预应力锚索桩板墙锚固技术应用

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  [摘 要]文章结合工程实例,详细介绍了预应力描索桩板墙锚固技术应用及参数选择、施工工艺、施工流程及保证措施。
  [关键词]预应力 锚索桩 锚固技术
  中图分类号:U213 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)25-0142-02
  预应力锚索桩锚固是由钢筋混凝土锚固桩,钢筋混凝土挡板及预应力锚索组成的支挡建筑物。它是通过钻孔注浆将锚索一端固定于深部稳定土层中,另一端与穿过滑体在滑床的一定深度处锚固的钢筋混凝土锚固桩联结,在桩面上通过张拉产生预应力,利用锚固在稳定土层中的预应力锚索锚固段锚索体与土层之间的摩擦力和锚固桩的支承力,使滑动体处于压紧张态,约束土体变形,保持土体稳定,从而构成锚固桩、挡板、土体和预应锚索体连结可靠,互相制约整体结构。现将南水北调中线干线工程S19标(DK307+000~312+790.6)扩堑支挡工程中应用的这一施工技术及工艺方法总结如下。
  1 工程概况
  南水北调中线干线工程S19标3度带桩号范围为307+000~312+790.6位于河北省曲阳县境内的支曹村、南杏树村及辛庄村等附近,工程区为华北冲积平原,地形总体平坦。沿线范围内地面高程66.0m~79.0m。标段范围内处于倾斜平原,其间夹河流地貌。地震动峰值加速度为0.05g,相当于地震基本烈度Ⅵ度区。工程区域内地下水的类型主要为孔隙水,主要赋存于第四系全新统的砂土及砾卵石含水层中。地下水埋深一般9.5m~15m,多属潜水。南水北调中线干线工程S19标扩堑支挡工程中应用:低山区,植被较发育,自然坡度约20~30°;地层为第四系残坡积砂粘土夹碎砾石,硬塑~半干硬,Ⅲ类土,地下水发育。为防止边坡严重溜坍,将原设计浆砌片石挡墙、护坡及骨架护坡,部分挡墙加高加厚,最厚达4.0m,挡墙顶最高处达10.8m,变更为预应力锚索桩板墙。
  2 工程措施
  为确保南水北调中线干线工程S19标扩堑支挡工程质量,设置预应力锚索桩板墙。桩型七种共45根,桩间距5m(中一中);板分四种板型,共726块;预应力锚索100根,锚索孔直径110mm,底部扩孔直径350mm,扩孔长度5.0~8.0m,预应力锚索长27.5~35.5m,累计总长3410m,预应力锚索设计吨位33~70T,施加预应力165.9~397.5KN。编号为1~18号和40~45号锚固桩桩长为12~16m,桩截面2.0m×2.25m,其中10~18号和40~45号锚固桩桩顶以下1.0m处设一根向下倾角为13°的预应力锚索;编号为19、20、38、39号锚固桩桩长为20m,桩截面为2.5m×2.75m,于桩顶以下1.0m和4.0m处分别设两根向下倾角为13°和20°的预应力锚索;编号为21~26号和32~37号锚固桩桩长为23~24m,桩截面2.5m×3.0 m,于桩顶以下1.0m和4.0m处分别设二排四根向下倾角为13°和20°的预应力锚索,每排两根,间距1.0m;编号为27~31号锚固桩桩长为28m,桩截面2.5m×3.0m,于桩顶以下1.0m、4.0m和8.0m处分别设三排六根向下倾角分别为13°、20°、20°的预应力锚索,每排两根,间距1.0m 。
  桩采用C20混凝土现场浇注,路肩以上部分于桩两侧设0.4m×0.3m之牛腿。
  板采用C20混凝土现场预制的槽型板,板高0.5m,支承于桩侧牛腿上,板背设砂夹砾石反滤层,厚0.5m,板下设0.4m厚C15混凝土条形基础。
  3 施工方法及保证措施
  3.1 施工顺序
