土层锚杆基础的设计与施工.pdf

收稿日期:2001?09?01第 10 卷第 2 期安徽建筑工业学院学报(自然科学版)Vol.10 No.22002Journal of Anhui Institute of Architecture2002土层锚杆基础的设计与施工李大华(安徽建筑工业学院土木工程系?合肥 230022)?杨?雷(安徽省建筑设计研究院?230001)摘?要:安徽国际会展中心是一座大型的综合性建筑,其设计 轴和!轴的 V 形柱下的基础结构复杂,本文介绍这种复杂基础的施工方法和施工中对一些技术问题的研究和处理措施。关键词:V 形钢柱,人工挖孔桩,土层锚杆等中图分类号:TU741?工程概况?安徽国际会展中心是一座集国际会展、展览、展销及商务活动等为一体的大型综合性建筑,工程占地125 亩,建筑面积 49500m2,预算总造价为 3?85 亿元,列为省重点工程。该工程地下部分主要是钢筋混凝土结构的大型停车场,地上部分为钢框架结构的展厅和会厅。建筑设计方案采用国际招标,法国欧博建筑与城市规划设计公司方案中标,并与安徽省建筑设计研究院合作完成施工图设计。上海浦东建设集团为施工总承包方。由于该建筑物的造型独特,东西两立面悬挑跨度巨大,西立面 轴线以外挑出 20m,东立面!轴线外挑出 12m,所以设计竖向结构为?500(?=25mm)的无缝钢管焊接而成的 V 型钢柱,如图 1 所示。图 1?!轴剖面示意图根据 SAP-93 软件计算结果显示,V 型钢柱传给基础的荷载,除垂直荷载外,尚有较大水平荷载。以!轴线为例,中部承台面承受的最大水平剪力为 783 2=1566kN,而承台与基柱协同工作和土的弹性抗力(偏于安全考虑)只能够承受约 650kN 的水平荷载,尚有 1566-650=916kN 的水平荷载,为此设计考虑采用锚杆基础。土层锚杆作为一种新型受拉杆件,它的一端与结构物的基础联结,另一端锚固在地基土层或岩层中,可承受结构物的上托力、拉拔力、倾侧力和水压力等,较好地维持结构物的稳定,从而可以减少基础埋深。因此,经多方论证,认为采用人工挖孔桩和土层锚杆相结合的基础形式(如图 2 所示)最经济合理。?(a)平面图?(b)I?I 剖面图1?500 25V 形钢柱;2?土层锚杆;3?M 68;4?人工挖孔桩;5?C25 桩承台;6?JM15 系列锚具;7?C30 短柱;8?-1200 800 35 预埋钢板图 2?锚杆基础2?土层锚杆设计考虑承台尺寸和锚杆间距不小于 1?5m 的规范要求,水平力较大一侧拟采用 4 根锚杆。由于设备地沟和地下室底板的标高限制,结合现场土质分布情况,为保证锚固段进入#层粘土和锚杆上覆土不小于4m,确定锚杆倾角!=30,自由段长 Lf%8?7m。土的抗剪强度 的计算公式如下:=K0?htg#+C(1)根据地质报告资料显示 K0=0?5、土的重度?=19?9kN/m3、土的内摩擦角#=13?39、土的粘聚力 C=62?01kPa,初选覆土高度 h=10m,按公式(1)计算得=85?7kPa。锚固段长度 Lm 计算公式如下:Lm=K&T/&D&(2)式中 T 为每根锚杆承载能力(上拔力)T=916/4&cos30=264?43kN,D 为锚孔直径,取 D=0?2m,K 为安全系数,永久性锚杆 K=2?2。经计算得 Lm=10?81m。锚杆总长L=Lm+Lf(3)实取 Lm=11?5m,Lf=9?29m,锚杆总长 L=20?79m,水平投影长度 L 1=18m。锚索计算:选钢绞线 7?j5 为一束,每束强度设计值 200 0?8=160kN/束,根据公式n=K&N/As&fptk(4)n=2?2 264?43/160=3?64(根)实取 n=4 根。现场抗拔试验证明,锚杆的抗拔力均大于设计值,满足结构稳定要求。由于该基础结构复杂、工序多,通过研究确定采用如下施工程序:人工挖孔桩 土方开挖C10 垫层 C25 混凝土承台土层锚杆 预埋铁件安装固定 承台二次17第 2期李大华,杨雷:土层锚杆基础的设计与施工浇筑混凝土锚杆张拉锚固、注浆 V 形钢柱安装固定。3?土层锚杆施工土层锚杆施工在承台混凝土浇筑 28d 后进行,在承台施工时按设计角度预埋?219 5mm 的焊接钢管做锚杆孔,混凝土承台做为土层锚杆施工时的工作面。(1)锚杆施工采湿作业成孔一次注浆工艺。工艺流程:移动钻机就位 安钻杆校正孔位调整倾角 打开水源并钻孔、泥浆循环携砂扩孔 清孔 拔出钻杆插放钢绞线束及注浆管注浆 养护 锚杆抗拉性能试验张拉锚固。