分段反彎抗浮錨桿設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

張 洪 濤

(中鐵(貴州)市政工程有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550025)

隨著地下空間的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，地下停車場(chǎng)、地鐵站等地下結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，基坑開(kāi)挖深度變深。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)自重較小時(shí)，必須采取抗浮措施。同時(shí)也可以采用增加地下室底板、頂板等方法加大配重。對(duì)于抗浮措施，可以采用抗拔樁或者抗浮錨桿等措施，抗拔樁受到施工造價(jià)的限制，在部分地區(qū)施工難度較大，這時(shí)，抗浮錨桿也可以滿足抗浮設(shè)計(jì)要求[1-3]。但傳統(tǒng)錨桿在富水地層中受限于地下水等因素，需要密集布置才能滿足要求，且變形較大，對(duì)基坑底部結(jié)構(gòu)安全性造成一定影響。本文結(jié)合百馬立交基坑項(xiàng)目為背景，提出了一種可以提高抗浮錨桿承載力，并減小基坑底板變形的分段反彎抗浮錨桿，通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法，對(duì)新型錨桿的性能進(jìn)行了研究，所提出的新型錨桿可供類似項(xiàng)目參考。

1 依托工程概況

路貴安新區(qū)中心大道—百馬大道立交工程施工第一合同段(土建)，包含中心大道、百馬大道兩條主干路。其中，中心大道西起新民村橋以東樁號(hào)K3+520處，主線以地道形式下穿交叉口，東至地下過(guò)街通道以西樁號(hào)K4+220處，路線全長(zhǎng)700 m。百馬大道北起樁號(hào)K14+550處，經(jīng)改建的楊梅寨中橋后，以高架形式跨越交叉口后，于樁號(hào)范圍K15+450處與地面道路接順，路線全長(zhǎng)900 m。百馬大道—中心大道立交項(xiàng)目基坑地質(zhì)條件軟弱，地層中含有大厚度淤泥質(zhì)，周圍地下水位高，且周圍存在不斷的地下水補(bǔ)給通道，因此基坑的抗浮錨桿是保證地下結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵所在，傳統(tǒng)抗浮錨桿的應(yīng)用存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2 分段反彎抗浮錨桿設(shè)計(jì)

錨桿由錨固體、拉桿及錨頭三部分組成，其承載力由錨桿與周圍土體之間的摩擦力提供，承載力的大小取決于摩擦面積、摩擦系數(shù)、砂漿強(qiáng)度及砂漿與地層的摩擦系數(shù)。外部荷載通過(guò)摩擦作用傳遞至穩(wěn)固土體，從而達(dá)到將上部結(jié)構(gòu)錨固在地層中的效果。一般可以通過(guò)控制配筋率來(lái)保證錨桿桿體的強(qiáng)度，一般不會(huì)發(fā)生錨桿桿體斷裂的情況。因此，錨桿工程研究的重點(diǎn)通常是漿體與錨桿桿體以及漿體與巖上體之間的粘結(jié)作用[4-7]。

抗拔力由錨桿與周圍砂漿之間的剪切力提供，一般情況下可以通過(guò)增加錨桿長(zhǎng)度，增加錨桿直徑及提高界面剪切力來(lái)提高抗拔力。值得注意的是，在錨桿與砂漿界面出現(xiàn)破壞時(shí)，砂漿被認(rèn)為是基本上保持了完整，基于這一基本認(rèn)識(shí)，目前的抗浮錨桿的材料強(qiáng)度，特別是砂漿的材料強(qiáng)度并未得到充分利用。為解決這一問(wèn)題，本文提出了一種分段反彎錨桿，其具體結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1。

錨桿本體、砂漿、地層保持完整，反彎段剪切破壞，此時(shí)的錨桿極限承載力主要由錨桿本體與砂漿之間的剪切作用和反彎段的剪切強(qiáng)度提供，考慮砂漿—錨桿本體之間剪切作用提供約300 kN抗浮力，錨桿整體的抗浮力可由式(1)表示。

Tu=πDLτ+nτsA

(1)

