净浆;水泥宜使用普通的硅酸盐水泥;水泥浆液的抗压强度要大于25 MPa,塑性流动时间要在22 s以下,可用时间应在30 min～60 min,必要时可加入一定量的外加剂或掺和剂,但要搅拌均匀,整个浇注时间须控制在≤4 min。
(2)一次灌浆法
一次灌浆宜选用灰砂比1∶1～1∶2,水灰比0.38～0.45的水泥砂浆;灌浆时,将灌浆管推入拉杆孔内,在拉杆孔端注入锚浆,并以0.4 MPa左右的灌注压力开始灌浆;在灌浆的过程中,应逐步将灌浆管向外拔出,但灌浆口应始终处于浆面以下;待孔口溢出浆液时,可停止注浆,拔出灌浆管;灌浆时,压力不宜过大,以免吹散浆液和砂浆,待浆液或砂浆回流到孔口时,用水泥袋纸等捣入孔内,再用湿黏土封堵孔口,并严密捣实,再以0.4 MPa～0.6 MPa的压力进行补灌,稳压数分钟后即可完成。
(3)二次灌浆法
二次灌浆时,应先灌注锚固段,待所灌注的水泥浆具备一定强度后,对其进行张拉,然后再灌注非锚固段;灌浆时,对靠近地表面的土层锚杆,避免引起地表面膨胀隆起,其灌浆压力控制在0.22 MPa左右;对垂直孔或倾斜度大的孔,可采用人工填塞捣实法进行灌浆;灌浆结束后,应用清水冲洗灌浆管,直至管内流出清水为止;注浆完毕应将外露的钢筋清洗干净,并保护好。
4.4张拉与锁定
(1)土层锚杆灌浆后,待锚固体强度大于15 MPa并达到设计强度的75 %时,方可进行预应力张拉。
(2)为避免张拉对相邻锚杆的影响,应采用跳张法,即隔一或隔二张拉,以尽量减少相邻锚杆张拉引起的预应力损失;锚杆正式张拉前,要取设计拉力的10 %～20 %,并对锚杆预张拉l～2次。
(3)锚杆张拉要求定时分级加荷载进行,张拉时由专人操纵机械、记录和观测数据,并随时画出锚杆荷载——变位曲线图,作为判断锚杆质量的依据。
(4)当拉杆预应力没有明显衰减时,即可锁定锚杆;为避免张拉值过小,预应力作用无法发挥,或是张拉值过大,预应力受伤,则张拉值应控制在设计值的110 %左右,以考虑锁定时夹片回缩力损失,张拉锁定的有效应力基本与设计值相等。
(5)锚杆锁定后,若发现有明显预应力损失时,应进行补偿张拉。
4.5施工注意事项
(1)张拉设备应牢靠,锚杆各条钢筋的连接要牢靠,以防止张拉时发生脱扣现象;应检查高压灌浆管的畅通,以防止塞泵、塞管,甚至于管爆裂伤人。
(2)电气设备应设接地、接零,并做好安全防范措施,以做好安全用电。
(3)施工现场的泥浆水要及时处理,使其经排水沟流到沉淀池,再排入集水坑用水泵排走。
(4)锚杆的非锚固段及锚头部分要及时做防腐处理,永久性锚杆必须进行双层防腐,即涂以沥青等防腐材料后须再采用混凝土密封;临时性锚杆宜采用沥青进行简单防腐。
参考文献
1 《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)
2 蒋曙光.预应力土层锚杆在深基坑支护中的几个问题[J].发明与创新,2006(5)
The Soil Layer Stock of Prestressing Force Supports and Protects
the Application while Constructing in the Deep Base Hole
Liu Yingguang
Abstract: This text props up the designing requirement of protecting the structure from the working mechanism, function, base hole of the soil layer stock technology of prestressing force mainly, such respects as construction craft and construction precautions are required are explained.
预应力锚杆 篇4
关键词：锚杆长度,锚杆,软岩,位移
前言
预应力锚固是一种先进的岩土加固技术, 它具有锚固深度大、承载能力高、可施加较大的预紧力等特点, 因而可获得理想的支护加固效果。但是, 由于预应力支护技术在地下工程中的应用起步较晚, 加之人们对预应力锚杆支护机理还没有完全弄清, 因此预应力锚杆支护的设计目前在很大程度上仍依赖于工程经验, 这就必须选择最适用于实例的经验公式了。锚杆长度是锚杆工程设计必须确定的主要参数, 是锚杆布置的主要问题。目前对锚杆长度的选择各国、各行业都有规定。
从各种规定总的来看, 锚杆长度主要与巷道跨度和围岩性质有关, 在不同的巷道断面形状和尺寸条件下, 不管采用那种支护理论, 都需要首先确定锚杆要支护的围岩松动范围及所需的支护强度, 而围岩的松动范围及巷道的巷道支护所需要的支护强度主要受巷道跨度和围岩性质决定。
本文针对具体的实例, 通过对其加固时所用参数的模拟, 在此基础上确定锚杆长度对径向位移 (ur) 的影响, 从而确定其对软岩巷道变形的影响, 为一些经验公式里参数的选择提供一定的理论基础。
1 模拟计算
在一些基本假定下, 按照开挖影响范围建立平面模型, 约束为三边铰接。单元选取按照各个部分的特性选取;本构关系为各向同性的线性结构模型;结合之前对预应力模拟计算的曲线, 选取最佳预应力值。在此基础上以锚杆长度大小为变量, 在给定不同锚杆长度大小情况下, 通过数值模拟的方法确定不同锚杆长度条件下支护控制指标的变化, 主要是周边关键及特殊点的最大径向位移、应力及巷道的变形图。这里取锚杆长度就按照用节点定义锚杆单元的方法每次多定义一个锚杆单元。这里选取的锚杆单元长度是:1.7、2.0、2.3、2.6、2.9几组 (这里锚杆长度指的是其有效长度, 单位m) 。
