摘要:介绍了拉力分散型锚索的构造受力特点,并结合工程实例,简述了该新型锚索在地铁不对称受力深基坑施工中的应用。
Abstract:This paper introduced the force feature of the dispersion-type pre-stressed anchor cable structure, combined with project example, and brief description the application of new anchor locked in the subway asymmetric force deep foundation construction
关键词:深基坑;预应力锚索;张拉;地铁
Key words:deep foundation pit;pre-stressed anchor cable;tension;metroline
中图分类号:U231 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)01-0234-01
1发展概况
目前荷载分散型预应力锚索(包括拉力分散、压力分散、拉压分散型)在高大边坡、坝基及大型地下洞室围岩加固工程中得到了广泛应用,特别是在大型水利工程中已成功研制6000KN级YKD张拉千斤顶及相应的锚夹具,新型GYM系列锚索,完善了锚索深孔钻探技术及分组张拉预应力锚索技术。
2受力特点
普通拉力型锚索的束体是等长的,东直门站原设计的锚索为带扩大端头的预应力锚索,该类型的锚索荷载是依靠内锚段束体与浆体相接触界面上的剪应力(粘结应力)由内锚段上部向其底部传递。工作时在内锚段上部浆体中,拉应力集中,并沿深度方向衰减。
拉力分散型锚索又称为内锚段分层固结式锚索,是将预应力钢绞线分为数组,并被分层固结在锚孔不同深度处,同组的预应力钢绞线彼此等长,不同组的钢绞线不等长;然后将各组钢绞线末端按设计长度锚固在土体或岩体中。当孔内注浆后,预应力通过钢绞线与浆体粘结力传递给加固体,从而提供锚固力。
3工程实例
北京市轨道交通机场线东直门站D区为明挖五层三跨框架结构,基坑深度28m。基坑北侧为在建东华广场(基坑已开挖16m),南侧为交通主干道东直门外大街,西侧为既有城铁13号线站后折返线,施工环境复杂,施工风险极大。
基坑支护参数:围护桩采用C25钢筋砼灌注桩,直径1000mm,桩间距1500mm,嵌入深度8m。为有效解决深、大基坑不对称受力情况,基坑南侧采用拉力分散型预应力锚索。
4主要施工工艺
锚索基本施工工艺:施工准备→钻孔→锚索制作→穿索→注浆→张拉锁定。
4.1 钻孔锚索施工紧接基坑土方开挖进行,基坑土方开挖采取分层开挖,当每层土方开挖至锚索孔位下0.5m左右高程时,平整开挖面后即移动钻机就位进行钻孔作业。该工程采用德国HD90锚杆钻机,钻机采用套管跟进水冲法作业工艺施工,机内配置高压泵及可冲击钻头,土壤在高压水冲击钻头及推进力的作用下冲散成孔,泥浆及水沿套筒周边涌出,反复冲击,形成扩大头锚杆,能更有力地保证锚索的支撑作用。
锚索钻孔直径150mm,锚索钻孔间距水平方向允许偏差为±10mm,垂直方向允许偏差为±50mm,钻孔倾斜允许偏差为3‰,孔深应超过锚索设计长度0.5～1.0m,终孔后清孔要彻底,并立即插入锚索灌注水泥浆。采用套管跟进水冲法作业的特点是施工时受地质变化影响较小,成孔速度快,一般土层成孔时间为2h(钻孔30m),不足之处是施工时需水量大,须做好排水工作。
4.2 锚索制作与下放锚索用4?准15.2钢绞线制作,每根钢铰线长度误差小于50mm,锚固段每隔2.0m设一个固定环,用绑扎丝绑扎牢固。锚索自由段套入塑料管保护,两端采用塑料胶带进行封口,防止漏入水泥浆。
4.3 注浆为了提高锚索受力,一次注浆与二次注浆都使用纯水泥浆,水灰比为0.45~0.5,水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。锚索注浆分为一次注浆和二次劈裂注浆两个阶段。
