高填方区即做即用型水平向预应力管式锚索初探

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1、第2 期 2 0 0 9 年6 月 岩土锚固工程 Y A N T U M A O G U G O N G C H E N G NO 2 J u n 2 0 0 9 高填方区即做即用型水平向预应力 管式锚索初探 林金福 张杰。 徐 国民 ( 1西南有色昆明勘测设计 ( 院 )股份有限公司 2玉溪大红山矿业有限公司) 摘 要 本文就一种新型锚索水平向预应力管式锚索的构建形式、作用原理、受力机理以及设 计施工中应该注意的一些问题作了初步探讨，仅供同行讨论，其中可以预见和没有预见的诸多问题需 要实践证明和在实践中进行认识、总结和改进。 关键词 即做即用管式锚索分散型锚固力压实填土 1 前言 边坡 治理

2、 工程 方案 设计 与工程 实施 中 ， 常常会遇 到一 些特殊情 况 ，而这 些特殊 情况 又往往 需要采 取非常规 的手 段来 解决 。非 常 规 手段 往往又是 不成 熟的 ，或者 是没有 类似 经验可 以借鉴而 在理论 上又 是成 立的或者 是 可 以诠释 的 。特 殊 问题 的解 决 ，常常需 要创 新的思维和工程手段 ，因此 ，解决问题过程 的本 身就意味 着可能要 去 思考一 种新 的工艺 方法。 “ 预应力管桩锚索”这一方法就是在 解 决某 高填方 边坡 治理 工程 桩锚 支护 结构的 锚素 问题 中提 出来的 。 2 预应力管桩锚索产生的背景 2 1 边坡条件 某工程 建设

3、于 由斜 坡 经挖填 整平 而成 的 台阶 状场地 上 ，其 中电力设 施总 降 系统 位于l 7 6 6 m平台上 ，其下 为l 7 4 4 m平 台。总降 系统前沿边坡所在地段填土前斜坡原 始标高为 l 7 4 0 m左右 ，斜坡坡 度l 0 2 5 。不等 ，1 7 4 4 平 台至1 7 6 6 平台间高差2 2 m。l 7 6 6 平台西段边坡 全 由填方组成 ，累计填土 厚度最大达2 6 m。 由 于用地原因，填方边坡以直立坡为主。填土料 为挖方区全 强风化玄武岩及其残坡积土。 2 2 原设计 与工期 原设计采用的支护结构形式为锚拉桩板墙 ， 由于桩板墙后为大范围的厚大填土 ，要采

4、用斜锚 将锚索置于稳定地层中的难度较大 ，故原设计采 用了墩式水平拉锚 ，将锚墩置于稳定区域的填土 中，利用填土的强度提供锚固力 ( 如图1 )。 车 r 1 6 m 1 5 2 4 钢 绞 线 L = 3 0 l I N = 7 5 0 K N 一 蓍 L 7 J 1 6 i 5 2 4 锕 粳 艘1 ： 2 7 I 7 5 o m 15 2 4 钢 致 线 L ；2 钿 N = 7 5 0 K I 由1 5 , 2 4 钢绞盐 L = 2 5 N = 7 5 0 K J 狡婀挡土扳 _ -_ _一 、 原地面线 、 、 l 7 4 lh 、 匦 一一 一 B 型抗滑桩( 2 - x 1 )

5、 1 1 5 1 ， 图1 填方 区水平墩式锚拉抗滑桩板墙支护 支挡桩施工完成后 ，由于总 降系统建设工 期要提前完成 ，建设方要求2 2 m高的场地填方 必须在2 5 天以内完成 ，如是 ，仅四排拉锚之锚 墩龄期一项就不可能满足工期要求 ，因此 ，必 须想出一种 即做即用不误填土施工 、满足工期 和锚 固力要求的锚 固方法。 2 3 设 计变更 预 应 力管桩 从生 产 到投 入使 用对 时 间要 求较短 ，而且多数厂家都有现成产品 ，可以现 买即用。若将锚索用承载板与管桩连接在一起 埋在压 实填土 中，即可做成压力型锚素 ，这种 锚 索结 构施 工安 装方 便快 捷 ，可以 实现 快速 锁