材料的本构关系选用线弹性材料模型, 其弹模、泊松比取值大小及依据:锚杆的按照其材质选择采用钢材的力学参数;围岩结合实例的地质条件和GB50218-94里不同类别围岩的物理力学参数惊醒选取;喷层单元是混凝土, 参数就取其力学参数了。
2 计算
节点是划分网格生成的, 划分时考虑模型的对称性, 本文模拟中将半圆拱形巷道以中心角π/30 rad进行单元划分, 并在其左侧或右侧选取一半的节点作为关键点, 其在平面单元的极坐标为 (r, kπ/30 rad 0≤k≤15) 。从节点中选取部分作为关键点 (本文选择了其中的8个节点) 来进行数据处理。
进而从中取出上面提到的关键点的位移, 并计算出开挖支护引起的关键点竖向位移。 (数据选取及计算略)
关键点确定后, 其在不同锚杆长度条件下的位移以及与竖直方向的夹角就很容易确定了。径向位移就可通过下式求得了:
式中:
ur-关键点 (选取的节点) 径向位移;
uy-关键点 (选取的节点) 竖向位移;
α-锚杆的锚固角, 锚固方向与竖直方向的夹角。
数据处理中, “-”表示位移的方向。作图时转化为“+”, 并采用“mm”来计量位移。由此可得出关键点的变形锚杆长度之间的关系曲线图。
2.1 最优预应力条件下, (由之前模拟计算图得出) 同一锚杆长度下, 不同关键点径向位移曲线图, 图1。
2.2 最优预应力条件下, 不同锚杆长度下, 同一关键点的径向位移曲线如图2。
巷道顶部点的竖向、径向位移曲线的大致走向基本相同。这说明在同一支护条件下, 巷道顶部各个点的位移变形并不相同, 它们呈现出从拱顶到边帮部逐渐减小的趋势。这在一定程度上说明了在软岩巷道支护中存在薄弱环节, 及易发生变形破坏的部位。也就是支护中常提到的关键部位。
图1与参数预应力模拟计算结果图 (见文献9) 说明的问题相同。它们均反映了软岩巷道支护中存在关键部位。应该采取一定的措施, 加强支护。只是曲线的斜率不同, 这反映两个影响因素的影响程度不一, 锚杆长度初期曲线较预应力初期曲线斜率大些, 说明其影响较预应力大些。线条的疏密反应影响因素的影响范围, 预应力的影响曲线疏些反映其影响范围大些, 而锚杆长度曲线后两条考的很近, 反应这两个长度影响效果基本相同, 及锚杆长度达到一定数值后, 增加长度对加固效果几乎没有影响, 而增加长度还会使得施工工艺的复杂和成本的加大。
图2反映了锚杆长度大小对支护效果的影响, 从图上我们可以看出锚杆长度对巷道顶部各个点的变形影响曲线大致平行。很明显随着锚杆长度数值的增加, 各点的位移变形量逐渐减小的。并且锚杆较短时减小较快;锚杆较长时减小的较慢;锚杆长度再增加时变化较小, 趋于稳定。
预应力锚杆支护软岩巷道和支护基坑的原理基本相同, 所以它们得出的结论也大致相同。量化关系当然会有差别的。
3 结论及讨论
锚杆长度大小对锚固效果具有很大的影响。但是它们之间并不是一味的正比关系。必须确定适当的锚杆长度, 达到即起到良好的加固效果又经济。
软岩巷道开挖过程中存在薄弱部位, 对支护来说是要采取一定加强措施的关键部位。关键部位支护处理的得当与否从某种程度上来说决定了软岩巷道支护的成功与否。对于关键部位的处理, 锚杆长度是应该考虑的一个因素。
软岩巷道拱顶关键点的竖向位移和径向位移均可以反映巷道支护的效果。径向位移在一定程度上反映了断面的利用率, 更客观、更直接些。
锚杆锚固到岩体中, 除了起到径向和切向锚固力的作用, 即限制围岩的径向位移和切向滑移;还起到改善围岩力学特性的作用。
本文针对具体的软岩巷道做了简单的二维数值模拟, 是在对预应力进行模拟计算的基础上进行的。可以再进一步研究其他参数的影响, 不同影响参数之间的函数式如何反应, 或者取三维模型的结果, 或选择不同数值分析软件的同一模型的结果进行更为系统的对比。
参考文献
[1]漆泰岳.锚杆与围岩相互作用的数值模拟[M].北京:中国矿业大学出版社, 20025
[2]程良奎.岩土锚固[M].北京:中国建筑工业出版社.20031
[3]贾金河.煤巷锚杆支护设计与监测软件的开发及应用研究[J].煤矿开采.20043:62～70
[4]张丽华、周莉.不稳定围岩拱形巷道锚杆支护组合拱计算模型及应用[J].煤炭技术.19964:15～18
[5]田胜利.数值模拟确定煤巷锚杆支护参数的研究[J].河北理工学院.硕士研究生学位论文.20011
预应力抗浮锚杆施工工艺改进 篇5
预应力抗浮锚杆属于目前我国软土地基或深基坑工程施工中应用较多的两种抗浮技术中的一种,另外一种抗浮技术为抗浮桩。相比于抗浮桩,抗浮锚杆的抗浮能力虽然相对较弱,但是其施工成本相对低廉,应用范围较广,所以对抗浮锚杆施工工艺进行分析与改进,增加抗浮锚杆的抗浮能力对于提升施工项目的效率,控制实际工程成本,保证现场施工人员的安全有着较为重要的意义。
抗浮锚杆指抵抗建筑物向上位移的锚杆,通常有三种布置方式,分别为集中点状布置、集中线状布置与均匀面状布置。集中点状布置适用于坚硬岩层,而较为软弱的岩层则适用于线状的布置形式,均匀布置的方式则一般适用于大多数情况。在具体工程中应考虑根据相关规程与标准进行设计与施工,考虑各种布置方式的特点,以充分利用其优点,发挥其最大效能。
1 预应力抗浮锚杆施工的影响因素
