[文章]：复杂地质条件下预应力抗浮锚杆的应用

乖乖猫

复杂地质条件下预应力抗浮锚杆的应用

彭涛　武威　陈德拔　杨华民

摘要：本文介绍了预应力抗浮锚杆在某生活污水处理池复杂地质条件下的成功应用，该方法具有工期短、造价低、节省材料等优点，对同类工程具有借鉴与参考价值。
关键词：预应力锚杆；抗浮；地质条件
中图分类号：TU471.4　　　　　　　文献标识码：B

Abstract:Succesful application of prestressed float resisting anchor rod to certain sewage disposal pond under complicate geologic condition is stated herein.The said technique is equipped with the advantages of short in construction period,low cost and save of material.It can be taken as reference for other similar projects.
Key words:prestressed anchor rod; float resisting; geologic condition

1　前言

　　与压重混凝土法、锚定桩法相比，以垂直预应力锚杆作为抗浮锚杆来解决构筑物抗浮问题，具有工期短、造价低、节省建材等诸多优点，已日益得到推广与应用。亚龙湾国际旅游度假区生活污水处理池拟建场地工程地质条件复杂，其预应力抗浮锚杆的应用经验值得同类工程借鉴与参考。

2　工程概况

　　亚龙湾国际旅游度假区生活污水处理池位于三亚市亚龙湾山坡下，平面上为长方形，占地面积1400m2，其东南方为一近海淡水洼地，拟建场地一半浸没于水中，平均水深1.40m。污水处理池设计池底标高位于小龙潭水位面下7.0m，设计抗浮力标准值为46800kN。基坑南、北、东三面设有搅拌桩防水帷幕，预应力抗浮锚杆在基坑底面上施工。

岩土物理力学性质

表1


指标地层 w
(%) γ
(kN/m3) e wp
(%) w1
(%) Ip
(%) I1 c
(kPa) φ
(°) a1-2
(MPa-1) Es
(MPa) 标贯击数 fk(kPa)
粗砂 22.6 17.9 0.47 　 　 　 　 　 　 　 　 8.4 120
淤泥质土 47.9 16.0 1.50 22.6 46.3 21.6 1.17 7.3 6.0 0.56 5.1 4.8 50
粗砂 21.3 21.0 0.54 　 　 　 　 　 　 　 　 9.5 150
残积土 18.5 18.0 0.79 12.1 26.3 14.1 0.42 36.6 23.6 0.23 63 5 300
花岗岩 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 60000 　 5500

3　工程地质条件
　　拟建场地的地层结构为由多层不稳定块石层夹松散砂层组成的“千层饼”式地层结构，地层厚度不均匀，地下水压力大，岩石坚硬且节理裂隙发育，工程地质条件较复杂。
　　(1)地层结构
　　勘察表明，拟建场地内共有6个岩土层次，其特征如下：
　　①块石回填层：基坑超挖后，回填了大量的块石，块石直径30～80cm，层厚1.00～2.50m。
　　②粗砂：饱和，松散，颗粒均匀，主要成分为石英，一般粒径1～2mm，夹少量石灰石，层厚2.50～8.50m。基坑开挖后基本被挖除。
　　③淤泥质土：可塑，局部夹砂，含泥炭及淤泥，厚度0.80～6.00m。基坑开挖后局部被挖除。
　　④粗砂：饱和，松散，局部为砾砂，夹圆砾及块石，主要成分为石英，层厚1.00～5.60m。基坑开挖后局部被挖除。
　　⑤残积土：硬塑，局部为粉土，花岗岩风化残积而成，层厚0.90～2.10m。基坑开挖后局部被挖除。
　　⑥花岗岩：坚硬，裂隙发育并将岩体切割成多个不稳定块体，勘察深度内未揭穿。
　　(2)岩土物理力学性质
　　拟建场地内各层岩土的物理力学性质见表1。
　　(3)地下水特征
　　该场地地下水类型为孔隙潜水-基岩裂隙承压水类型，主要赋存于上部粗砂层和下部花岗岩裂隙中，由大气降水及山前侧渗补给，排泄到小龙潭中，地下水位在天然地面下0.3～1.0m。

