樁和自旋錨管體系在基坑中的支護(hù)效果研究

摘要:根據(jù)當(dāng)前基坑支護(hù)形式,將樁錨支護(hù)體系中的錨索用自旋錨管取代,分析自旋錨桿錨固力與其安裝扭矩之間的理論關(guān)系。由此得出這種支護(hù)形式完全能夠滿足支護(hù)要求。

關(guān)鍵詞:自旋錨桿 安裝扭矩 錨固力 基坑邊坡

1. 引言

自旋錨桿即螺旋錨,它作為一種錨固技術(shù)是上世紀(jì)50年代,逐漸在國(guó)外發(fā)展成為工程中的實(shí)用技術(shù)。我國(guó)螺旋錨的引進(jìn)與使用始于20世紀(jì)90年代初,但該項(xiàng)技術(shù)還處于推廣初期,大規(guī)模的使用尚未開始。

樁錨支護(hù)體系是將受拉桿件的一端固定在開挖基坑的穩(wěn)定地層中,另一端與圍護(hù)樁相聯(lián)的基坑支護(hù)體系,它是在巖石錨桿理論研究比較成熟的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種擋土結(jié)構(gòu),安全經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)使它廣泛應(yīng)用于邊坡和基坑支護(hù)工程中。自旋錨管是一種有別于傳統(tǒng)螺旋錨桿的新型錨桿,樁和自旋錨管聯(lián)合支護(hù)體系利用了自旋錨管安裝之后立即獲得初始錨固力,以及安裝與錨固同步等優(yōu)點(diǎn),這對(duì)基坑的安全支護(hù)非常有利。

2. 工程概況

本文將以西安地鐵2#線TJSG-4標(biāo)段基坑為背景,地表分布有厚度不等的全新統(tǒng)人工填土;其下為全新統(tǒng)的沖積黃土狀土;上更新統(tǒng)沖積的粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中砂、粗砂,局部為礫砂、圓礫。試驗(yàn)地層特征及描述如下:

黃土狀土(Q4al3):該土層屬于第四系全新統(tǒng)(Q4):褐黃色,稍濕,可塑,局部夾有薄層中砂。本層厚度5.00～13.70m,層底深度10.3～15.1m,層底高程372.50～367.49m。

3. 支護(hù)體系設(shè)計(jì)方案

3.1設(shè)計(jì)參數(shù)

⑴上邊坡支護(hù)參數(shù)。基坑上邊坡采用放坡(1:0.5)開挖,支護(hù)形式為:15cm厚混凝土墻和梅花形布置的自旋錨管(M1型)間距為2000 2000(地面下0—6.0m范圍),錨管與水平面的夾角為25o。

⑵下邊坡支護(hù)參數(shù)。采用Ф1000@1500鉆孔灌注樁+3—4道間距為3.3m～3.5m自旋錨管(M2型)圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系,錨管與水平面的夾角為25o。樁間網(wǎng)噴100mm厚C25纖維砼,φ6@150×150mm鋼筋網(wǎng)。

3.2支護(hù)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。對(duì)樁錨式支護(hù)體系,當(dāng)樁的入土深度較大或?yàn)閹r層或坡腳土體較堅(jiān)硬時(shí),可視立柱下端為固定端,按等值梁法進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)規(guī)范[4]規(guī)定,樁式,墻式錨撐支護(hù)結(jié)構(gòu)抗整體傾覆穩(wěn)定性應(yīng)滿足以下條件:

驗(yàn)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

利用原地旋轉(zhuǎn)簡(jiǎn)化計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算自旋錨桿安裝扭矩。即當(dāng)錨桿安裝到一定的深度,在某一瞬間,如果將自旋錨桿看成固定在該位置不前進(jìn),而是在扭矩的作用下回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行,將產(chǎn)生楔形土體從土層中分離出來。

4. 自旋錨桿的錨固力與安裝扭矩關(guān)系

4.1 錨固力與扭矩計(jì)算

錨桿的錨固力是指錨桿的錨固體與巖土體緊密結(jié)合后抵抗外拉力的能力,或稱抗拔力。安裝扭矩和錨固力均與自旋錨桿幾何形狀、土層特性和安裝深度有關(guān)。以下是將土層特性固定不變的情況下,考慮錨固長(zhǎng)度對(duì)安裝扭矩及錨固力的影響,分析安裝扭矩與錨固力之間的關(guān)系。假設(shè)自旋錨桿錨葉的直徑(B)一定。

則有:安裝扭矩:

錨固力:

可以看出,自旋錨桿的安裝扭矩和錨固力均是隨錨固深度的增加而增大的,并且自旋錨桿的安裝扭矩與錨固力的比值同錨桿錨固深度的一次方成正比例。當(dāng)錨固深度一定時(shí),自旋錨桿的錨固力和安裝扭矩基本上呈線性關(guān)系。

4.2 試驗(yàn)分析

兩試驗(yàn)組在第四系全新統(tǒng)中的安裝扭矩及錨固力,從圖1可以看出試驗(yàn)結(jié)果跟理論分析很相近,錨固力隨著安裝扭矩的增加而增大,并且自旋錨桿的錨固力的大小也會(huì)受到錨固長(zhǎng)度的影響,即錨固力隨錨固長(zhǎng)度的增加而增大。

5. 結(jié)論

采用自旋錨管和樁聯(lián)合支護(hù),很好的解決了基坑邊坡的支護(hù)問題,本文通過理論分析西安地鐵2#線TJSG-4標(biāo)段基坑支護(hù)進(jìn)行研究,并配合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

⑴根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),采用自旋錨管和樁聯(lián)合支護(hù)體系的基坑邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算,得出此支護(hù)體系的整體傾覆穩(wěn)定性系數(shù)大于規(guī)范規(guī)定值。自旋錨管和樁聯(lián)合支護(hù)體系很好的限制了基坑開挖時(shí)邊坡的滑移

⑵在同一種土體中,不改變自旋錨桿自身參數(shù)的情況下,自旋錨桿的安裝扭矩與錨固長(zhǎng)度呈線性關(guān)系,錨固力與錨固長(zhǎng)度呈拋物線關(guān)系。

當(dāng)錨固長(zhǎng)度一定時(shí),自旋錨桿的錨固力和安裝扭矩基本上呈線性關(guān)系。自旋錨抗拔力隨著其安裝扭矩的增大而增大。隨后同一土體中的其他錨桿的錨固力大小就可以通過錨桿安裝機(jī)械上顯示的安裝扭矩來確定。這樣就很直觀的反映了錨桿的安全性。

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[5]汪濱主編.螺旋錨桿技術(shù)及其在工程中的應(yīng)用[M].中國(guó)水利水電出版社,2005(11).

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作者簡(jiǎn)介:馬金偉(1981—),女,河北滄州人,陜西省建筑職工大學(xué),助教,主要從事地下工程的支護(hù)研究等方面的相關(guān)工作。