一次注浆:由孔底开始注浆,当孔口冒出的水泥浆与新浆相同时,再继续注浆2分钟即可;拔出一节套管,在管内注满水泥浆,并在管口加盖高压注浆帽,继续注浆,管内水泥浆在高压作用下,向锚固端土壤扩散,渗透压缩周边土体,稳定2分钟后卸管,再拨出一节套管,并继续上述过程,直至拔管至自由段时停止二步注浆,继续拨管至完成。二次劈裂注浆:二次注浆为劈裂注浆,注浆压力一般为2.5～4.0MPa,其目的是再次向锚固区段注浆,浆液在高压下被压入孔内壁的土体中,使锚索能牢固地锚入岩层。压浆管为胶管,在制作钢绞线时绑扎在钢绞线中。施工中为了使二次注浆达到设计的效果,在一次注浆中必须使锚固段注浆饱满。
4.4 张拉锁定荷载分散型锚杆的张拉锁定有两种方式,即等荷载张拉和等位移张拉。通常采取等荷载张拉。
锚固体的强度大于15MPa且达到设计强度70%时,可进行锚索张拉锁定。本明挖基坑锚索张拉的时间定为二次注浆后7天进行张拉。拉力分散型预应力锚索采用等荷载张拉,张拉前应进行10%预张拉,有效减缓张拉过程中的受力不均匀和预应力损失。当分级张拉至110%时卸荷锁定为设计预加力。
5锚索基本试验及抗拔力验收试验
对锚索进行基本试验和抗拔力试验,以确定锚索的极限承载力,掌握锚索体在不同凝固期(3天、7天、14天)抵抗破坏的安全程度,锚杆基本试验是锚杆性能的全面试验,目的是确定锚杆的极限承载力和锚杆参数的合理性,为锚杆设计、施工提供依据。锚杆基坑试验采用的地层条件、杆体材料和参数必须与工程锚杆相同,且试验数量不应少于3根,锚杆极限抗拉试验加载应采用分级循环加载。
6总结
为了掌握锚索在实际工作中的受力状态,并检验锚索的施工质量,东直门站地铁深基坑中在每排锚索中设置了三个锚索测力计。经过长时间的观测结果显示,锚索自施工至主体结构施工6个月中,锚索受力性能良好,蠕变量小,说明本次锚索施工是成功的,锚索施工质量达到了设计要求,保证了本深基坑工程施工的安全。
参考文献:
[1]CECS 22:2005 ,岩土锚杆(索)技术规程[S].北京:中国计划出版社,2005.
[2]中冶集团建筑研究总院建筑工程检测中心.东直门站基坑支护锚杆抗拔力检测报告[R].2006.
[3]黄武科.拉力分散型锚索在碎裂岩体边坡中的适用性研究文集[J].科技资讯,2008,24.
[4]田裕甲.压力分散型与拉力型锚索的比较――再论新型锚索结构系列及工程应用[J].OVM通讯,2002(3).
[5]彭振斌.锚固工程设计计算与施工[M].武汉:中国地质大学出版社,1997.
摘要:介绍了拉力分散型锚索的构造受力特点,并结合工程实例,简述了该新型锚索在地铁不对称受力深基坑施工中的应用。
Abstract:This paper introduced the force feature of the dispersion-type pre-stressed anchor cable structure, combined with project example, and brief description the application of new anchor locked in the subway asymmetric force deep foundation construction
关键词:深基坑;预应力锚索;张拉;地铁
Key words:deep foundation pit;pre-stressed anchor cable;tension;metroline
中图分类号:U231 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)01-0234-01
1发展概况
目前荷载分散型预应力锚索(包括拉力分散、压力分散、拉压分散型)在高大边坡、坝基及大型地下洞室围岩加固工程中得到了广泛应用,特别是在大型水利工程中已成功研制6000KN级YKD张拉千斤顶及相应的锚夹具,新型GYM系列锚索,完善了锚索深孔钻探技术及分组张拉预应力锚索技术。
2受力特点
普通拉力型锚索的束体是等长的,东直门站原设计的锚索为带扩大端头的预应力锚索,该类型的锚索荷载是依靠内锚段束体与浆体相接触界面上的剪应力(粘结应力)由内锚段上部向其底部传递。工作时在内锚段上部浆体中,拉应力集中,并沿深度方向衰减。
拉力分散型锚索又称为内锚段分层固结式锚索,是将预应力钢绞线分为数组,并被分层固结在锚孔不同深度处,同组的预应力钢绞线彼此等长,不同组的钢绞线不等长;然后将各组钢绞线末端按设计长度锚固在土体或岩体中。当孔内注浆后,预应力通过钢绞线与浆体粘结力传递给加固体,从而提供锚固力。
3工程实例