(2)锚杆采用 4 j15 通过分割器(隔离件)组成,分割器间距为 1?0m 1?5m,锚杆端部做成轧花球头,为便于将锚杆插入锚孔,4 根轧花球头固定在-40 2?5 钢板焊成的锥形锚头上形成一体。自由端外套塑料套管,套筒内钢绞线做防锈处理。(3)钻孔选用 ZG63 型钻机,为控制好角度,用钻孔测斜仪测定好钻孔方向后,用 4 个膨胀螺栓将钻机固定在混凝土承台上,以防止钻机因受振移动而导致钻杆偏差。由于表层土粘性较大,泥浆循环不易带出,阻碍了钻进速度和成孔质量,为此通过反复提出钻杆,将钻头淤积的泥土清理干净后继续钻进。扩大头采用水冲成型。钻孔时控制泥浆比重在 1?0 1?15 之间。(4)注浆采用 42?5 普硅水泥配制水泥浆,W/C=0?40 内掺 0?3%木质磺酸钙。注浆前确认钻孔内淤泥已基本清除干净后,方可插入锚杆(注浆管随锚杆一同插入),用清水反复冲洗孔内泥砂,直到孔口溢出清水为止,然后采用活塞型压浆泵一次连续注浆,注浆压力为 0?3 2MPa。(5)张拉锚固,当土体内锚固段的浆液和台座混凝土强度达 15MPa 后,采用 YC60 型千斤顶进行张拉,为减少锚杆上拔力对承台的垂直压力,每束钢绞的张拉控制力为 100KN。(6)由于基坑开挖后,锚杆出承台入土处的表面覆土很浅,且覆土因雨水浸泡而酥松,钻孔时松土在循环泥浆压力作用下全部掏空,泥浆从表面冒出,致使孔径增大,不但大大增加水泥用量(预计一个孔需水泥 22 25 袋,但实际一个孔达 35 袋),有时还出现塌孔,施工无法正常进行,这是锚杆施工中遇到的最大障碍。鉴如此,我们采取了如下处理措施,即在覆土表面浇筑一层厚150mm 的 C15 混凝土覆盖层如图3,堵住浆液上冒,效果良好。1?219 5mm 的预埋钢管(用于做土层锚杆);2?4 j15 钢绞线土锚杆;3?C25 桩承台;4?用于防止浆液上冒的 C15 混凝土覆盖层 150 厚图 3?基坑锚杆承台及 4CGM 二次灌浆示意图4?结束语V 形钢柱与基础之间采用 M64 螺栓连接,为保证如此粗大的螺栓位置准确,在浇筑承台上台阶混凝土时,用角钢做固定架,将地脚螺栓安置在与基础模板分开的固定架上,然后浇筑混凝土。为保证地脚螺栓螺纹不受损伤,应涂黄油并用塑料套筒保护。18安徽建筑工业学院学报(自然科学版)第 10 卷为保证 M64 地脚螺栓和支承钢板下混凝土密实饱满,在浇上台阶柱脚混凝土时分两次进行,第一次浇筑至设计标高下 80mm 处。2d 后采用 CGM 高效无收缩灌浆材料进行二次灌浆。该锚杆基础在施工中设计与施工密切配合,由于各项技术和组织措施及时合理,施工环环相扣,既保证了工程质量,又加快了工程进度,取得了良好的技术经济效益。参考文献1?余志成,施文华.深基坑支护设计与施工.北京:中国建筑工业出版社,1997:50-802?中国建筑工业出版社编辑部.现行建筑施工规范大全.北京:中国建筑工业出版社,1998:74-783?上海建工集团总公司编.上海建筑施工新技术.北京:中国建筑工业出版社,1999:43-504?彭振斌.锚固工程设计计算与施工.北京:中国地质大学出版社,1997:25-33THE DESIGN AND CONSTRUCTION OFFOUNDATION WITH EARTH ANCHORLi Dahua(Dept.of Civil Engineering,Anhui Institute of Architecture,Hefei,230022)Yang Lei(Anhui Provincial Institute of Architectural Design&Research,Hefei,230001)Abstract:Anhui International Convention&Exhibition Center is a large-scale comprehensive construction.T he foundation structure of the steel pipe V-Columns at the axial lines of and!is quite complieated.T he construction methods of this complex foundation and measures to deal with some technical problems inconstruction are presented in this paper.Key words:Steel pipe V-column,Artificial pile,Earth anchor19第 2期李大华,杨雷:土层锚杆基础的设计与施工