预应力锚索桩板墙的设计与施工要点_黄国林
・岩土工程・
预应力锚索桩板墙的设计与施工要点
黄国林
(新疆北新路桥建设股份有限公司,新疆乌鲁木齐830000)
【摘 要】 对昆明市北厢工程西线东段K0+145～K0+300段右侧边坡成功采用的预应力锚索桩板墙支挡工程的设计及施工进行了研究,提出预应力锚索桩板墙的设计计算方法与施工要点。根据边坡挡护所处的特殊地理环境,提出采用预应力锚索桩板墙这一新型的边坡支挡结构型式,。 【关键词】 锚索桩板墙; 设计计算; 施工要点 【中图分类号】 TU476+14A
1 工程概况
昆明市北厢工程于过,右侧最大边坡高度16,排水系统和出入通道比较复杂。为了减少征地和拆迁工程,本段取消右侧绿化带后,红线距省二机床厂住宅楼仅2m,距贵金属研究所住宅楼外侧挡土墙12m(图1)。该两幢楼房均为5层混凝土框架结构,素混凝土圈梁基础,不在拆迁之列。本段边坡原设计重力式浆砌片石挡土墙支挡,最大墙高12m,但因在基础开挖过程中造成边坡坍塌、二机床厂住宅楼周边地基及墙体开裂,出现险情,原设计方案难以实施而被取消。为避免类似险情再次发生及对已出现的险情进行排除,结合工期要求,对该段边坡实地勘测后采用以预应力锚索桩板墙(以下简称:锚索桩板墙)
作为主体的支挡防护工程。
地下水
地下水主要为降雨及生活废水补给,基岩中含孔隙、裂隙潜水。雨季水量较大,路槽开挖后水位自然下降。水质分析结果认为,地下水对混凝土无侵蚀性。
3 预应力锚索桩板墙的设计计算要点
311 结构型式
KO+170处右侧原出入通道被截断后需沿北厢工程右
侧(即北侧,下同)改移延伸至KO+320处即可从贵金属研究所方向出入。该通道设计宽6m,分别从KO+170和K0+320处用6%的坡度向边坡最高处KO+260附近交汇,提高下级支挡高度至11m,尽可能压缩上级支挡高度,从总体上减少支挡工程量。右侧的排水系统通过改移道路边沟分别进入增设的两个集水井与北厢工程污水管连接得以完善。在桩上施加锚索后可以缩小桩板墙的桩截面,以满足限界的要求。挡土板采用挖孔桩外侧预埋钢筋,成桩开挖后再立模浇铸的桩外挂板形式,达到施工安全及外表美观的目的。结构形式如图2所示
。
图1 工程平面布置示意图
2 工程地质概况
211 地层岩性
本段上覆第四系棕红色黏土,硬塑至半干硬,厚1～2m。
下伏基岩为寒武系下统筇竹寺组砂岩、泥质粉砂岩夹碳质页岩,薄～中厚层状,顶部0～12m为强风化带,层理发育,结构破碎,完整性差。12m以下为中等风化,岩体完整性好,但裂隙较发育。岩层向东倾斜,倾角一般为48°～56°,对边坡稳定有利。
图2 锚索桩板墙的结构形式
312 结构计算
31211 锚索桩的计算
[收稿日期]2007-11-05
[作者简介]黄国林(1972～),男,工程师。
120
四川建筑 第27卷6期 2007112
・岩
(1)计算模式。根据图2的结构形式,将锚索桩归结
土工程・
为下端在岩体中弹性固定的桩,锚索的水平作用力用一水平变形元件替代,土压力为三角形分布,桩与桩中心间距为S,如图3所示。
注:I-桩,Ⅱ-锚索,Ⅲ-锚索锚固区,Ⅳ-桩锚固地层;A1、A2-锚索水平拉力,q为在0点处考虑桩间距的水平土压力强度。
图3 锚索桩板墙受力示意图
(2)设计荷载。作用在锚索桩板墙上的荷载分为侧向
土压力和结构加固作用力。侧向土压力按主动土压力的1125倍或按静止土压力计算,同时考虑破裂面以内上部建筑物的重力、汽车荷载等。当施加预应力,在结构设计及强度检算时,考虑施工工序可能出现对结构受力的不利状态及超加预应力的影响。
