预应力锚索护壁桩在深基坑支护中的应用.doc

科技成果研究报告 预应力锚索护壁桩在深基坑支护中的应用同煤集团宏远工程建设有限责任公司二一四年二月预应力锚索护壁桩在深基坑支护中的应用一、立项原因及背景我国近几年城市发展迅速，地面建筑建设速度快，但部分城市内旧有建筑物多，新建建筑物与旧有建筑、城市道路距离短、地下室成为新建建筑的“标配”、旧有防空洞的处理等，这些因素使得“毗邻而建”成为常态，为了尽可能使得旧有建筑得到保护，城市交通不受中断，同时增加施工场地，护壁桩加预应力锚索正越来越多的应用于施工实践。同煤集团老年大学教学楼工程是该型工程的典型案例，该工程坐落于同煤集团老年大学院内，占地面积593.7：建筑面积2173.85。地下一层，层高为4.2米，地上三层局部四层，建筑物总高度为18.95米，建筑结构形式为框架结构，基础采用柱下独立基础，墙体基础为钢筋混凝土条形基础，本工程基础下为湿陷性黄土层，为消除地基湿陷，将基底下3米的粉土全部挖除然后用3:7灰土分层夯实回填，遇防空洞须局部挖除，基底下设100厚C15素混凝土垫层。本工程基础为深基础，坑底设计标高为-8.8米，遇有防空洞时，可达-10.8米。拟新建建筑物北侧为一处民房，影响不大，南侧、东侧紧邻老年大学旧教学楼，西侧为通往同煤总医院的交通主干道。若按不支护，高宽比1:0.75放坡开挖，则拟新建建筑物基坑开挖后，南侧、东侧建筑物，西侧公路均须拆除。为避免破坏旧有建筑物和道路，必须采取支护措施，而单独使用预应力锚杆或护壁桩均无法满足施工要求，现决定采用人挖孔护壁桩加预应力锚索进行支护。护壁桩分布于东、南、西三面，护壁桩桩底标高为-12.000m，桩径为800，间距1.6米，共64根，桩身、冠梁混凝土强度等级为C30。锚索分为两排，分别设置于-4.5米和-6.5米，每套锚索采用21086#钢绞线，长度为15米，锚孔孔径为150mm，倾角为1015，第一排锚索锚固段长度为12.9米，第二排锚索锚固段为13.6米；索粱为218b槽钢，注浆采用二次注浆法，水泥采用普硅42.5水泥，水灰比0.40.5。按支护方案开挖后，南侧边坡距旧建筑物为5.3米，东侧边坡距旧建筑物为5.45米，西侧边坡距公路为3.5米。没有破坏旧有建筑，也基本满足施工场地需要。二、革新内容及创新点预应力锚索护壁桩支护法。1、人挖孔护壁桩加预应力锚索支护法原理：人挖孔灌注桩和预应力锚索通过锁梁形成二元挡土围护结构，该支护体系通过整体刚度来控制基坑变形。一方面通过人挖孔灌注桩进行挡土，另一方面，通过预应力锚锁将支护结构承受的力传递给稳定地层，使锚固体系保持稳定。2、具体做法为：先进行人挖孔灌注桩及冠梁的施工，待桩身砼养护七天后开始基槽开挖，当基槽开挖至第一道索粱设计深度时进行第一排锚索及索粱的施工，注浆养护七天，且达设计强度70%以上后进行张拉，完成后开挖至第二道索粱设计深度，进行第二排锚索及索粱的施工。3、工艺流程：人挖孔灌注桩及冠梁施工锚孔定位钻孔插锚杆第一次注浆第二次注浆锁梁施工张拉封锚施工监测。4、人挖孔灌注桩的工艺流程为：放线、定桩位 挖桩孔土方 护壁钢筋、模板、砼 清理虚土 钢筋笼绑扎就位 浇筑桩身砼 土层采用短镐、锄头、铁锹类工具挖掘，遇坚硬状障碍物或岩层时改为风镐掘进。弃土采用吊桶装载，用人力绞架垂直提升到井口，弃土于离井口1.5m以外。护壁钢筋、模板安装：护壁定型组合钢模装好，然后根据桩孔中心点校正模板，保证护壁厚度、桩孔尺寸和垂直度，按设计配护壁钢筋。然后浇筑护壁砼，护壁砼标号C20，每节护壁高1m，逐层取土逐层护壁。成孔垂直度偏差不大于0.5%，深度和持力层要达到设计要求。桩径几何尺寸不小于设计值；桩平面偏差5cm；孔底沉渣厚度为零。