锚杆在大型水池抗浮设计中的应用

2015-12-21周永刚黄小凤

中国新技术新产品 2015年22期

关键词：锚杆

周永刚黄小凤

（四川省川建勘察设计院，四川成都 610000）

摘要：锚杆具有结构简便、受力合理、占地面积小、工程造价低等诸多优点，在当前深基坑支挡、滑坡整治、水池抗浮等工程中应用非常广泛。尤其是对于部分容积大靠自重不足以抵抗浮力的大水池结构，多采用锚杆进行抗浮与加固。本文结合工程实例，就锚杆在某大型水池中的抗浮设计应用进行了分析与探讨。关键词：锚杆；大型水池；抗浮设计；应用中图分类号：TU476 文献标识码：A

锚杆在大型水池抗浮设计中的应用

周永刚黄小凤

（四川省川建勘察设计院，四川成都 610000）

摘要：锚杆具有结构简便、受力合理、占地面积小、工程造价低等诸多优点，在当前深基坑支挡、滑坡整治、水池抗浮等工程中应用非常广泛。尤其是对于部分容积大靠自重不足以抵抗浮力的大水池结构，多采用锚杆进行抗浮与加固。本文结合工程实例，就锚杆在某大型水池中的抗浮设计应用进行了分析与探讨。
关键词：锚杆；大型水池；抗浮设计；应用
中图分类号：TU476 文献标识码：A

一、工程概况

1 工程实例

污水处理厂工程的大型曝气池，其平面尺寸为123m×159m，采用现浇钢筋混凝土结构，底板为周圈600mm厚、中心400mm厚的筏基。该大型曝气池场地的地下水位较高，经实测为两层地下水位，其中第一层地下水静止水位标高为35.46m～37.32m，第二层地下水静止水位标高为23.61m～25.82m，曝气池基础底标高为34.80m，场地设防水位为37.00m。

因该大型水池的结构荷载较小，在水池排空时自重不足以抵抗地下水浮力。因此，在设计中采用了垂向抗浮锚杆来解决曝气池的抗浮问题，锚杆数量依据设防水位确定，根据《土层锚杆设计与施工规范》中的要求，需施工22.6m长的抗浮锚杆2216根。

2 工程地质状况

根据岩土工程勘察报告，抗浮锚杆设计与施工所涉及的地层为：

（1）细、粉砂③层，局部分布有薄层中、粗砂③。层和砂质粉土③2层，该大层总厚度为1.20m～3.10m。

（2）卵石、圆砾④层，该层厚度为0.80m～2.70m。以上两大层总厚度为3m左右，即这两层处于抗浮锚杆自由段的范围以内。

（3）粘质粉土、砂质粉土⑤层，粘土、重粉质粘土⑤l层，粉质粘土、粘质粉土⑤2层，细、粉砂⑤3层，该大层总厚度为8.00m～10.50m。

（4）卵石、圆砾⑥层，细、中砂⑥1层，粗、中砂⑥2层，该大层总厚度为4.90m～7.40m。

（5）粘质粉土、砂质粉土⑦层，重粉质粘土、粘土⑦l层，粉质粘土、粘质粉土⑦2层，该大层总厚度为5.10m～6.90m。抗浮锚杆进入该大层约4m左右。

二、大型水池抗浮锚杆设计

1 抗浮锚杆试验

为确定该大型水池场区内锚杆的实际抗拔力，从而为设计与施工提供数据依据，在正式施工前做了6根试验锚杆。具体锚杆参数如下：主筋为2根7Φ5钢铰线；锚杆成孔直径为Φ127；锚杆长度为22m，其中非锚固段为6m；填孔材料为0.5cm～2cm的豆石，采用水灰比为0.5的素水泥浆注满豆石空隙；锚杆抗拔力设计值为N=245kN。

锚杆抗拔试验结果：

（1）根据《土层锚杆设计与施工规范》中的要求，采用循环加载试验方法，共6个循环，最大加载力为400kN，其中2根锚杆加载超过400kN，在最大加载时钢绞线拉断。

（2）试验结果分析

①各锚杆加载至400kN时均未拔出，可认为由压浆锚体提供的极限抗拔力不小于400kN。

②6根锚杆试验可分为3种类型：第一种是3#、4#、5#锚杆主要为锚体变形；第二种2#、6#锚杆主要为自由段钢绞线变形；第三种是l#锚杆为自由段钢绞线变形+锚体变形。分析结果表明，工作性能最佳为第一种。