北京市轨道交通机场线东直门站D区为明挖五层三跨框架结构,基坑深度28m。基坑北侧为在建东华广场(基坑已开挖16m),南侧为交通主干道东直门外大街,西侧为既有城铁13号线站后折返线,施工环境复杂,施工风险极大。
基坑支护参数:围护桩采用C25钢筋砼灌注桩,直径1000mm,桩间距1500mm,嵌入深度8m。为有效解决深、大基坑不对称受力情况,基坑南侧采用拉力分散型预应力锚索。
4主要施工工艺
锚索基本施工工艺:施工准备→钻孔→锚索制作→穿索→注浆→张拉锁定。
4.1 钻孔锚索施工紧接基坑土方开挖进行,基坑土方开挖采取分层开挖,当每层土方开挖至锚索孔位下0.5m左右高程时,平整开挖面后即移动钻机就位进行钻孔作业。该工程采用德国HD90锚杆钻机,钻机采用套管跟进水冲法作业工艺施工,机内配置高压泵及可冲击钻头,土壤在高压水冲击钻头及推进力的作用下冲散成孔,泥浆及水沿套筒周边涌出,反复冲击,形成扩大头锚杆,能更有力地保证锚索的支撑作用。
锚索钻孔直径150mm,锚索钻孔间距水平方向允许偏差为±10mm,垂直方向允许偏差为±50mm,钻孔倾斜允许偏差为3‰,孔深应超过锚索设计长度0.5～1.0m,终孔后清孔要彻底,并立即插入锚索灌注水泥浆。采用套管跟进水冲法作业的特点是施工时受地质变化影响较小,成孔速度快,一般土层成孔时间为2h(钻孔30m),不足之处是施工时需水量大,须做好排水工作。
4.2 锚索制作与下放锚索用4?准15.2钢绞线制作,每根钢铰线长度误差小于50mm,锚固段每隔2.0m设一个固定环,用绑扎丝绑扎牢固。锚索自由段套入塑料管保护,两端采用塑料胶带进行封口,防止漏入水泥浆。
4.3 注浆为了提高锚索受力,一次注浆与二次注浆都使用纯水泥浆,水灰比为0.45~0.5,水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。锚索注浆分为一次注浆和二次劈裂注浆两个阶段。
一次注浆:由孔底开始注浆,当孔口冒出的水泥浆与新浆相同时,再继续注浆2分钟即可;拔出一节套管,在管内注满水泥浆,并在管口加盖高压注浆帽,继续注浆,管内水泥浆在高压作用下,向锚固端土壤扩散,渗透压缩周边土体,稳定2分钟后卸管,再拨出一节套管,并继续上述过程,直至拔管至自由段时停止二步注浆,继续拨管至完成。二次劈裂注浆:二次注浆为劈裂注浆,注浆压力一般为2.5～4.0MPa,其目的是再次向锚固区段注浆,浆液在高压下被压入孔内壁的土体中,使锚索能牢固地锚入岩层。压浆管为胶管,在制作钢绞线时绑扎在钢绞线中。施工中为了使二次注浆达到设计的效果,在一次注浆中必须使锚固段注浆饱满。
4.4 张拉锁定荷载分散型锚杆的张拉锁定有两种方式,即等荷载张拉和等位移张拉。通常采取等荷载张拉。
锚固体的强度大于15MPa且达到设计强度70%时,可进行锚索张拉锁定。本明挖基坑锚索张拉的时间定为二次注浆后7天进行张拉。拉力分散型预应力锚索采用等荷载张拉,张拉前应进行10%预张拉,有效减缓张拉过程中的受力不均匀和预应力损失。当分级张拉至110%时卸荷锁定为设计预加力。
5锚索基本试验及抗拔力验收试验
对锚索进行基本试验和抗拔力试验,以确定锚索的极限承载力,掌握锚索体在不同凝固期(3天、7天、14天)抵抗破坏的安全程度,锚杆基本试验是锚杆性能的全面试验,目的是确定锚杆的极限承载力和锚杆参数的合理性,为锚杆设计、施工提供依据。锚杆基坑试验采用的地层条件、杆体材料和参数必须与工程锚杆相同,且试验数量不应少于3根,锚杆极限抗拉试验加载应采用分级循环加载。
6总结
为了掌握锚索在实际工作中的受力状态,并检验锚索的施工质量,东直门站地铁深基坑中在每排锚索中设置了三个锚索测力计。经过长时间的观测结果显示,锚索自施工至主体结构施工6个月中,锚索受力性能良好,蠕变量小,说明本次锚索施工是成功的,锚索施工质量达到了设计要求,保证了本深基坑工程施工的安全。
参考文献:
[1]CECS 22:2005 ,岩土锚杆(索)技术规程[S].北京:中国计划出版社,2005.
[2]中冶集团建筑研究总院建筑工程检测中心.东直门站基坑支护锚杆抗拔力检测报告[R].2006.
[3]黄武科.拉力分散型锚索在碎裂岩体边坡中的适用性研究文集[J].科技资讯,2008,24.
[4]田裕甲.压力分散型与拉力型锚索的比较――再论新型锚索结构系列及工程应用[J].OVM通讯,2002(3).
[5]彭振斌.锚固工程设计计算与施工[M].武汉:中国地质大学出版社,1997.