预应力抗浮锚杆在实际工程中的应用较为广泛,如图1所示,抗浮锚杆主要由承载体、张拉段、锚固段、注浆管、套管等几部分构成,施工工艺一般分为以下几个步骤:锚杆孔洞钻孔、安装锚杆、压力灌浆、制作腰梁、张拉预应力、封锚。在实际工程中,各个流程都会影响到锚杆最后的质量,因此,应对每个流程与环节的相关影响因素都进行必要的分析。从实际工程情况来看,各项工艺流程对于锚杆最终质量影响较大的为钻孔、灌浆、锚索这三个关键工艺流程,因此,相关分析也主要围绕着这三个关键工艺的影响因素进行。
1.1 钻孔对锚杆的影响因素
孔洞的钻取对锚杆的影响因素主要包括:钻机的垂直度与锚固端进入持力层的深度。钻机的垂直度直接影响锚杆的垂直度,锚杆的垂直度如果受到影响,将直接影响锚杆的受力情况,造成锚杆在受到竖向应力的同时还受到扭矩,极易造成锚杆的断裂,所以,在进行钻孔的时候应尽量保证钻机垂直。而锚固端进入持力层的深度将直接影响抗浮锚杆的质量,如果持力层的深度不够会造成锚杆抗拉能力不能达到设计标准,而持力层深度过深会造成成本的浪费,都不可取,所以实际工程中持力层的深度应该尽量按设计要求进行。锚杆锚固体与地层的锚固长度一般按照下式进行计算验证:
式中:La———锚固段长度,m;
D———锚固体直径,m;
frb———地层与锚固体粘结强度特征值,k Pa,应该通过试验确定;
ξ1———锚固体与地层粘结工作条件系数,对永久性锚杆取1.00,对临时性锚杆取1.33。
当需要计算锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度时,可以使用下述公式:
式中:La———锚杆钢筋与砂浆间的锚固段长度,m;
d———锚杆钢筋直径,m;
n———钢筋(钢绞线)根数,根;
r0———边坡工程重要性系数;
fb———钢筋与锚固砂浆间的粘结强度特征值,kPa,应由试验确定;
ξ3———钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数,对永久性锚杆取0.60,对临时性锚杆取0.72。
1.2 锚固浆体灌注对锚杆的影响因素
锚固浆体对锚杆质量的影响主要包括:浆体强度和灌浆时的压力。浆体强度直接影响锚杆的强度。传统的灌注浆体一般使用的是灰砂比1∶1、水灰比0.45~0.5的水泥砂浆或者水泥浆,在施工时应注意保证灌注浆体的固结完全,从而保证锚杆的质量。对于灌浆压力,工程上一般要求保证灌浆压力处于0.4 MPa~2 MPa之间,压力过大或者过小都将影响锚杆质量。
1.3 锚索对锚杆的影响因素
锚索在下放的过程中,常常由于重力原因导致整个锚索呈S形,呈S形的锚索在进行施工时容易发生弹出的危险,危及施工人员的安全,并且无法完全发挥锚索的力学性能。由于锚索要为抗浮锚杆提供预应力,所以在张拉的过程中各项指标均应严格控制,防止过分张拉或者张拉不足。因此,为了保证锚杆的工程质量,锚索在整个施工过程中都应保证呈直线形。
2 工程实例及施工工艺改进方案
2.1 工程概述
该工程位于太原市商业区,为文化活动中心。项目总建筑面积约为63 000 m2,建筑主体4层,地下1层,顶部为椭球状钢架屋顶,外墙大多采用玻璃幕墙,地下室为文物仓库,属于重要防水场所。由于工程所在地地下水位较高,所以使用了抗浮锚杆保证地下室的防水要求,并且确保了锚杆节点所在位置符合防水要求。在该工程中,抗浮锚杆的下端先锚入花岗岩中,并且锚入长度符合设计要求,待基础强度符合设计要求再进行张拉,最后再进行封锚的处理。工程中应用了非常多的预应力抗浮锚杆,并且在施工工艺上做了较大的改进,节省了工程成本,提高了抗浮锚杆的抗拉能力。
2.2 相关工艺改进方案
1)钻孔工艺的改进方案。
传统钻孔方案中,一般是先按照施工图使用全站仪对孔的位置进行定位,然后用钻机平稳的进行掘进。在掘进的过程中,为了确保工程的施工不会影响周边岩土的稳定性,一般采用无水干钻。并且在进行钻孔时,要严格控制钻孔的速度,防止意外的发生。
在上述工程中,施工企业根据现场实际情况,对传统的钻孔方案做了适当的改良。为了保证持力层的深度,施工企业结合现场地质勘探情况,随时对施工现场的土层进行取样观测,当出现掘进困难时,现场技术人员及时作出响应,在最短的时间内确定是否达到持力层以及还需要继续掘进的距离。
在整个掘进过程中,除了上部较为松软的土层之外,还有较为坚硬的岩层段。在对岩层段进行施工时,高度关注钻进的速度以及气压。一般来说,钻进时的气压控制在9 MPa左右,具体钻进的速度则根据岩层的硬度以及钻机钻进的情况来定,以安全施工为前提。为了保证成孔的垂直,施工企业在进行钻机的选取时经过了多方面的考虑,最终选取了回旋钻机搭配金刚石钻头的方式,并且采用罗盘对钻杆随时进行观测校核。
经过上述改良的钻孔方案,在很大的程度上保证了成孔的质量,并且为后续灌浆的过程提供了保证。
2)浆体灌注工艺的改善方案。
在传统的施工工艺中,浆体灌注大多采用压力活塞式的注浆泵,使灌浆的压力保持在0.4 MPa~2 MPa之间,并且较多的使用水泥浆进行灌注。在浇筑的过程中,保证注浆量大于计算量,当浆液较少时,采用0.5 MPa左右的压力进行补浆,灌注完毕之后稳压2 min左右,使得补浆与之前的浆体充分的结合,增加锚杆与周边土壤的摩擦力。
在本工程中,施工企业在进行初钻试验之后发现采用传统的水泥浆进行灌注时效果并不理想,对水泥浆进行了改良,主要是在传统配比的基础上,外加早强剂与膨胀剂,使得灌注浆体的强度能够较为迅速、稳定的增长。由于膨胀剂的存在,浆体在孔洞中也能够产生一定的膨胀,增加了锚杆浆体与周围土层的结合力,从而增强了锚杆的整体强度。进行浆体的灌注时,不同的预应力筋所采用的灌注工艺不同。使用带套管的预应力筋时锚固端与自由端同步进行灌浆,而采用不带套管的预应力筋进行灌注时,一般先进行锚固端的浇筑,再进行自由端的浇筑过程。但是无论采用哪种方式进行灌注,在灌注的整个过程中不应该出现停顿。施工企业采用了测锤及计算的方法对灌注高度进行了测量,并且提前预留出锚杆自由端的长度,为后续施工做好了铺垫。