6、定 ，几乎不影响填土施工速度 。基于上述思 考 ，决定将原设计的墩式拉锚改为预应 力管桩 锚素，待填土填到设计标高时进行锚索安装。 3 预应力管桩锚索的构造 4 0 第2 期 2 0 0 9 年6 月 岩土锚 固工 程 Y A N T U M A 0 G U G0 NG C H E N G N O 2 J u n 2 0 0 9 本工 程原 设计 锚墩 抗 力为 7 5 0 k N，经计 算 ，改为管桩锚索后 ，若采用 5 0 管桩替代 锚 固体 ，锚 固段长度需要2 0 m，可用两节 1 0 m 长 的管 桩制 作成 压 力分散 型锚 索 。锚 固段设 于 经计算 的最危 险潜在滑 移面 之

7、后 1 m之外 ， 钢 绞线 自管桩 内穿过 ，两个 承载 板分 别 与两 节 管桩 的尾 部相 连 。为便 于 填土 碾压 ， 自由 段设 钢 管外 套并 预 置注浆 管 。为 便于 注浆 及 防 腐 ，承载 板及 管桩 端头 均 用快 速凝 结混 凝 土封 包 。之 所 以先做 成 压 力分 散 型锚 索 ，是 为 了 解决 工期 问题 ，即先安 装 好管 桩锚 索 ， 当填土填到下一排锚索安装标高时即可锁定 本排锚索。为 了解决进一步的防腐及管桩与 自由段 钢管 套 的空 心 问题 ，锚索 安 装时 ，锚 固段锚 索 按拉 力 型设 置 ，在完成 压 力分 散型 锚索的锁定后 ，通过预置

8、注浆管注浆，注浆 后 便可 形成 拉 力分 散 型锚索 ，这 样 使锚索 的 防 腐更 可靠 。为 了便于 浆液 充填 饱满 ，锚 素 安 装时 ，做 成 内倾 3 。 5 。的 倾 角 ( 具 体构 造详见 图2 )。 图2 填方区水平向管式锚拉抗滑桩板墙支护 4 预应力管桩锚索的作用原理 4 1 锚 固力的计算 4 1 1 按管桩的摩擦力计算锚固力 若 把 替 代 锚 固 体 的 管 桩 看 作 一 根 水 平 放 置 的桩 体 ，按 建 筑 桩 基 技 术 规 范 ( J G J 9 4 9 4 )规定的抗拔极限承载力标准僖 = g = 0 8 x 2 8 x r c 0 5 x 2 0

9、 = 7 0 4 ( k N) 抗拔力设计值 ： N= U ( ) =7 0 4 ( 1 1 6 5 ) = 4 2 7 ( k N) 4 1 2 按粘结强度计算锚固力 据 建 筑 边 坡 工 程 技 术 规 范 ( GB 5 0 3 3 0 - 2 0 0 2 )，按照地层与锚固体粘结强 度特征值试算锚杆轴 向拉力标准值 ： N。 = lr D f r 6 = 1 氕 0 5 2 0 2 5 =7 8 5 ( k N) 算锚杆轴向拉力设计值： a=Na k r Q： 7 8 5 1 3= 6 0 4 ( k N) 4 1 3 按土层抗剪强度计算锚杆的设计拉力 岩土工程治理手册提 出了两个计算

10、 式 ： 其一 ：按 照土的物理 力学性 质及埋杆埋深 与注浆工艺等计算锚杆轴向抗拉力： P=兀DL ( K r h t a nf P+ c ) ： 7 c 0 52 0 ( 0 5 1 6 5 6 t a n1 2 。+l 5 ) = 8 0 1 ( k N) 其二 ：按照土层的抗剪强度计算锚杆的极 限抗拔力 ： = 冗 现。 T+g A = 7 1； 0 5 2 0 5 0 =1 5 7 1 ( k N ) 式 中 7 r DL T 土层的摩擦抵抗力 ； q A土压抵抗力，忽略。 4 1 4 管桩锚索抗拔力的取舍 上述几种计算方法 ，都是基于土的强度 41 第2 期 2 0 0 9 年6

11、月 岩土锚 固工程 Y A N T U M AO G U G o N G C HE N G N0 2 J u n 2 0 0 9 而 提 出的 ，从计 算结 果可 以看 出 ，采 用桩 的 极限抗拔力计算所得的值最小，而采用粘结强 度和抗剪强度计算所得的锚固力要大一些 ， 根 据管 式锚索 的实 际工作 情况 ，认 为采 用以 抗 剪 强度计算 所得 的锚 固力作 为抗拔 力设 计 值是 有一定 可靠度 的 。关 于压 实填 土的抗 剪 强度 ，曾在 类似工 程类似 填料 的填 方土 中做 过抗 剪强 度试验 ，试验 结果 是 ：重 力密度 v =1 5 3 1 8 8 k l N m ，平均