4　预应力锚杆设计

4.1　锚杆布置与结构参数设计

　　(1)锚杆平面布置
　　根据污水处理池总抗浮力标准值及结构特点，将锚杆以6m×6m网格状布置，见图1。共布置锚杆48根，其中，周边锚杆(A型，抗浮力设计值NA=650kN)24根，中间锚杆(B型，抗浮力设计值NB=1300kN)24根。




图1　锚杆平面布置图

　　(2)锚杆设计抗拔力
　　锚杆设计抗拔力为：

T=k。N

式中：T—锚杆设计抗拔力(kN)，
　　　k—安全系数，根据污水处理池使用要求，取k=1.8。
　　对A型锚杆TA=k。NA=1.8×650=1170kN
　　对B型锚杆TB=k。NB=1.8×1300=2340kN
　　(3)锚杆杆体材料截面积
　　锚杆杆体材料截面积为：

F=T/Fptk

式中：F—锚杆杆体材料截面积(mm2)
　　　Fptk—预应力筋的抗拉强度标准值，此处锚杆采用抗拉强度标准值Fptk=1.86kN/mm2的高强度钢绞线，对A型锚杆：FA=TA/Fptk=1170/1.86=629mm2；对B型锚杆：FB=TB/Fptk=2340/1.86=1258mm2
　　(4)钢绞线束数
　　钢绞线束数为：n=F/s
式中：s—每束钢绞线截面积，此处采用7×?5mm钢绞线，则s=1/4×52×7=137.375mm2
　　对A型锚杆:nA=629/137.375=4.58束　取nA=5束
　　对B型锚杆:nB=1258/137.375=9.16束　取nB=9束
　　(5)锚固段长度
　　锚固段长度为：L=T/(π。D。f)
式中：L—锚固段长度(m)；
　　　D—锚杆孔直径，此处锚杆孔直径为130mm；
　　　f—锚固体与周围岩土体间的粘结强度值，此处锚杆以基岩部分作为锚固段，土体部分作为自由段，根据GBJ7-89，取f=450kPa
　　对A型锚杆：LA=1170/(3.14×0.13×450)=6.4m　取LA=7m
　　对B型锚杆：LB=2340/(3.14×0.13×450)=12.7m　取LB=13m
　　(6)设计结果
　　A型锚杆24根，设计抗拔力1170kN，锚杆孔直径?130mm，锚固段长度进入花岗岩7m,，杆体材料为5束7×?5mm高强度钢绞线，自由段长度为花岗岩顶面至污水池底板距离。
　　B型锚杆24根，设计抗拔力2340kN，锚杆孔直径?130mm，锚固段进入花岗岩13m，杆体材料为9束7×?5mm的高强度钢绞线，自由段长度为花岗岩顶面至污水池底板的距离。

4.2　锚杆注浆参数设计

　　(1)注浆材料用525＃普通硅酸盐水泥，水灰比为1∶2，水泥与砂浆的比例1∶1。
　　(2)注浆时先将浆液搅拌均匀，搅拌时间不少于2min。

4.3　锚杆张拉锁定参数设计

　　(1)待污水处理池底板及锚杆孔内砼强度达20MPa后进行张拉锁定。
　　(2)锁定荷载为设计抗拔力的0.65倍，即A型锚杆760.5kN，B型锚杆1521kN。
　　(3)锚杆锁定前，先进行预张拉。预张拉荷载为锁定荷载的1.1～1.2倍。达荷载后，稳定15～30min，然后卸载，进行二次张拉，二次张拉达锁定荷载时，将锚杆锁住。