3)锚索工艺的改善方案。
传统施工工艺中,锚索的张拉设备一般是根据锚杆来进行选择。通过双控法来对锚索的拉长量进行校核,即通过控制拉力与伸长值来控制锚杆的应力。一般来说,锚杆在拉伸的过程中各项指标应该符合理论值,当实际值与理论值相差较大时应该立即停止拉伸并查明原因。
上述工程中,为保证锚索呈直线状态放进锚固浆体内,在进行浆体的浇筑之后马上进行锚索的安装工作,并且在整个下放锚索的过程中始终保持锚索处于悬挂状态,锚索在下放之前就进行调直,所以能够较好的保证锚索在下放到底之后可以保持直线的状态。当锚索下放完成之后,如果浆体有明显下降应该及时对浆体进行补充。而为了防止锚索在施工过程中发生伤人事件,施工企业制作了钢管搭建的安全井,有效的保证了施工现场人员的安全。
2.3 工艺改进效果
通过上述主要工艺相关环节的改良与改进,其效果是比较明显的。采用新工艺进行施工的预应力抗浮锚杆平均抗拉强度均大于设计要求强度,各锚杆在施工后均工作正常,锚杆所在的地下室未出现漏水、渗水的情况,经检测,其防水质量成功达到了一级标准,在很大程度上提高了预应力抗浮锚杆的抗拉能力,说明新工艺在小幅增加工程成本的前提下有效的提高了预应力抗浮锚杆的质量,在实际工程中值得参考并多加推广。
3 结语
预应力抗浮锚杆目前虽然在国内应用较为广泛,但是还存在许多问题,大部分问题反映在抗拉强度不够。本例中,通过对抗浮锚杆传统工艺的改进,特别是在钻孔、灌浆、锚索施工等相关工艺、工序流程中,采用改进或改良的方法,使预应力抗浮锚杆的抗拉能力有了大幅度的提高,保证了施工的效率与质量,而在此基础上并未增加太多的施工成本,说明对于预应力抗浮锚杆的施工工艺的改进是合理的。
参考文献
[1]林忠伟,刘新义,林达明.土层抗浮锚杆设计和工程实践[J].岩土工程技术,2013(3):141-146.
预应力锚杆 篇6
作为预应力让压均压锚杆, 就是通过锚固在岩体内的树脂与支护体外的托盘施加一定的预应力, 控制巷道围岩的早期变形, 消除顶板中的拉应力区, 将松动破裂的岩体锚固在上部未松动的岩层中。随着围岩的变形, 锚杆施加给围岩的力也越大, 而锚杆受到的围岩的反作用力也越大, 如果一味地增加锚杆的强度, 锚杆会很快被拉断, 这就需要锚杆具有一定的让压均压性, 在巷道围岩蠕变阶段锚杆能提供恒定的工作阻力, 以保护锚杆不被拉断失效, 从而起到维护巷道稳定的目的。
1 预应力锚杆在加固围岩的力学机制分析
首先, 运用线弹性理论的解析法, 着重分析在均匀、连续、各向同性岩体中的圆形洞室。预应力锚杆沿圆形洞室径向设置, 且沿轴向等间距布置, 分析计算在围岩中产生的附加应力, 然后, 将其推广到具有不同开挖曲率半径的洞室围岩, 得出预应力锚杆提供给围岩附加应力状态的普遍形式。
令R为洞室半径, L为预应力锚杆长度。如果锚杆所提供的预应力为T, 沿周向等间距布置n根锚杆, 则其在锚固围岩的内外边界上产生的附加径向压应力q及q'分别为:
该问题是轴对称平面应变问题, 在R≤r≤R1范围内其弹性力学解答为:
上述各表达式中, r为所研究平面内任一点的径向坐标, E为弹性模量, v为泊松比。根据径向应力以压应力为正而拉应力为负, 径向位移与分别为围岩的弹性模r方向相反为正。根据以上各式, 可以得出预应力锚杆提供给围岩的附加应力和附加位移的大致分布。锚固产生的附加应力基本上限于锚杆的有效长度范围, 这与圣维南原理相吻合, 对远离该锚杆的其它锚杆之处影响很小。因此, 当洞室开挖边界接近于圆弧状, 且用若干预应力锚杆等间距加固时, 锚固所产生的附加应力除接近锚固点处比较复杂外, 其余部分的分布则比较均匀。
2 预应力在锚杆加固围岩的作用分析
预应力在锚杆加固围岩时, 随地下工程地质条件的变化, 围岩的状态也变得更加复杂, 锚杆所要施加的预应力也不相同。预应力锚杆受力状态也随着围岩条件的变化而变化, 尤其是受动压和反复采动影响的回采巷道, 在不同的各种因素影响下会发生拉、剪、扭等力学现象。由于预应力锚杆的作用机制比较复杂, 很难用单一指标来衡量预应力锚杆的作用, 只能要根据具体的地质和采矿条件来分析其主要作用。预应力锚杆对围岩的加固作用主要有以下几个方面:
2.1 对围岩表面提供支护抗力, 改变了巷道开挖边界的约束性质, 达到控制围岩剪胀变形发展的目标。
预应力锚杆对围岩加固作用原理是利用钢材具有较高的抗拉强度和一定的抗剪强度加固围岩。随着巷道开挖的完成, 围岩的弹性变形和塑性变形即告结束, 要维护巷道空间的稳定, 必须通过一定的手段来限制围岩的进一步变形, 即剪胀变形的发展。在巷道开挖完成后, 及时根据具体的条件安装预应力锚杆, 通过预应力锚杆主动给围岩比较高的初撑力, 能够有效地阻止围岩剪胀变形的发展。这一点可以通过预应力锚杆的支护特征线得到很好解释。
2.2 加固围岩, 使破碎区及塑性区的岩体整体化, 充分调动围岩的自身承载能力, 使其形成具有较高承载能力的组合梁或组合拱。
由于普通锚杆没有预应力, 就像棚子支护一样, 属于被动支护, 只有当巷道围岩变形到一定程度时, 锚杆才起作用;相比普通的锚杆来讲, 预应力锚杆是在巷道掘进后立即安装锚杆, 并且在高预应力作用下尽可能使巷道围岩由开挖后的单向应力或双向应力状态变为开挖前的三向应力状态, 这种支护属于主动支护, 它能够尽可能快地控制顶板离层, 消除顶板的拉应力区, 利用锚杆的预应力将开挖后的软弱岩层挤压并悬吊在上方的稳定岩层之中。