  首先进行锚固桩施工,锚固桩施工完毕后,拆除桩前旧挡墙及护壁至锚固桩上端第一排锚孔位置(满足钻机操作要求)后,进行预应力锚索施工,待顶排预应力锚索工程的锚孔成孔、锚索就位安装、锚固段注浆、外锚墩浇筑、预应力张拉等工序全部完成后,再向下拆除桩前挡墙及护壁至锚固桩上第二排锚孔位置。按上述工序循环直至预应力锚索完工,桩前挡墙及护壁拆至设计标高。最后浇注板下基础,安装钢筋混凝槽型板。
  3.2 锚固桩施工
  3.2.1 桩身开挖
  为避免邻近孔洞同时开挖的相互影响,施工时应跳桩开挖。根据地质情况和施工条件,采用人工开挖,必要时风镐配合,出土用卷扬机提吊,井顶搭设提升架,井外用双轮车运输。施工时先于孔位开挖1.0m深,然后立模灌注第一节钢筋混凝土锁口护壁,待混凝土强度达到要求后,井顶搭设提升架,以后每开挖1~2m深后紧跟立模安放钢筋及灌注护壁混凝土。挖土时先挖中间部分,后挖护壁之下部分。挖护壁之下土应交替错开进行,并设支撑,还应注意混凝土与土的接触面粗糙,增加摩擦力,以防护壁下沉。在灌注护壁混凝土时,护壁混凝土与土体应紧密接触,不得留有空隙,并按设计位置、倾角留出预埋Ф154mm锚孔钢管的孔洞。
  桩孔成孔后,对锚固桩悬壁段(锚固桩外露部分及装板位置)护壁面进行修整,平整后钉胶合板,刷脱模剂,以便于以后护壁拆除和拆除护壁后桩面平整光洁。
  3.2.2 钢筋笼制作
  桩身正面背面主筋为Ф28Ⅱ级钢筋,两侧主筋为Ф16Ⅰ级钢筋,箍筋为Ф12Ⅰ级钢筋。由于钢筋笼过长,井口距电化接触网路太近,采用井外制作起吊下放的方法起吊困难、危险性大、易变形,因此,钢筋笼采用井内现场进行焊接绑扎制作,即:竖向筋在井内用电碴压力焊对接,箍筋按设计要求在井外加工好放入井内,然后按设计尽寸及配筋在井内边焊接边进行绑扎,直至钢筋笼制作完毕。竖向筋接头上下错开1m,同一截面接头不超过50%。
  3.2.3 桩身混凝土灌注
  混凝土运输采用混凝土输送泵进行,插入式振捣器捣固。混凝土搅拌时必须按泵送混凝土配合比配料,并参外加剂,坍落度要求在18~20cm,石子粒径控制在40mm以内。混凝土灌注应一次性完成,每一捣固层厚度不超过30cm。如因故必须分节灌注时,工作缝应避开滑动面及钢筋接头1.0m的薄弱范围,接头处理严格按照规范要求办理。桩的浇注过程中,按照设计锚孔的位置、倾角准确预埋Ф154mm钢管。   3.3 预应力锚索施工
  3.3.1 搭设钻机作业平台
  利用拆除后的挡墙顶平面搭设钻机作业平台。作业平台采用直径40mm的钢管搭设,搭设要平稳牢固,并定期检查脚手架的安全状况。
  3.3.2 钻孔作业
  锚索孔采用QZ-100K潜孔钻机,配20m3/min内燃空压机,风动干钻成孔。钻机就位前先对已预埋在桩上的钢管位置、倾角进行检查,符合要求后把钻机牢固安装在作业平台上,并对锚固桩面进行防护,防止钻孔注浆时污染桩面。为提高锚索体与土体间的抗剪强度,采用二次成孔,即第一次成孔采用干钻风压洗孔,孔深至设计深度后提出孔内钻具;第二次置换扩孔钻头对锚孔底部设计扩孔长度进行扩孔作业。钻孔作业时应定时检查孔洞前进方向的偏移情况,以便及时采取措施,确保孔位正确,并记好钻入孔内的钻杆节数,以钻入孔内的钻杆长度核准钻孔深度。钻孔过程中,严禁水冲,钻孔完成后,用高压空气(风压0.2~0.4MPa)将孔中岩粉及水全部清出孔外,以免降低水泥砂浆与孔壁土体的粘结强度。
  钻孔作业如遇塌孔,应立即停钻进行固壁灌浆处理(灌浆压力0.1~0.2MPa),注浆36小时后,重新扫孔钻进。如达不到效果,可采用套管跟进成孔。
  3.3.3 安装锚索
  锚孔成孔后,应及时安装锚索。安装锚索时,注浆管从锚索对中支架中间插入随锚索同时送入,边送边接长注浆管,并对锚固段对中支架之中点锚束进行捆绑(钢绞线不能与注浆管绑死)。锚索运输及安装时,各支点间距不得大于2m,转弯半径不小于10m。
  3.3.4 锚固段注浆
