[12-11 17:01:08] 来源：http://www.tmgc8.com 市政工程 阅读：3817次
一、工程概况
某一能源总厂某一河污水处理站工程调节池截面尺寸49.200m×47.000m,池体结构分为东、西池平底板(1200mm厚) 墙壁、斜底板(1200mm～600mm厚) 墙壁;平底板底标高-9.000m,斜底板底标高-9.000m～-4.600m。根据原设计蓝图要求,池体底板抗浮采用拉力型锚杆,即池体平、斜底板均匀设置 Oslash;180的抗浮锚杆孔,内置5 Oslash;12.0钢绞线,1:2水泥浆灌浆,抗浮锚杆桩桩端进入中风化岩层10m,单根锚杆抗拉拔承载力690KN,共计305根。
考虑到施工周期的影响,施工单位采取了先池体底板结构后抗浮锚杆的反工序施工工法,因此在池体底板结构上先期预留了 Oslash;180预留孔。抗浮锚杆桩在前期试桩施工过程中,由于调节池基坑周边土方全部回填、地下水丰富;再加上池体地质情况复杂,多为破碎的裂隙发育岩体、淤泥质软弱土加固地基,锚杆成孔设备选型不适用;以及池体底板下部的600mm厚砂垫层水系贯通等不利因素,造成施工完成平底板27根锚杆桩后,后续的278根拉力型抗浮锚杆桩无法按照原设计要求组织施工。为此,施工单位与设计单位多次协商,决定修改原池体抗浮设计方案,即调节池池体抗浮采用压剪筒压力型锚杆的设计与施工方案。
二、抗浮锚杆的设计方案
(一)设计思路
调节池底板抗浮锚杆前阶段试桩施工中,采用了锚杆钻岩机潜风冲击锤成孔,最终在施工过程中出现了孔位塌孔、堵孔、钢绞线无法下索等问题,现改用压剪筒压力型锚杆替代原设计的拉力型锚杆进行底板的抗浮设计。
1、本工程前期试桩阶段采用的锚杆钻岩机(ROC460PC-HF)潜风冲击锤成孔,设备选型不适用,如采用XY-100型或150型地质钻机(成孔孔径 Oslash;180、 Oslash;150、 Oslash;90、 Oslash;75),设备工作能力满足现场施工要求。
2、为了达到原设计单孔690KN的锚固力的要求,将原设计的拉力型锚杆改成压剪筒压力型锚杆。原设计的拉力型锚杆的轴向力为拉力,拉力和孔壁剪应力都集中在孔口,为了避免拉力过大,拉破水泥芯柱和剪应力过大,使孔壁与水泥芯柱发生剪切破坏,抗浮锚杆应设计为压剪筒压力型锚杆。它的受力最大点在孔底,不在孔口;由于采用钢质压剪筒,可使锚杆孔壁剪应力峰值减小2.7倍,同时使水泥芯柱的强度大大提高,从而使锚杆的受力端远离破坏。
3、采用压剪筒压力型锚杆抗浮桩体,孔口处增加锚头,从而保证了对水池底板的锚固作用。按照原设计要求,水池底板处的锚固力应大于或等于抗浮锚杆桩的锚固力;水池底板有锚固条件的厚度取1.0m,钢铰线与水泥芯柱之间的粘接力取3.5MPa,钢绞线直径 Oslash;15.24,单根钢铰线锚固力为3500KN/m2×0.0152m×3.14×1.0m=167KN/根,3根钢铰线的锚固力为167KN/根×3根=501KN,由于501 KN<690KN,孔口必须设置锚头锚固。
(二)调节池本体结构上浮力、抗浮力计算
1、计算的基本参数
(1)根据GB50086-2001规范表4.2.5-3锚索锚固体设计安全系数取K=1.8。
(2)根据CECS22:2005规程表7.5.1-2土体孔壁与水泥芯柱粘结强度取50KPa。
(3)根据CECS22:2005规程表7.5.1-1岩体孔壁与水泥芯柱粘结强度取500KPa。
(4)根据CECS22:2005规程表7.5.1-2砂垫层和岩石0.5m以上孔壁与水泥芯柱粘结强度取250KPa。
(5)根据场地岩土工程报告土体内摩擦角φ取160、C取30Kpa。
2、计算思路
考虑计算方便,先分区计算,然后整体平衡锚固力,最终总体锚固提供的抗浮力满足设计要求。
(1)水池总面积:49.2m×47m=2312.4m2
(2)平底板面积:31m×37.2m=1153.2m2
(3)斜底板面积:2312.4m2-1153.2m2=1159m2
(4)平底板总上浮力:10KN/m3×(9.0m-1.2m)×1153.2m2=89950KN