在预应力锚杆的高预应力作用下, 对于破碎区的岩块, 一方面增大了岩块之间的裂隙闭合、滑移面上的摩擦力;另一方面, 由于锚杆是一种典型的异质包体, 它在岩体中起到了“销钉作用”, 增大了破坏面的抗剪强度, 相当于提高了破坏面的等效凝聚力。对于巷道顶板面临的典型的层状结构地层, 由于预应力锚杆的高预应力作用, 将巷道顶板锚固范围内的数个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层, 即成为一个组合梁, 其最大弯曲应变和应力均大大减小, 组合梁的挠度也较小。
在拱形巷道围岩的破裂区中安装预应力锚杆时, 在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力, 如果巷道周边布置锚杆群, 只要锚杆的间排距设置合理, 各个锚杆形成的压应力圆锥体将相互交错, 就能在岩体中形成一个均匀的压缩带, 即承压拱, 这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向载荷。在承压拱内的岩石径向及切向均受压, 处于三向受力状态, 其围岩强度得到提高, 支撑能力也相应加大。
2.3 改善围岩应力场, 强化围岩体的力学参数, 提高围岩的稳定性, 增大围岩体残余强度。
井下巷道的开挖后, 开挖边界附近围岩的应力状态向不利于稳定的方向转化, 应力方面表现为由原来的主应力差值较小转化为主应力差值较大, 改变了围岩的原始应力状态。在这种应力状态的转化过程中, 开挖边界附近围岩产生一定的塑性区, 并向约束最弱的方向产生塑性松动。这种塑性松动导致围岩体的力学性质发生变化, 使得弹性模量E、粘聚力c、残余粘聚力c'、内摩擦角φ及峰值强度与残余强度均有不同程度的降低。在围岩中设置预应力锚杆后, 将在围岩中产生附加的锚固应力, 尤其在锚杆群作用下, 围岩又变成了三向应力状态。由于岩石的抗压强度远大于其抗拉强度, 可通过调整围岩的应力状态来有效地提高围岩的稳定性。
2.4 阻止结构面的滑移, 提高其抗剪能力和抗滑能力, 增加围岩的稳定性。
岩体中一般均有结构面 (如节理面等) , 结构面对岩体的强度、变形性能、渗透性、各向异性、力学上的连续性, 以及岩体中应力分布等, 均有显著的影响。一般来说, 结构面是影响岩体力学问题的一个控制性因素。开挖后的围岩, 由于其主应力差较大, 节理面对其稳定性起控制作用。为了使围岩不沿节理面产生滑移, 最有效的方法之一就是在其中设置预应力锚杆。
2.5 改善围岩体的受力状态以及围岩应力场。
关于预应力锚杆对巷道围岩应力场的改善机制, 由于模型试验和现场观测均存在较大困难, 国内外的研究者比较少。根据弹塑性力学理论, 巷道开挖后, 围岩将产生二次应力分布, 应力重新分布的结果将使巷道四周围岩的径向应力减小, 切向应力增大, 这种应力分布状态将导致巷道围岩产生压剪破坏。在锚杆预应力的作用下, 围岩的径向应力得到显著的提高, 径向应力的增大使应力分布趋于均匀, 应力集中减缓, 围岩的二次应力分布得以改善, 从而提高了岩体的承载能力。
3 结束语
总之, 开挖后的围岩一般是不稳定的, 要使其保持稳定, 必须改善围岩中的应力状态及开挖边界的约束性质, 行之有效的方法之一, 就是在围岩中设置预应力锚杆, 在围岩中产生有利于围岩稳定的应力状态及约束条件。
摘要：锚杆支护的实质就是锚杆和锚固区域的岩体相互作用而组成锚固体, 形成统一的承载结构。巷道围岩锚固体强度提高以后, 可以减少巷道周围破碎区、塑性区的范围和巷道的表面位移, 控制围岩破碎区、塑性区的发展, 从而有利于保持巷道围岩的稳定。
关键词：巷道支护,围岩稳定性,松动圈,塑性变形,支护阻力,二次应力分布
参考文献
[1]陈炎光, 陆士良, 侯朝炯.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1994.
预应力锚杆 篇7
煤矿巷道支护主要有两种支护形式,利用U形棚的高强度、高刚度巷道支护属于被动支护,它最大的缺点是没有利用围岩自身的稳定性能,利用围岩自身稳定性的锚网喷支护作为一种主动支护手段,大大不同于传统“被动”式支护,其主动支护的优越性已被广大设计人员认可。
如近年来,在煤矿支护技术中,锚杆+锚索支护结构以其效果好、适应性强和施工简便等特点,在煤炭行业得到广泛应用。在锚杆支护机理研究中,对锚杆作用机理已有不少研究。预应力锚杆锚固技术大大改善了支护结构的受力条件,充分利用了围岩自身稳定性能,不仅减轻了结构物本身自重、节省了工程材料,更重要的是锚杆与巷道岩体在一起形成统一的复合体。在巷道稳定方面起着以下作用:1)减小巷道塑性圈、松动圈范围:直接对围岩表面施加了面力作用,理论表明巷道塑性圈明显减小;2)锚固作用:改善岩土体本身的物理力学性质和潜在塑性圈的强度指标。
由于煤矿巷道岩体的复杂性,对于预应力锚固机理、锚固后巷道岩体力学性状及锚杆预应力引起的巷道岩体的强度等问题,目前有许多文献进行了研究和探讨。但到目前为止,关于巷道支护中,锚杆预应力的损失机理研究鲜有报导,本文针对煤矿巷道锚杆对其预应力损失进行分析。
1 预应力损失值分析
1.1 张拉端锚具变形和锚杆钢筋内缩