  锚孔内灌注300号水泥砂浆,水灰比0.4,灰砂比1:1,加入0.05%的早强剂三乙醇胺。注浆泵选用2SNS型,注浆压力保持在0.1~0.2MPa。锚孔全长的整根注浆管由多节短注浆管丝扣连接组成,注浆管采用直径38mm的钢管。注浆采用孔底返浆法进行,边注浆边拔出注浆管,连继注浆直至把锚固段孔注满。
  锚固段注浆位置采用电阻法控制,即:下索时在锚固段尾部钢绞线上系一导线,并用绝缘胶布使导线和钢绞线分离绝缘,导线随锚索伸出孔外接在万用表正极上,万用表负极接到孔外锚索钢绞线上,万用表调到欧姆档,当砂浆注到锚固段尾时,因砂浆是导电体,导线和钢绞线形成通路,万用表表针转动,即证明锚固段孔已注满。另外,计算锚固段所需砂浆量和实际注浆量进行比较,检查锚固段注浆效果,以便及时采取措施,确保锚固段注浆质量。
  3.3.5 外锚墩浇筑
  预应力锚索锚固注浆后,即进行锚墩施工。施工时先用风稿把锚固桩预留孔周围0.65×0.65m锚墩范围内桩身凿毛,然后装模安放钢筋,灌注C30混凝土。外锚板连同OVM锚垫板、孔口定位铁管、钢垫板和排气管一起现场浇注,承压面与锚孔轴线应保持垂直,其误差不得大于0.5°,垫板孔道中心线与锚孔轴线必须重合。
  3.3.6 张拉锁定
  张拉作业前,按规定对张拉千斤顶、高压油泵、压力表进行标定,并绘制压力表读数——张拉力关系曲线,以指导现场张拉作业。
  当浆液和混凝土外锚墩强度达到15MPa后,即可进行对预应力锚索的张拉。单根张拉千斤顶用YCQ24型。成束张拉千斤顶采用YCW100-200型,其张拉力为100T,张拉行程200mm,工作油压50MPa,穿心直径160mm。高压油泵采用ZB4-500型,该泵为电动,额定油压为50MPa,油表配用压力为50MPa,精度要求为1.5级。高压油泵采用高压橡胶管。
  在成束张拉作业前,先用YCQ24型千斤顶对钢绞线分别进行单根预紧,张拉5%的设计张拉力,使钢绞线受力均匀。锚索正式张拉前,用0.1~0.2倍设计轴力预张拉1-2次,使其各部位接触紧密,锚索完全平直。锚索张拉力分六级进行,即按张拉力的10%、25%、50%、75%、100%及115%逐级施加预应力,除最后两级各需稳定15分钟外,其余各级每次需稳定5分钟,并逐级记录预应力锚索的伸长值。单桩两根锚索并排时,应同时张拉,先对两根锚索进行预紧,然后轮流按设计张拉力的10%、25%、50%、75%、100%及115%逐级施加预应力。当最后一级施加预应力稳定后,即将锚索锁定。
  由于锚索滑移钢绞线松驰,土体蠕变,锚固桩变形及温度变化的原因,而引起预应力损失,所以在锚索张拉6-10天后,用千斤顶整体补偿张拉至设计吨位,最后锁定。
  控制张拉时千斤顶的顶力采用两种控制方法,即:第一种方法是用千斤顶的油压表与顶升力控制锚索拉力,用部分锚索安装的测力计来检查锚索受到的拉力;第二种方法是测量锚索的伸长量来核对张拉力。
  3.3.7 张拉段注浆
  张拉段注浆浆液与锚固段相同。注浆方法:从预留孔插入注浆管,直至管口进到锚固段顶面约50cm,然后开始注浆,边注浆边向外拔注浆管,直至孔口溢出与注浆端浓度相同的浆液。24小时后补浆封口。
  3.3.8 封锚
  用砂轮切割机从锚具外5cm处切断钢绞线后,在钢垫板及锚具外覆盖厚度不小于5cm的水泥砂浆保护层。
  4 结语
  预应力锚索桩板墙,较传统挡护可节省大量土地和圬工,并且具有造型美观、适应性强、施工干扰少、不危及邻近建筑物安全等特点,有较好的社会、技术、经济效益。钢筋笼竖向筋采用井内电碴压力焊对接;拆除挡墙采用浅孔台阶松动控制爆破,技术可靠,工程完工后,经多次检测土体稳定,各项指标均符合国家有关规定和要求,受到了建设单位和监理等各方的好评,为同类工程施工积累了经验,具有较好的推广应用价值。
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