(5)斜底板总上浮力:10KN/m3×(6.8m-0.9m)×1159m2=68381KN
3、平底板抗上浮力计算
(1)已施工成索27孔锚索提供的抗浮力:690KN/索×27索=18630KN
(2)底板自重提供的抗浮力:(25KN-10KN)×0.9/m3×1153.2m2×1.2m=18682KN
(3)底板外延部分提供的抗浮力:(25KN-10KN)×0.9/m3×2.0m×96.2m×1.2m=3117KN
(4)底板外延部分上部土体重量提供的抗浮力:10KN/m3×2m×96.2m×7.8m=15007KN
(5)土体粘结力抗剪提供的抗浮力:30KN/m2×7.8m×96.2m=22511KN
4、斜底板抗上浮力计算
(1)斜底板自重提供的抗浮力:(25KN-10KN)×0.9/m3×0.9m×1159m2=14082KN
(2)前期施工锚索提供的抗浮力:690KN/索×2索=1380KN
5、钢筋砼墙重提供的抗浮力:114757KN-34596KN-26078KN-5772KN
=48129KN
(砼结构总重)(平底板砼重) (斜底板砼重) (外延底板砼重) (墙重)
6、结构总抗浮力www.tmgc8.com
18630KN 18682KN 3117KN 15007KN 14082KN 1380KN 22511KN=93410KN
7、水池底板总上浮力:89950KN 68381KN=158331KN
8、锚索必须提供的锚固力:(158331KN-93410KN)×1.8=116858KN
(三)抗浮锚索锚固参数设计
1、平底板锚索设计177孔,前期已完成27索,还余150孔。所余孔参数设计如下:
钻孔直径75mm,周边94个孔孔深4.5m,中部56个孔钻孔深6.5m。0～1.0m孔壁粘结力取250Kpa,底板下1～6.5m孔壁粘结力取500Kpa。
周边孔单索锚固力:0.075m×3.14×(250KN/m2×1.0m 500KN/m2×3.5m)=471KN/索
周边孔总锚固力:471KN/索×94索=44274KN
中部孔单索锚固力:0.075m×3.14×(250KN/m2×1.0m 500KN/m2×5.5m)=707KN/索
周边孔总锚固力:707KN/索×56索=39592KN
2、斜底板锚索设计
斜底板原设计122孔,前期已施工完成施工2索,还余120索。
所余孔参数设计如下:
(1)斜底板与平底板交界处29个孔,按岩锚设计钻孔直径75mm,钻孔深5m,孔壁粘结力取400Kpa,
单索锚固力:0.075m×3.14×400KN/m2×5m=471KN/索
总锚固力:471KN/索×29索=13659KN
(2)斜底板其余91个孔按土锚设计
钻孔直径180mm,钻孔深8m,孔壁粘结力取50KPa。
单索锚固力为:50KN/m2×0.18m×3.14×8m=226KN/索
总锚固力:226KN/索×91索=20573KN
3、锚索总锚固力
44274KN 39592KN 13659KN 20573KN=118098KN
由于118098KN>116858KN,故锚索设计参数可取。
(四)压剪筒压力型抗浮锚杆参数设计
1、平底板岩锚参数
(1)孔径75mm,周边94个孔孔深4.5m,中部56个孔钻孔深度6.5m。
(2)周边孔单索锚固力471KN,中部孔单索锚固力707KN,预应力250KN。
2、斜底板岩锚参数
(1)孔径75mm,孔深5m,锚索数量29索。
(2)单索锚固力471KN,预应力250KN。
3、斜底板土锚参数
(1)孔径180mm,孔深8m,锚索数量91索。
(2)单索锚固力226KN,张拉预应力150KN。
4、锚索数量、长度
(1)土锚91索,合计:728M;
(2)岩锚179索,合计:932M;
(3)锚索总数:270索,总长度合计:1660M。
5、锚索材料及工艺要求
(1)采用15.24mm钢绞线;规格:7×φ5,强度1860Mpa。
(2)平底板中部56孔锚索采用3根钢绞线,其余214孔锚索采用每孔采用2根钢绞线。