正确选择设计参数是保证支挡建筑物既安全又经济合理的重要条件。前期施工开挖已暴露了大部分基岩情况,结合地质勘察资料,对本段的工程地质情况有了充分的了解,取设计参数γ=22kN/m3,φ=45°。但要求施工组织慎密,尽量缩短临时边坡暴露时间,否则,对易风化的岩层参数应乘以折减系数018～019,以策安全。
(3)变形协调条件。不施加预应力时,锚索水平拉力以及水平土压力使桩上2、3点产生的水平位移Y2、Y3等
α1、△3/cosα2(△2、△3为于锚索的计算水平变形△2/cos
锚索的伸长量)。
桩上2、3点之水平位移
qA1A2
Y2=Y2-Y2-Y2
Y3=Y3-Y3-Y3
q
A1
A2
①首先计算仅在土压力作用下桩与锚索一起位移时在
αl、A2/cosα2……;锚索内所产生的力A1/cos
②根据桩身未计锚索力时的弯矩图来大致让设锚后桩身正负弯矩相等,同时考虑地层的锚固抗拨力的原则来确定每排锚索所需总的作用力A′1、A′2……
α1、(A′α2称为锚索③将(A′/cos/cos1-A2)2-A2)
的实际预应力值。
④为保持锚索实际的预应力值长期有效,抵消预应力损失的办法就是实施超张拉,考虑保证期为100年,一般情况锚固段为岩类地层施加预应力值取120%～125%,土类地层取130%～140%即可。
(5),,计算桩,认为预应力锚索桩板墙不仅,也适宜于高陡边坡的支挡工程。但桩露出地面的悬臂高度宜在10～20m之间,此时桩身截面可采用1125m×l15m或115×1175m等小尺寸。北厢工程采用的桩身截面为115×115m,比单独的悬臂桩板墙节约桩身圬工和配筋50%左右,桩身位移得到控制。
(6)挡土板的计算。以往挡土板为成桩后置于桩后的简支板。北厢工程属市政工程,为了满足限界同时兼顾工程美观的效果,设计时将挡土板前置,即在锚索桩外侧预埋挡土板连接钢筋,桩前预留一定的板厚空间,成桩开挖后立模浇筑挡土板。挡土板按等跨连续梁的方法计算,板上作用的荷载,取板所在位置的墙后土压应力之大值,按匀布荷载分布。经计算,挡土板最小厚度为15cm。桩间板厚为了与桩有效连接,采用25cm。
(7)锚索的锚固深度。锚索结构主要靠锚固体的锚固能力支承建筑物,锚固能力取决于锚固地层抵抗锚索被拉出的抗力。以土体的极限平衡破坏棱体为基础研究边坡稳定性时,一般采用主动土压破坏棱体。过去设计时,多将自由段与锚固段的界面定在产生主动土压力的破坏棱体的破裂面。一些资料认为锚索阻止抑制体向外移动,承受比主动土压力值更大的侧向压力,目前准确地预估这些压力形成的土体形态是十分困难的,设计时将预应力锚索桩板墙按与地基水平线成
锚索锚固段的长度取决于锚索的受力大小,钢绞线与水泥砂浆的性能,水泥砂浆体与锚孔周围地层的物理力学性质。锚固段长度可以通过现场拉拨试验或资料可靠时按理论计算确定。
4 施工要点
411 锚索桩
(1)开工前进行精确的放样测量,保证桩位的准确无
式中:平位移;
qY2
、
qY3
分别为土压力q使桩上2、3点产生的水
A1Y2
、
A2Y2
分别为锚索水平拉力A1、A2使2点产生
误。
(2)严格按挖孔桩的施工规范和工艺组织施工。(3)挡土板连接钢筋(箍筋和纵向钢筋)和预留锚索
的水平位移;YA1、YA23分别为锚索水平拉力A1、A2使3点产生的水平位移;Y2、Y3分别为桩上2、3点的最终水平位