预应力直线锚杆钢筋在张拉时,由于受锚杆钢筋晶体结构的内力作用,将会产生锚杆钢筋内缩,从而产生预应力损失。张拉时锚固端即扭矩扳手段受扭矩作用将不可避免的产生变形,进而带来锚杆预应力损失。
1.2 预应力锚杆的摩擦
预应力锚杆的摩擦包括两个方面:1)预应力锚杆与树脂药卷、孔道壁之间的摩擦,煤矿预应力锚杆主要是通过施加扭矩来安装,安装过程中,必然会与树脂药卷、孔道壁产生摩擦,因此需要耗散一部分能量,根据能量守恒原则,预应力将损失。2)预应力锚杆与转向装置处的摩擦,扭矩扳手安装时,根据摩擦力产生定理,接触面受法向力作用,且有相对运动的趋势,即预应力锚杆与转向装置处接触面将产生摩擦力从而消耗能量,预应力产生损失。
1.3 预应力锚杆张拉时,张拉段锚杆与端锚段锚杆之间温差
煤矿巷道锚杆一般采取端锚,预应力锚杆安装时,端锚段锚杆受摩擦力作用,产生热量,从而张拉段与端锚段产生温差,不同的温差引起钢筋变形,变形导致锚杆受力变化和预应力损失。
1.4 预应力锚杆的应力松弛
由于锚杆材料在巨大的初始预应力作用下也会发生变形,从而产生应力松弛损失。研究表明,不同型号类型的钢材,具有不同的松弛损失值,但均具有以下特点:应力松弛损失的大小与张拉应力的大小有关,张拉应力越大,松弛损失就越大;松弛损失在张拉后初期几分钟发展最快,在24 h后完成约80%,大约20 d以后,基本上不再发展;若短时间内把钢材超张拉一下,并相应的持荷一段时间,然后回到原来的张拉值,则可以大大减少钢材的应力松弛损失。
1.5 岩体的蠕变
高地应力条件下浅部十分普通的岩石可能表现出软岩的特征,即易变形并具有一定的延性、蠕变性,岩体蠕变是锚固预应力损失的主要来源。由于岩体本身的不连续性和各向异性的存在,受荷区的岩体内部结构各个组成单元在应力作用下将产生塑性压缩或相对变位,这些变位是随时间而变化的,这就是岩体的蠕变。锚杆在张拉过程中,张拉荷载通过托盘和锚固段传递到岩体中,使锚杆张拉范围内的岩体处于受压状态,由于岩体的结构面和裂隙的闭合作用,使施加预应力初期,岩体的压缩变形显著增加,导致锚固力迅速减小,随着时间的增长,结构面和裂隙的闭合作用效应明显降低,而岩体的蠕变变形将引起锚杆锚固力的变化。由岩体的变形导致的锚固力损失一般在7 d内呈现明显的变化,尔后出现缓慢的变化(见图1)。岩性不同,蠕变引起的预应力损失值也不同。对坚硬的岩石,蠕变比较小,预应力损失值也就小;在软弱围岩中,由于预应力压缩围岩产生较大变形,相应的预应力损失值就大。
1.6 其他外部因素
施工爆破产生的冲击荷载引起围岩松动,强度降低,水的影响引起围岩力学性能产生变化,以及托盘处岩体局部受压,岩体将由二向应力状态下转变为三向受力状态,岩体强度将产生明显变化,最终这些因素将导致预应力损失。在巷道围岩的持续变形过程中,锚固剂界面也将经历弹性变形、滑移变形及脱粘摩擦变形阶段,在此过程中,锚杆锚固力也将呈现一定的变化。
2 锚杆预应力控制对策
2.1 增加扭矩
采用扭矩扳手施加的扭矩一般在200 N·m左右,采用气动锚杆安装机扭矩可以达到400 N·m,施加的初始预应力越大,相应的锚固效果越好。
2.2 扩大托盘面积
大面积托盘主要是扩大锚杆作用于围岩表面的分布载荷面积,改善围岩的应力状态,从而增强锚杆支护效果,提高围岩整体强度,减少围岩变形破裂。
2.3 二次施加扭矩
由于锚杆预应力安装时存在瞬时损失,树脂强度达到预定值需要一定凝固时间,因此采用二次加扭能使锚杆达到预期支护效果。
2.4 滚压高强度锚杆
外端螺纹部采用滚压加工新工艺,强度基本无损失,从而钢筋内缩预应力损失将减小,采用高强度的锚杆杆体材料,预应力施加值将增加,支护效果更加显著。
3 工程实例
3.1 工程地质概况
淮南矿业集团某矿水平13槽煤底板运输巷,主要岩性以粉细砂岩为主,有薄层泥岩、砂质泥岩、粉细砂岩。在该底部运输巷进行高强预应力锚杆支护试验施工,试验巷道长150 m左右。
3.2 支护方案
采用钢筋网+喷射混凝土+预应力锚杆支护,巷道表面考虑钢筋网及喷射混凝土综合作用产生的法向应力取0.1 MPa,预应力锚杆布置采用全断面均匀布置,在墙角处两侧各布置一排锚杆,在直墙及半圆拱均匀布置,锚杆布置间排距0.8 m×0.8 m,锚杆直径22 mm,长度2 500 mm,锚杆预应力为18 kN,预应力锚杆的锚固方式介于全长锚固和端锚之间,自由段0.9 m,锚固段1.6 m,托盘150 mm×150 mm。
3.3 监测结果
预应力锚杆锚固力监测曲线见图2。采用气动锚杆安装机二次加扭,锚杆初锚力到18 kN。从监测结果可以看出,在施加预应力前几天,预应力损失值较快;锚固力在0 d～100 d成线性增加,然后缓慢增加趋于稳定。
4 结语
监测表明,岩体变形是引起锚固力损失的主要因素,而施工过程中的张拉及锁定是造成锚固力瞬时损失的因素。
与扭矩扳手相比,采用气动锚杆安装机能极大提高施加在锚杆的预应力值,从而改善岩体的力学性质,因此对巷道的稳定性作用明显增加。
二次加扭对减小锚杆预应力瞬时损失有明显的作用,能达到预期施加的预应力值。
摘要：工程实践表明,煤矿巷道的高强预应力锚杆存在显著的预应力损失问题,并对其产生的原因进行了详细分析,提出了解决问题的办法,以达到设计所要求的张拉锁定值,经过工程验证,达到了预期的支护效果。
关键词：煤矿巷道,锚杆,预应力损失,控制对策
参考文献
预应力锚杆 篇8
在山区高陡边坡覆盖层较薄的区域, 工程建设中, 覆盖层往往整体塌滑, 造成岩体裸露。随着我国‘绿化建设’力度的加大, 岩石边坡的绿化问题已提上日程, 并成为大势所趋, 工程边坡覆土绿化问题是摆在工程建设者面前的一大课题。