其中，n為反彎的數(shù)量；τs為反彎鋼材的抗剪強(qiáng)度;A為每個(gè)反彎的鋼材截面面積，對(duì)于長(zhǎng)度10 m的錨桿，設(shè)置三組共計(jì)9個(gè)反彎，Q235鋼材的抗剪強(qiáng)度取140 MPa，Φ16鋼筋截面面積200 mm2，則總抗浮力為553.2 kN，可以提高84.4%的極限承載力，效果非常顯著。

3 分段反彎錨桿力學(xué)試驗(yàn)

本次試驗(yàn)由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件有限，僅選取了兩根錨桿進(jìn)行，一種為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)錨桿，另一種為分段反彎錨桿。本文受限于項(xiàng)目施工，僅對(duì)兩根錨桿進(jìn)行了測(cè)試分析，傳統(tǒng)型和反彎型分別命名為KF3，KF4，試驗(yàn)設(shè)備包括千斤頂、振弦式表面應(yīng)變計(jì)、振弦式頻率測(cè)定儀和油泵，儀器設(shè)備具體安裝見(jiàn)圖2，主要試驗(yàn)步驟如下：

1)首先對(duì)所有設(shè)備儀器進(jìn)行校核，在錨桿注漿7 d后進(jìn)行試驗(yàn)。2)錨桿測(cè)試時(shí)，選取地層完整且位置相近的兩根錨桿，安裝相應(yīng)設(shè)備。3)采用逐級(jí)加載的方式進(jìn)行試驗(yàn)，分別施加荷載為5 t,15 t,22 t,31 t,35 t,41 t和46 t，所有荷載均小于設(shè)計(jì)值。4)張拉試驗(yàn)過(guò)程中，若錨桿發(fā)生破壞，應(yīng)立即停止試驗(yàn)，錨桿破壞標(biāo)準(zhǔn)為：a.后一級(jí)荷載產(chǎn)生的錨頭位移增量達(dá)到或超過(guò)前一級(jí)荷載產(chǎn)生位移增量的2倍；b.錨頭位移不收斂；c.錨頭總位移超過(guò)設(shè)計(jì)允許位移值。通過(guò)記錄試驗(yàn)過(guò)程中的承載力數(shù)據(jù)，繪制出兩種錨桿的P—S曲線如圖3所示。由圖3可知，錨桿在荷載逐漸增加時(shí)，位移均出現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)，沒(méi)有出現(xiàn)突變，說(shuō)明新型反彎錨桿能夠達(dá)到普通錨桿的效果。但值得注意的是，反彎錨桿后期的位移存在明顯緩慢增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，而常規(guī)錨桿的位移在試驗(yàn)荷載范圍內(nèi)基本為線型增加。由于錨桿破壞前具有明顯的位移突變，而反彎型錨桿在較大荷載下具有更小的位移。由此可以明確，反彎錨桿有助于減小錨桿的位移量，對(duì)控制筏板基礎(chǔ)的局部變形具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

抗浮錨桿是深基坑地下結(jié)構(gòu)工程中重要的一環(huán)，對(duì)于保證地下結(jié)構(gòu)在浮力作用下的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的安全性意義重大。本文提出了一種分段反彎抗浮錨桿結(jié)構(gòu)，并總結(jié)了相應(yīng)的施工工藝。通過(guò)理論分析與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，證明了新提出的抗浮分段反彎抗浮錨桿在技術(shù)上具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，可供今后類似工程參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱 堂,孫貴柱,劉仍光,等.抗浮錨桿施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2007,36(6):82-83.

[2] 吳炎強(qiáng).對(duì)抗浮錨桿施工技術(shù)的探討[J].工業(yè)設(shè)計(jì),2011(5):198，200.

[3] 王 楊.基于地下室抗浮錨桿施工的工藝研究[J].安徽建筑,2014,21(5):258-259.

[4] 李于中.關(guān)于地下室底板抗浮錨桿施工技術(shù)的探究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2014(33)：33-34.

[5] 沈傳貴.抗浮錨桿施工在建筑工程中應(yīng)用[J].四川建筑,2007,27(6):182.

[6] 潘 東.淺談深基坑建筑工程抗浮錨桿處防水施工[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2017(21)：49.

[7] 賈金青,宋二祥.濱海大型地下工程抗浮錨桿的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2002,24(6):769-771.