（3）由于采用钢绞线作锚杆主筋，其自身残余变形较大，需采用钢筋主筋来代替钢绞线作锚杆主筋，以减小残余变形。

2 锚杆设计参数选择

根据锚杆抗浮试验结果，并进行调整，所得到的锚杆实际设计参数及技术要求为：

（1）锚杆的成孔直径为Φ127，锚杆的长度为22.6m，其中锚杆自由段为6m，锚固段16m。（2）锚杆主筋采用了1根Φ40的钢筋，锚杆数量为2216根，布孔间距为2.6m×3.3m。（2）单根锚杆的抗拔力设计值为245kN，预张拉力值为294kN，锚杆的极限抗拔力与其设计值之比不小于1.5。

三、抗浮锚杆施工工艺应用

单根锚杆的施工工艺流程，大致为：锚杆加工→钻进成孔→提拔套管→灌入浆料→补浆→锚固体养护→锚杆验收试验→锚杆张拉及固定。

1 锚杆成孔

该工程中，抗浮锚杆的成孔采用的是SH-30型钻机，其特点是自带柴油机作为动力，通过钻头在一定高度内的周期冲击，使得孔底内土体破碎，并由钻头将土体带出孔外而进尺。

冲击钻进成孔，其基本原理是利用机械动力，便钻头在一定高度内周期地冲击孔底，使土体破碎，由钻头带出孔外而获得进尺。

（1）钻进成孔

钻进成孔的工艺过程大致为：立架→对准孔位→开孔→下套管→冲击取土。在钻孔之前，应首先根据给定的孔位，人工先去除掉该处的垫层混凝土，然后再立起钻架，使钻头对准孔位成孔，在钻进过程中重复下套管、取土的过程，直到预定深度为止。

要求钻孔过程中套管应保持垂直，以避免出现塌孔问题或者孔内淤积问题。同时，还应对地下水进行封闭，以尽量进入到套管中，要求套管的跟进深度和钻进深度之间应当保持一致。

（2）清孔

当钻孔到设计深度时，需用管钻将孔内的泥浆清除干净，以避免孔内的泥砂与后续的注入水泥浆之间混合，从而影响到锚固体的强度。

2 注浆

按照SH-30型钻机的施工特点，首先采用水灰比为0.55的纯水泥浆注入到钻孔的空间中，然后再填充强度为20MPa的豆石无砂混凝土，最后在充填水灰比为0.45～0.5左右的纯水泥浆。

（1）配浆。纯水泥砂浆采用的是标号为425R的硅酸盐水泥，为有效防止锚杆因地下水浸入而出现腐蚀问题，在水泥砂浆中还适当添加了钢筋阻锈剂，添加比例为硅酸盐水泥量的3%左右。水泥砂浆根据0.55水灰比在搅拌机中配置，搅拌时间不宜低于1分钟。

（2）灌浆。以注浆管作为水泥砂浆的导管，并采用泥浆泵进行砂浆的汲取，再灌入孔洞内，其相应技术要求为：第一次灌浆的压力通常控制在1MPa～1.5MPa左右，要求灌入砂浆直至孔口出现冒浆为止；第一次灌浆3小时以后，再采用2.5MPa～3MPa的压强进行第二次灌浆，以填充第一次灌浆遗漏的空隙，以达到补浆的效果；灌浆过程中，应注意保护好锚杆的主筋，以防止因出现主筋端部受损，而导致锚杆无法张拉固定的问题。

3 锚杆张拉固定

锚杆的张拉及固定，通常在基础混凝土浇筑完成后进行，要求在张拉之前应首先将锚穴内清理干净，然后再利用承压钢板从锚杆的顶部套入，再平整的放置于锚穴内。该工程中，锚杆张拉固定的技术要求为：

锚杆在张拉前，应对张拉设备进行标定，一般采用的是液压千斤顶；当锚固体与水池基础混凝土的强度均大于15MPa以后，方可进行张拉固定，工程中锚杆的设计拉力为245kN，要求张拉到设计拉力的1.2倍即294kN，保持张拉状态10分钟以后，再卸载拉力到设计值，然后再旋紧螺母，固定锚具。