近几年, 工程界提出了多种生态恢复工程, 但没有足够的土壤和养份, ‘一年青, 两年黄, 三年死光光’的现象经常出现。近年来, 一种新的阻滑结构-垂直预应力锚杆挡墙在边坡治理中得到了广泛应用, 在固土绿化工程中取得了良好的效果。
二、垂直预应力锚杆挡墙简介
垂直预应力锚杆挡墙由圬工墙身和预应力锚杆组成。它借助于锚杆预应力对墙身施加的压力, 代替墙身圬工的重量, 从而减少墙身的断面尺寸。垂直预应力锚杆挡土墙具有节省圬工、造价低廉和施工简便的优点, 适用于墙身所受推力较大的岩石地基和挡土墙变形需要严格控制的地段。锚杆的预应力也可增大滑面或破裂面上的静摩擦力。
目前, 垂直预应力锚杆挡墙应用前景十分广阔, 它可广泛应用于公路、铁路、矿山、水利等工程, 治理高陡边坡覆盖层较薄的区域和固土绿化都具有良好的效果。例如:大广高速新县互通匝道高边坡防护、重庆人民广场下穿道工程防护、福建省高速公路扩建工程路堑边坡防护、广东清远市107国道边坡防护都使用了垂直预应力锚杆挡墙, 各方面都取得了非常好的效果。
三、预应力锚杆挡墙在工程中的应用
1工程概况
忠武输气管道是中石油从渝东向华中地区输送天然气的一条国家重点线路工程, 管线总长1345km, 工程于2004年12月初主体工程竣工, 随即管道投入运行。
管线所经渝东鄂西山区K045+125~305段地势陡峭, 属于中低山地貌, 输气管道垂直于等高线敷设, 管沟内砌浆砌石挡土坎覆土盖压厚度约1.2m。2007年4月, 由于连降暴雨, 边坡坡面覆盖层整体顺基岩面下滑, 造成管道外露长达47m, 部分管道保护层被撕裂, 覆盖层内浆砌石挡土坎多处损坏、滑移。坡面的塌滑严重影响了输气管道的安全, 急需进行治理。
根据工程地质钻探结果表明:工程区地层主要为第四系松散堆积层 (Q) 和侏罗系泥岩 (Cr) , 第四系松散堆积物物质成分主要是赫红色粘土夹少量碎块石。
2设计方案
平行于等高线间距每5米分梯级设置垂直预应力锚杆挡土墙, 挡墙间挂三维网植草绿化。挡土墙设计墙高4.0m, 其中基础嵌入基岩0.2m。墙顶设压顶梁, 压顶梁断面尺寸0.5m×0.4m。
沿挡墙长度方向间距为1.0m布置预应力锚杆, 锁定在压顶梁上, 锚固段长度 (进入中分化基岩内) 2.0m, 总长度7.0m, 锚杆采用φ20HRB335螺纹钢, 钻孔孔径75mm, 灌注M30水泥砂浆, 单根锚杆设计施加预应力100KN。
垂直预应力锚杆挡墙在滑坡推力荷载或土压力荷载作用下, 应满足抗滑、抗倾覆、抗剪以及地基稳定性等方面的要求。为此, 依据如图1所示的垂直预应力锚杆挡墙结构计算简图, 验算其稳定性。
作用在单位长度锚杆挡墙上的荷载有:滑坡推力E、墙体自身重力G、预应力荷载N、基底摩擦阻力F。
式中, δ为滑坡推力作用线与水平线的夹角;Ea为地震惯性力。
总的抗滑阻力即基底摩擦阻力为:
式中, μ为基底摩擦系数, 不同土层对挡土墙基底的摩擦系数可按建筑地基基础设计规范表6.6.5-2选取, 特殊情况下可通过现场摩擦试验确定。
锚杆挡墙的抗滑稳定性安全系数为:
式中, [F]为预应力锚杆的抗剪断强度;
计算结果Kc=1.69, 满足规范要求Kc大于1.3。
抗倾覆稳定性:
式中, ZG为墙体重力对墙趾力臂。ZN为预应力荷载对墙趾的力臂;B为抗滑挡墙基础宽度;Zx为滑坡推力的水平分量对墙趾的力臂。
计算结果抗倾覆稳定性系数K0=2.12, 满足规范要求大于1.6;
作用在基底合力的法向分量对墙趾的力臂:
合力偏心矩为:
作用在基底的法向应力为:
因此, 垂直预应力锚杆挡墙基础底面的压力:
式中, σ为基底平均压应力;σmax为基底最大压应力;f a为地基承载力特征值, 均满足规范要求。
墙体抗剪验算:
式中, fc、fh、fg分别为墙体抗剪断强度、锚杆孔灌浆材料抗剪强度以及钢筋抗剪断强度;Ac、Ah、Ag为滑坡推力作用点处抗滑挡墙净截面积、锚杆孔灌浆材料截面积以及钢筋截面积。
计算预应力锚杆挡墙墙体抗剪断安全系数K满足规范要求;
如果考虑地下水压力以及地震荷载的影响, 可以用于地震区以及地下水丰富地区的边坡治理工程。
四、边坡治理效果
工程采用垂直预应力锚杆挡墙, 增加了覆盖层的厚度, 保证了输气管道的安全。工程坡面土壤丰厚, 植草绿化效果显著, 与周边环境充分协调, 实现了生态环境的可持续发展。
五、结论
采用一种新的阻滑结构-垂直预应力锚杆挡墙对边坡进行治理, 通过工程实践, 验证其优越性。
1充分发挥锚杆的优点, 能显著提高普通挡土墙的抗滑稳定性、抗倾覆稳定性以及抗剪断能力;
2能大幅度降低边坡整治的投资, 具有非常明显的经济效益, 相比普通抗滑桩或者挡土墙可节约工程造价20%以上;
3可以用于大中型不稳定边坡的整治, 极大地拓展了普通挡土墙的适用范围;
4垂直预应力锚杆挡墙可实现陡峭边坡无法实现的绿化, 美化环境, 达到综合治理的目的。
参考文献
[1]李海光等.2004.新型支挡结构设计与工程实例.人民交通出版社;
[2]吴长文等.2007.裸露山体缺口生态治理.科学出版社;
[3]林宗元.2006.岩土工程治理手册.中国建筑工业出版社;
[4]杨位氵光等.2001.地基与基础.中国建筑工业出版社;
预应力锚杆 篇9
江门新国际丽宫酒店位于江门城市中心区东华二路28号, 其东侧为原有的丽宫酒店, 南侧为东华二路, 西侧为建设用地, 北面为养桂鱼塘, 建筑场呈不规则的多边形, 占地面积达6572平方米, 楼总高为21层, 设两层地下车库, 地下室基坑开挖深度为-8.4米。基坑周边南面是街道, 供电、供水、电信等管线较多复杂, 东面原有建筑物为12层。