12、 1 6 5 k N m ； 内磨 擦角( D =1 0 4 2 2 8 。，平均 1 3 8 。；粘聚力 c =1 5 2 2 9 5 k P a ，平均2 0 7 k P a 。本工程锚固 力设计计算取m=1 2 。，c =1 5 k P a ，有可以借鉴 的经验数据为依据。 4 2 内锚段的基本受力状态 本 工程对 锚索 的要 求是 即做 即用 ，不 可 能有注浆凝结的时间 ，根据锚素通过传 力板与 管桩连接后即可受力的特性 ，将锚索做成压力 型，即内锚段的基本受力形式为压力型。 根据计算 ，提供设计锚 固力的锚固段总长 度需要2 0 m，现 目前管桩生产水平和施工的快 捷 ，将锚 固段

13、分为 1 0 m长的两段形成压 力分散 型锚索。 4 3 内锚段的基本受力形态的转换 最 初形成 的压 力分散 型锚 索 的 内锚 段是 无粘结式的，通常认为 ，粘结式内锚段工作可 靠、耐久性好 ，因此 ，在安装锚索时 ，将锚索 按拉力分散型锚索预置 ，待锚索处于工作状态 后进行注浆 ，这样 ，压力分散型锚素就转为拉 力分散 型锚索 ，这是其一 ；其二 ，由于替 代锚 固体的管桩是在新填土 中工作 的，并且是 中空 的 ，注 浆后的拉力型锚素有利于克服管桩 锚索 的 “ 摆尾现象”造 成应 力损失 ，也有利于锚索 的防腐 。 通 过受 力形 态转换 的拉 力 型锚索 ，与常 规工艺形成的拉力型

14、锚素的区别在于 ：锚素的 压力型阶段完成张拉 ，注浆后形成的是 “ 先张 法”拉力型锚索 。 5 需要注意的几个问题 5 1 压 实度 与锚 固力 一般情况下 ，对于作为地基土使用的压实 填土 ，根据拟建场地的特性不 同，压实系数的 要求不同，但一般要求其压实系数 。 很显然 ，相 同的填料压实系数越高 ，填土 的强 度越高 。从前面的计算可以看 出，预应力管桩 锚索的锚固力 ，主要依赖于填土强度 。因此 ， 填土的压实度就显得特别重要 ，填方施工时必 须严格控制 ，分 层压实 。为了有利于压实 ，填 料选择应优先考虑砂砾和土夹 石 ，细颗粒土最 好是含砂粒重的土 ，并严格控制含水量 。其次

15、是填料 的透水性要好 ，不至于雨季期 间形成较 高的地下水位而使桩墙后土压力增加和填土强 度降低 。此外 ，管桩周围l m范 围内最好选择强 度较高的填料 ，以保证填土的强度。 5 2 锚 索注浆与 防腐 注浆的效果影响锚固力与防腐 ，因此注浆 也是锚 固工程至关重要的环节 。本项 目设计为 水平锚 ，不利于注浆的饱满 ，因而改为3 。倾斜 并设排气管。此外 ，本设计每棵锚索有四个对 注浆和防腐不太有利的部位 ，即锚索底部、两 节管桩接头部位、锚固段与自由段交替部位、 锚 索 与挡土 桩的 衔接 部位 ，必须 采取 辅助 措 施 ，确保不漏浆和最终使钢绞线都在浆体的握 裹之中。 5 3 填土的沉降与剪力 由于是厚大的新填土 ，工后沉降是再所难 免的 ，在沉 降比较均匀的情况下 ，填土内的锚 索 ( 主要是两节管桩结合部及锚 固段与 自由段 转换部位 )不至于形成 明显的剪应 力，而 当填 土沉 降较大时 ，在填土与挡土桩结合部可能形 成剪力，剪力过 大时可能 引起浆柱破坏 ，破坏 防腐效果 ，甚至于对锚索钢绞线产生剪切性破 坏 。因此 ，一是要从填土 的压实度方面控制工 后沉降 ；二是桩板墙后尽量 回填砂砾碎石层， 把此部分的