(3)压剪筒采用Ф60×4无缝钢管,长度0.65m/根,共270根。
(4)承压板采用Ф60钢棒加工,外径Ф60,厚度20mm,共270个。
(5)孔口垫板采用厚20mm钢板加工,尺寸220mm×220mm,中孔Ф60,共270个。
(6)Ф10×1.5无缝钢管66M,Ф16×2无缝钢管250M,Ф5.5~6.0圆钢150k
(7)钢绞线钢绞线护套塑料软管,内径18mm,总长度4698m。
(8)锚索注浆采用倒退式注浆,注浆用砂浆,水灰比0.4～0.45,强度30Mpa。
三、抗浮锚杆的施工
(一)施工工艺
1、抗浮锚杆(压剪筒压力型锚杆)的工作原理
本工程采用压剪筒压力型锚索,原理如下图:
水泥芯柱与孔壁全长粘结,钢绞线与水泥芯柱无粘结。施加给钢绞线的拉力(预应力)通过承压板转换成压力传给压剪筒,从而实现压力筒与水泥芯柱轴向受压。由于压剪筒是钢质的,其强度与水泥相比提高了3倍,同时压剪筒也将钻孔壁剪应力峰值降低2.7倍,通过上述压剪筒压力型锚索作用原理可以看出,在同样大小预应力条件下压剪筒压力型锚索比拉力型锚索可靠(详见图-1压剪筒固定端、图-2锚索锚固端所示、)。
图-1锚索锚固端图-2压剪筒固定端
2、钻孔
(1)土锚孔:土锚孔设计孔径180mm,深度8m,土锚孔钻到设计深度时全长采用泥浆护壁。
(2)岩锚孔:岩锚孔有三种深度,即4.50m,5.0m,6.5m,岩锚孔开孔采用180mm钻头,到中风化岩顶,改换75mm孔,180mm孔采用水泥浆护壁,75mm孔是否采用水泥浆护壁根据取芯状态而定,如果取土困难,采用水泥浆胶结,二次钻孔。
(3)对于原平底板已经钻过的150孔,采用直径180mm钻头重新取芯,如果原碎渣无法取出时,先采用水泥浆注浆(或掺水玻璃),再取芯。
3、注浆
(1)锚孔注浆采用倒退式注浆,注浆泵型号VB-3型,注浆时注浆管与钢绞线一同置于孔底,注浆量达到2/3时提出注浆管长,直到注满孔提出全部注浆管,经过3～4小时进行补浆,补满孔为止。
(2)注浆水泥425#,水灰比0.4～0.45,强度30Mpa。
(二)施工机具及主要材料
表1、锚索、注浆、张拉施工主要机具表
序号 机具名称 型号 数量 单位 用途
1 地质钻机 XY-100型 2 台 锚索造孔
2 水泥浆搅拌机 J1-250 1 台 锚固水泥浆搅制
3 注浆泵 UB3型 1 台 锚索注浆
www.tmgc8.com4 制索机 1 台 锚索制作
5 千斤顶 YC-25 1 台 锚索预应力张拉
6 千斤顶 YC-50 1 台 锚索预应力张拉
7 切割机 2 台 加工锚索
8 电焊机 BX1-400-2 2 台 焊接锚杆锚头
9 手推车 3 台 人力运输
10 水泵 4 台 钻孔、清孔、排泥浆
11 油压泵 ZB4-500 1 台
12 存浆、输浆器管路 1 套 储浆、输浆
表2、主要材料用表
序号 材 料 名 称 规格 单位 数量
1 水泥 425# 吨 358
2 钢绞线 Ф15.2(1860型) m 4650
3 无缝钢管 Ф10*1.5 m 66
4 无缝钢管 Ф16*2.0 m 250
5 无缝钢管 Ф60*4.0 m 300
6 圆 钢 Ф5.5~6.0 kg 150
7 钢 板 厚度:20mm m2 18
8 圆 钢 Ф60 m 90
9 钢绞线护套管 适用钢绞线外径15.2mm,
材质:塑料波纹软管 m 4698
10 黄油 kg 180
(三)施工措施
1、调节池东、西池的抗浮锚杆施工自上而下,先斜底板后平底板,抗浮锚杆的成孔采用2台100型地质钻机(详见图3、图4所示),注浆采用UB3型注浆泵,水泥浆护壁成孔。
图3调节池平、斜底板布置 图4地质钻机钻孔
2、施工工序:钢绞线下料→钢绞线端头固定器张拉紧固→压剪筒与钢绞线组装→锚孔定位→钻机成孔→下索灌浆(补浆)→锚索养护→锚索后期的预应力张拉、封锚。
3、钻机就位开钻施工过程中,根据底板下土层地质情况控制成孔钻进速度,防止孔位塌孔、偏孔、斜孔;对于平底板岩锚的破碎岩体采用钢齿牙轮钻头套取,同时在清孔过程中利用护壁泥浆循环带出桩体沉渣;对于斜底板的土锚则先采用硬质合金三翼钻头钻进,护壁泥浆清孔。