2 地质勘察情况
基坑地层自上而下:人工填土和冲积土层包括:素填土 (厚2.10～4.3米) 、粘土 (厚为0.9～2.8米) 、淤泥 (厚5.20～9.70米) 、粉质粘土 (厚0.8～14.40米) 、强风化片岩 (厚1.00～17.70米) 、中风化片岩 (厚1.20～4.70米) 、微风化片岩 (1.10～5.50米) 。
3 设计情况
根据新国际丽宫酒店的土层类型和使用要求, 设计采用二次注浆型锚索, 用3×7φ5高强度钢绞线作预应力锚索杆体, 钻机成孔, 成孔直径为150mm, 锚索长度有20和21米两种, 后根据实际地质情况, 长度修改为20m、22米、24米三种规格注浆, 成孔后放置钢绞线杆体, 采用两次注浆工艺 (其中第二次为高压注浆) , 采用P.0.32.5R普硅水泥, 并添加适应早强或速凝剂, 锚索浆体强度不低于25Mpa, 水灰比为0.5, 待注浆体强度大于75%以上进行张拉锁宇腰梁上, 本工程使用锚索的目的使得锚索锚入稳定土 (岩) 体中, 外端与支护结构联结维护基抗稳定性。深基坑支抗的锚索与排桩共同作用。锚索由锚固段、自由段、锚头三部分组成, 其中锚固段系用水泥浆将锚筋与土体粘结在一起形成锚杆的锚固体。
4 锚杆施工的监控工作
(1) 该工程在整个基坑支护及基础施工中对基坑、道路边市政给水、排水管进行严密的监测。沿基坑边设置3个水位观察孔、在整个基坑顶端设置15个观察点、委派专业测量员每天进行测量记录。
(22) 施工前的监控, 需要做如下四方面的审查工作: (1) 锚杆施工前的准备工作, 在设计交底和现场勘察的基础上, 应审查施工方提交的完整的施工组织设计方案, 包括施工平面图、剖面图、钻孔成孔方法和设备选型, 锚杆制作和安装, 注浆设备, 浆体制作和注浆方法, 张拉锁定设备和方法, 施工计划进度网络图, 劳动力的组织情况、质量保证和安全措施; (2) 施工前应认真检查原材料品种、型号、规格及锚杆各部件的质量, 并检查施工方提交的原材料的主要性能的检验报告是否齐全; (3) 施工测量放样的检查:检查施工方定出锚杆的孔位是否在如下设计规定的偏差范围内:孔距水平方向允许偏差为±100mm, 垂直方向允许偏差为±50mm, 钻孔倾斜度允许偏差为3%, 因此孔深应超过锚杆设计长度的0.5～1.0米; (4) 检查张拉设备是否符合要求。 (5) 检查浆体的配合比以及注浆压力表是否符合设计要求; (6) 检查锚筋的规格和质量是否符合设计要求。
(3) 施工中的监控: (1) 首先作成孔检验, 一般设计的锚杆对钻孔深度锚固长度设计图均有规定。但由于地质与勘察报告与实际施工有所变化, 对上述要求, 监理人员必须在现场旁站监控, 根据钻孔过程中排出的水和颜色、沉渣物和岩体颗粒进行初定岩土的实际情况, 因为成孔终点所到之处距本建筑物位置尚有20余米, 地质勘察报告未包括该部分, 土质可能会发生变化, 因此其岩土适宜采用现场采样办法判断并参照新建工程所提供的地质勘察报告进行对比, 最后由勘察、设计人员判断, 根据判定的资料, 即时绘出成孔的地质柱状图。议定了实施方案后, 还要先试做实验, 为了检验其方案的可行性, 需要通过检验其结果是否已满足设计要求, 方可全面实施, 也是作为一种预控措施, 回避风险, 减少不必要的损失, 所以要求施工先试做一支锚杆, 依据实际施工情况来确定锚杆的实际长度。 (2) 锚杆成孔后, 监理旁站人员应全过程做好以下工作:a、成孔深度验收后, 复验锚索长度, 包括该锚索的自由段及锚固段的长度, 安装 (送入钻孔内) 位置是否准确, 孔深应超过锚索设计长度0.50m, 自由段套塑料管是否扎牢, 锚固段定位准确与否, 锚索插入孔内是否超深。b、本基坑支护锚杆是采用二次高压注浆的, 对于第一次注浆后, 该杆体强度到达多少后开始第2次高压注浆, 一般是经过注浆工艺试验确定, 但是本工地不具备条件试验, 因此只能根据施工经验结合有关资料确定为第一次注浆强度达到4.50MP a～5MPa后进行高压注浆, 注浆压力控制在4Mpa, 实验证明效果良好。c、锚固体达到设计强度的75%时, 就对锚杆进行张拉, 旁站人员对张拉前必须严格检查油压泵、表的定期检验证明文件, 型号配套与否, 并对锚杆承压板, 腰梁混凝土龄期等的技术性能必须满足现行规范的要求, 并作好安全措施, 才能同意施工单位进行张拉。d、锚杆张拉过程中, 监理旁站必须掌握:张拉荷载时间的位移值检查及锚索的锁定 (按设计规定锁定预拉力) , 上述工作一般要2个旁站人员, 一边监控各种仪表的操作运行, 数字正确与否, 另一边监控张拉过程及持荷时间的位移植, 然后进行各种稳蔽签认。加荷等级及观测时间如表1所示。
施工后的观测工作:观测原定的观测位移点的十五次观测的数据, 情况统计如表2所示。
结果表明:jc9、jc10水平位移较大, 且接近二级支护工程安全等级警戒线 (位移42mm) , 监理工程师立刻书面通知施工单位, 注意该两点的发展趋势和高度重视其变化规律, 并要求施工单位采取如下措施: (1) 增加观测次数, 遇到异其气候变化, 下雨时, 检测频率加大; (2) 为预防突发事件发生, 做好应急计划和有效措施, 保证基抗支护的安全性; (3) 每次观测数据及时知会监理及建设单位, 提供的信息要准确 (含增加观测的数据) ; (4) 对邻近的建筑物 (原丽宫酒店和长怡阁) 加强沉降观测, 及时汇报沉降值和沉降速率, 以达到万无一失的目的。
5 结语