钢筋笼制作完成经检验合格后，采用25T汽吊直接放入桩孔内。钢筋笼安装完毕验收合格后，进行桩身砼灌注。本工程桩身砼标号为C30，桩身砼采用商品砼一次性浇筑完成不得二次浇筑。桩身砼浇筑完毕后，制作、安装冠梁钢筋及浇筑冠梁砼。5、锚孔定位：锚杆钻机就位时应准确，底座应垫平，钻杆的倾斜角度应用罗盘校核，角度偏差不大于2，高差不超过30mm。6、钻孔：施钻时钻头要对准锚杆孔孔位标识下钻，最大孔位偏差不得大于100mm，初始时应用小功率缓慢钻进，钻进约500mm后，校正钻孔方向，全功率钻进。钻孔深度通过在钻杆上所作标记控制，要求钻孔深度不小于杆体有效长度，并不大于设计孔深200mm。清孔。用一根聚乙烯管复核孔深，并以高压风吹孔，待孔内粉尘吹干净，且孔深不少于锚索设计长度时，拔出聚乙烯管，塞好孔口。7、锚杆加工制作：锚杆自由段采用涂防锈油并外包pvc套管，保证钢绞束与注入的水泥净浆体隔离，在拉力的作用下，锚杆自由段进行充分的弹性拉伸，将预应力有效传递到锚固段。在锚杆制作中，锚杆锚固段设置定位架，定位架间距为1m，外径小于钻孔直径10mm。8、插锚杆：插锚杆工人必须熟悉各个孔的孔向，以便杆体能够一次性顺利插入。插杆要缓慢、匀速，切忌扰动杆体，造成塌孔。9、注浆：注浆管是随着钢绞线一起埋在孔内的，并每间隔0.5m钻一对注浆孔。第一次注浆：注浆压力为0.5MPa，水泥浆液从注浆管底部顺着已扰动的地层充填和包裹锚固段的锚杆。随着灌注的水泥浆液的上升，慢慢拔出注浆管。第二次注浆与第一次注浆的间隔时间在812h为宜。第二次注浆的压力从0.5MPa升至2.0MPa，直到注不进浆液为止。注浆过程采用稳定的低中等灌浆速率，在灌浆全过程中逐渐提高压力，使浆液向土体逐渐扩散。10、锁粱制作安装。索粱采用218b槽钢，槽钢的焊接必须满焊且必须满足规范要求。锁头下垫板厚度为8.5mm，槽钢下角度板为楔形，分为两层，第一层为木质，靠近护壁桩一侧做成弧形，第二层为钢垫板，垫于槽钢与木楔之间。11、张拉锁定。锚杆养护7d后，当锚固体强度大于设计强度的70%时，方可进行预张拉。张拉程序采取如下：先取10%预定轴向力进行预张拉，使各部位紧密接触。张拉时按预定荷载的10%逐级加荷，每级荷载的观测时间在5min以上，并待变形稳定后方可进行下一级荷载的张拉，达到预定荷载并稳定10min后，卸荷至70%预定值锁定。张拉锁定系统事先经过标定，并将油压表的读数换算成张拉压力进行控制。在锁定过程中，采用锚杆预定承载力进行校核，即锚杆按预定承载力100张拉持载5min后按预定承载力的70锁定。三、应用情况及经济效益经老年大学教学楼工程施工实践检验，与不支护放坡开挖相比，可避免拆除旧楼1078.6平方米，避免社会公路的拆除和封闭，少倒运土方2334 m3，同时腾出大量的施工场地，工程按计划完工。计算分析结果如下：按照不支护，高宽比1:0.75放坡开挖，则需要多挖土方约2334 m3，并运至5公里外后山弃土场，并在回填时运回，并机械压实，按目前市场价格计算，每立方米土需89元才能完成上述过程，费用为2334 m389元/m3=20.8万元。拆除拟建建筑物东、南两侧旧教学楼1078.6平米，每平方米损失约为600元，费用为1078.6600元/=64.7万元。拆除拟建建筑物西侧沥青砼公路约223.2并重建，每平方米造价约为186元，费用为223.2168元/=3.7万元。而本工程人挖孔护壁桩加预应力锚杆的支护费用大约为42万。综合计算，可节省费用20.8万元+64.7万元+3.7万元-42万元=47.2万元。同时在腾出了宝贵的施工场地，为工程按期完工打下坚实基础。四、总结预应力锚索护壁桩支护方法具