桩和自旋锚管体系在基坑中的支护效果研究

摘要:根据当前基坑支护形式,将桩锚支护体系中的锚索用自旋锚管取代,分析自旋锚杆锚固力与其安装扭矩之间的理论关系。由此得出这种支护形式完全能够满足支护要求。

关键词:自旋锚杆 安装扭矩 锚固力 基坑边坡

1. 引言

自旋锚杆即螺旋锚,它作为一种锚固技术是上世纪50年代,逐渐在国外发展成为工程中的实用技术。我国螺旋锚的引进与使用始于20世纪90年代初,但该项技术还处于推广初期,大规模的使用尚未开始。

桩锚支护体系是将受拉杆件的一端固定在开挖基坑的稳定地层中,另一端与围护桩相联的基坑支护体系,它是在岩石锚杆理论研究比较成熟的基础上发展起来的一种挡土结构,安全经济的特点使它广泛应用于边坡和基坑支护工程中。自旋锚管是一种有别于传统螺旋锚杆的新型锚杆,桩和自旋锚管联合支护体系利用了自旋锚管安装之后立即获得初始锚固力,以及安装与锚固同步等优点,这对基坑的安全支护非常有利。

2. 工程概况

本文将以西安地铁2#线TJSG-4标段基坑为背景,地表分布有厚度不等的全新统人工填土;其下为全新统的冲积黄土状土;上更新统冲积的粉质粘土、粉细砂、中砂、粗砂,局部为砾砂、圆砾。试验地层特征及描述如下:

黄土状土(Q4al3):该土层属于第四系全新统(Q4):褐黄色,稍湿,可塑,局部夹有薄层中砂。本层厚度5.00～13.70m,层底深度10.3～15.1m,层底高程372.50～367.49m。

3. 支护体系设计方案

3.1设计参数

⑴上边坡支护参数。基坑上边坡采用放坡(1:0.5)开挖,支护形式为:15cm厚混凝土墙和梅花形布置的自旋锚管(M1型)间距为2000 2000(地面下0—6.0m范围),锚管与水平面的夹角为25o。

⑵下边坡支护参数。采用Ф1000@1500钻孔灌注桩+3—4道间距为3.3m～3.5m自旋锚管(M2型)围护结构体系,锚管与水平面的夹角为25o。桩间网喷100mm厚C25纤维砼,φ6@150×150mm钢筋网。

3.2支护结构验算

(1)支护结构整体稳定性验算。对桩锚式支护体系,当桩的入土深度较大或为岩层或坡脚土体较坚硬时,可视立柱下端为固定端,按等值梁法进行计算。

根据规范[4]规定,桩式,墙式锚撑支护结构抗整体倾覆稳定性应满足以下条件:

验算结果满足规范要求。

利用原地旋转简化计算模型进行计算自旋锚杆安装扭矩。即当锚杆安装到一定的深度,在某一瞬间,如果将自旋锚杆看成固定在该位置不前进,而是在扭矩的作用下回转运动继续进行,将产生楔形土体从土层中分离出来。

4. 自旋锚杆的锚固力与安装扭矩关系

4.1 锚固力与扭矩计算

锚杆的锚固力是指锚杆的锚固体与岩土体紧密结合后抵抗外拉力的能力,或称抗拔力。安装扭矩和锚固力均与自旋锚杆几何形状、土层特性和安装深度有关。以下是将土层特性固定不变的情况下,考虑锚固长度对安装扭矩及锚固力的影响,分析安装扭矩与锚固力之间的关系。假设自旋锚杆锚叶的直径(B)一定。

则有:安装扭矩:

锚固力:

可以看出,自旋锚杆的安装扭矩和锚固力均是随锚固深度的增加而增大的,并且自旋锚杆的安装扭矩与锚固力的比值同锚杆锚固深度的一次方成正比例。当锚固深度一定时,自旋锚杆的锚固力和安装扭矩基本上呈线性关系。

4.2 试验分析

两试验组在第四系全新统中的安装扭矩及锚固力,从图1可以看出试验结果跟理论分析很相近,锚固力随着安装扭矩的增加而增大,并且自旋锚杆的锚固力的大小也会受到锚固长度的影响,即锚固力随锚固长度的增加而增大。

5. 结论

采用自旋锚管和桩联合支护,很好的解决了基坑边坡的支护问题,本文通过理论分析西安地铁2#线TJSG-4标段基坑支护进行研究,并配合现场监测,得出以下几点结论:

⑴根据现场监测,采用自旋锚管和桩联合支护体系的基坑边坡进行稳定性验算,得出此支护体系的整体倾覆稳定性系数大于规范规定值。自旋锚管和桩联合支护体系很好的限制了基坑开挖时边坡的滑移

⑵在同一种土体中,不改变自旋锚杆自身参数的情况下,自旋锚杆的安装扭矩与锚固长度呈线性关系,锚固力与锚固长度呈抛物线关系。

当锚固长度一定时,自旋锚杆的锚固力和安装扭矩基本上呈线性关系。自旋锚抗拔力随着其安装扭矩的增大而增大。随后同一土体中的其他锚杆的锚固力大小就可以通过锚杆安装机械上显示的安装扭矩来确定。这样就很直观的反映了锚杆的安全性。

参考文献:

[1]汪滨主编,螺旋锚杆技术及其在工程中的应用[M].中国水利水电出版社,2005(11).

[2]刘建航、侯学渊主编,基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997,731-748.

[3]徐勇、杨挺、王心联,桩锚支护体系在大型深基坑工程中的应用[J].地下空间与工程学报,2006,2(4):646-649.

[4]建筑地基基础设计规范(GB50007-2002) [S].

[5]汪滨主编.螺旋锚杆技术及其在工程中的应用[M].中国水利水电出版社,2005(11).

[6]建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)[S].

作者简介:马金伟(1981—),女,河北沧州人,陕西省建筑职工大学,助教,主要从事地下工程的支护研究等方面的相关工作。