α2分别为锚索与水平线之夹角(倾角)。移。α1、
(4)锚索预应力值的确定方法。
孔(预埋
四川建筑 第27卷6期 2007112
121
・岩土工程・
板预埋箍筋接长后控制模板外移。板后反滤层采用预制无砂混凝土板,泄水孔预埋
5 结 论
(1)预应力锚索桩板墙作为一种新型支挡结构,取决于正确的设计方案以及正确的施工方法,严格的施工管理,优良的施工工艺才能取得预期的效果,其中只要一个环节出现问题就可能导致整个工程的失败。
(2)设计方案的正确与否取决于施工能否实现,否则,,说不定还会引。
,对某些设计参数的采用略4)锚索桩板墙受力条件比传统桩板墙有了较大改善,且位移得到有效控制。但结构的受力特征有待以后的实践中通过必要的试验观测进一步研究。
(5)该工程按计划顺利完工,已投入使用多年,排除已有的险情和施工中边坡可能出现的各种隐患,保证了北厢工程按时通车,二机床厂住宅楼仍继续使用,改移道路及排水系统均运行良好,锚索桩板墙的设计和施工是成功的。
参考文献
[1] 李聚金,蒋楚生.路基工程锚杆技术及工艺研究报告集[G]∥
图4 锚固区
(4)10cm。
,,
局部修整。412 预应力锚索
锚索桩成桩达设计强度后,桩前土体从上向下分层开挖,逐排施打锚索。锚索张拉锁定后,进行挡土板施工。413 挡土板
挡土板施工亦是从上向下分层开挖逐级立模施工。挡土板为锚索桩板墙的重要组成部分,模板控制是满足质量要求和达到美观效果的关键环节。为此采用新模板以螺栓联结,加工成长20～40m一联,横向利用桩上挡土
(上接第119页) 加固效果最好,与估算结果比较吻合。
铁道部基建科研项目(铁基85-53),1985.
[2] TB10025-2006铁路路基支档结构设计规范[S].[3] TB10202-2002铁路路基施工规范[S].
4 结 论
本文针对山区填土地基的特点,提出了一种以夯坑预估强夯有效加固深度的新方法,并对该方法的预估效果进行了研究,得出以下结论。
(1)利用本文提出的方法预估强夯有效加固深度是可行的,所得结果具有较高的可信度,且方法相对简单、实用。
(2)强夯的有效加固深度应该以第一遍点夯的加固深度H1为准,在此基础上调整夯点间距,以达到最佳加固效果。H1确定后,可通过试算判断该H1下的夯点间距是否合理,一般不必计算出H2的精确值。
(3)地基土性质和夯锤半径一定时,夯点间距的大小决定着强夯模型的形式。各遍点夯夯击能相同的条件下,夯点间距过小,第二遍点夯主要起到补强的作用,强夯效率偏低;
夯点间距过大,则第二遍点夯的加固深度得不到保证。所以,使得强夯的效率和土体加固效果均得到保证的夯点间距才是合理的。
参考文献
[1] 地基处理手册(第二版)[M].中国建筑工业出版社,2000.[2] 费香泽,王钊,周正兵.强夯加固深度的实验研究[J].四川大
学学报,2002,7(4):56-59.
[3] 张利洁,聂文波,刘贵应,等.强夯效果浅析[J].土工基础,
2003,3(1):24-27.
[4] 王成华.强夯地基加固深度估算方法评述[J].地基处理,
1991,2(1):20-24.
[5] 孔位学,陆新,郑颖人.强夯有效加固深度的模糊预估[J].岩
土力学,2002,23(6):807-809.
[6] JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S].
122
四川建筑 第27卷6期 2007112