5　预应力锚杆施工

　　(1)施工工艺及技术方案
　　拟建场地工程地质条件复杂，对预应力锚杆施工有较大影响，主要表现在以下几个方面：
　　①拟建场地的地层结构及厚度差异很大(图2)，其中，E、F轴线的锚杆分布在花岗岩地层上，而A、B、C、D轴线的锚杆则分布在由块石回填层、淤泥质土、粗砂夹块石、残积土及花岗岩所组成的复杂地层上，且同一轴线上各层的厚度也不相同，很难采用相同的施工工艺，使施工难度增加、进度减慢。




图2　工程地质剖面图

　　②地层中淤泥质土及松散砂层的存在，使钻进过程中易发生塌孔及流砂涌入孔内等现象，钻进十分困难。
　　③地层中裂隙发育且连通性好，富含地下水，且地下水压力较大，使泥浆护壁难以发挥作用。
　　④地层中含有多层块石，且处于不稳定状态，钻进过程中，块石在冲击及旋转力作用下不断移位，不仅使钻进效率大大降低，而且易发生卡钻现象，处理起来比较困难。同时，多层块石的存在，使套管无法跟进护壁，常规钻进时，易发生塌孔、埋钻现象，成孔十分困难。
　　⑤花岗岩十分坚硬，可钻性达10～11级，合金钻头钻进、钢砂钻进、牙轮钻进甚至金刚石钻进等常规钻进方法的效率均较低。
　　　　根据上述情况，制定了以岩芯钻机进行覆盖层钻进，钻至花岗岩后再改用潜孔锤钻机钻进的施工方案。施工中采用水循环钻进，钻至淤泥质土及松散砂层段后，以高压注浆泵往孔内注水泥浆护壁。注水泥浆时，边用钻头搅拌边提升钻头，使水泥浆护散的直径大于钻孔孔径，待一两天后，再用岩芯钻机取出水泥岩芯体。由于裂隙发育且连通性好，注水泥浆时往往从这边孔注入，从另一孔冒出，虽添加了速凝剂，效果亦不显著，因而水泥消耗量增大。其中，A7孔用水泥近500kg，B5孔用水泥600kg，E6孔用水泥1650kg。同时，水泥浆的胶结作用使地层的完整性大大增加，提高了岩土体的强度，降低了地层的富水性和透水能力，提高了锚杆锚固力，对工程稳定是有利的。
　　(2)施工工艺流程
　　锚杆孔定位、编号→钻机就位、安装→挖排水沟、浆池→校正孔位→钻孔(先用岩芯钻机钻覆盖层，再用潜孔锤钻机钻花岗岩，钻至设计深度后用水清孔)→安放锚杆(连同注浆管)→注浆→浇注底板→混凝土达强度后张拉锁定→锚杆防腐处理。
　　(3)工程效果
　　工程完成后，选择A型和B型锚杆各两根进行了锚杆抗拔试验，在施加拉力大于设计抗拔力值后，未观测到有锚头位移发生，表明锚杆抗拔力满足设计要求，施工质量优良。

6　结论

　　(1)亚龙湾国际旅游度假区污水处理拟建场地的地层结构为多层不稳定块石夹松散砂层组成的“千层饼”式地层结构，且地层厚度不均，地下水压力大，基岩坚硬且节理裂隙发育，工程地质条件十分复杂。
　　(2)以岩芯钻机钻覆盖层、潜孔锤钻机钻花岗岩地层，并以高压水泥浆注浆护壁的施工工艺在该场地复杂的工程地质条件下是切实可行的。
　　(3)锚杆抗拔试验表明，锚杆施工质量优良，锚杆抗拔力满足设计要求。

彭涛（建设部综合勘察研究设计院，北京　100007）
武威（建设部综合勘察研究设计院，北京　100007）
陈德拔（建设部综合勘察研究设计院，北京　100007）
杨华民（建设部综合勘察研究设计院，北京　100007）

参考文献

［1］　中国工程建设标准化协会标准：土层锚杆设计与施工规范，1989.

文章地址：
http://roadgeot.myrice.com/qhdz/cl/10.htm

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详尽清楚,不错

阿胖丁丁

谢谢。