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1、,垂直高边坡挡墙预锚丝杆 单面支模施工技术研究,重庆巨能建设集团建筑安装工程有限公司,随着城市现代化的高速发展，土地资源越发紧缺，新建项目一般都考虑了地下车库，而放坡开挖的条件已不具备了，越来越多的项目开始考虑垂直开挖，其边坡支护难度就比放坡开挖大了许多。加上施工场地狭窄，在地下室外墙施工时如果采用常规的双面模板支撑体系难度会更大，施工质量也得不到保证。为解决这一难题，我公司针对燃气抢险指挥中心工程的具体情况，尝试着采用预锚丝杆单面支模进行挡墙施工，一方面规避了垂直高边坡挡墙传统作法所产生的不良影响，保证施工质量；另一方面还可以对预锚丝杆进行二次重复利用，达到节约工程造价的目的，可谓是一举多得
2、。查阅以往研究资料，对预锚丝杆挡墙面板支模技术的研究不多，经重庆市科学技术信息中心查新报告显示，目前国内未见与该项目创新点和技术要点相同的文献报道。此次研究对于面板支模技术有一定的创新意义。,前言,1.项目基本情况,本工程为重庆燃气抢险指挥中心深基坑锚杆挡墙工程，位于重庆市观音桥街道三湾生产队，地处观鸿大道和渝澳大道，紧邻重庆市鸿恩寺公园及儿童乐园，本工程为重庆市重点工程。此工程位于城市中心，施工场地极为有限，所在本工程设计采取不放坡垂直开挖，建筑物地下室车库挡墙原槽浇筑，不进行回填。经现场勘察该锚杆挡墙周边长约253m，高约21m，边坡立面积约5326平方米。,1.1 工程概况,1.项目基本
3、情况,场地属构造剥蚀浅丘地貌，地形呈台阶状陡坡状，总体上南高北低。根据地质资料，场地为粉质粘土和下伏侏罗系中统的泥岩和少量砂岩组成。场地地质构造属龙王洞背斜西翼，岩层呈单斜状产出，其产状为倾向260，倾角60。结合程度差。根据场地周围出露基岩进行调查和钻探揭露表明，岩体中本次勘察见两组裂隙。,1.2 地形地貌及地质条件,场地内填土和砂岩属透（含）水层，粉质粘土和泥岩属不透（隔）水层。在钻孔深度范围内地下水水量小，但雨季在建筑场地填土层较厚处有形成局部滞水条件。水文地质条件简单，地下水及地基土对基础混凝土微腐蚀性。,1.3 水文地质条件,经地表工程地质测绘及钻探揭露表明，场地在钻探深度范围内未发
4、现滑坡、地下采空区等不良地质作用。 本工程划分勘察区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。粉质粘土剪切波速取200m/s为中软土，基岩属岩石，剪切波速大于500m/s。,1.项目基本情况,1.4 不良地质现象及地震,本工程特点是工期紧，任务重，质量要求高，由于将来建筑物地下车库挡墙采用原槽浇筑，为保证地下室车库挡墙结构质量，一是挡墙面板垂直度，二是挡墙面板的表面质量，为此就必须将锚杆挡墙表面质量控制在规范要求范围内。,1.5工程特点及要求,2.创新点、需解决的问题,06,3.项目实施阶段、人员分工,3.1 项目计划,3.2 项目人员分工,1.技术准备由项目技术负责人蒋和伟负责，
5、主要是熟悉施工设计图纸，了解配模方式，编制施工方案、施工工艺流程等。.,2.人员准备由项目经理陈东生负责，包括技术管理人员、作业人员、后勤人员的组织安排等。,3.施工设备及物资材料的准备由材料部门安明刚负责，主要提出材料规格、数量、到场时间提出计划。,4.项目开工前实施，让研究项目参加人员探讨本工程的技术要求及标准，对以后施工过程有个总体认识。,4. 项目准备,5. 施工方案的比较和选择,6. 垂直高边坡挡墙预锚丝杆单面支模施工技术计算机仿真分析,ABAQUS属于工程模拟有限元软件，它拥有一个丰富的单元库，有很多种几何形状，也有很多种材料模型，基本可以模拟工程中典型材料。用以解决相对简单的线性
6、问题和复杂的非线性问题。除工程中的结构问题外，还可以模拟工程中的耦合分析和场分析相关的问题。,重庆燃气抢险指挥中心深基坑挡墙垂直支护工程，基坑深度达到21m以上，场地条件受到限制，设计为垂直开挖，采用了在立面方向分三段，每段7m作为一个施工段，预锚丝杆单面支模，每次支模高度为3m，边坡采用逆作法施工。因此，选取逆作法3m高一断面进行分析。模型中边坡高为3m，垂直坡面。水平边界满足1.5倍边坡水平距离，竖直边界满足2倍边坡竖直距离。边坡模型及预锚丝杆布置见图。,预锚丝杆单面支模边坡模型示意图,6.2 数值分析基本模型的建立,预锚丝杆单面支模边坡模型网格划分图,6.2.2 边界条件,6 2 1网格
7、划分,本模型边坡自然坡面为自由边界，底面边界为固定约束，左右边界为水平约束，竖直向自由。 根据板面侧壁土压力有计算公式，在abaqus中模拟将侧壁土压力转换为面上的压力，同时认定边坡在板肋式锚杆挡墙支护处于稳定状态，只分析预锚丝杆对钢模板以及浇筑混凝土时是否能满足结构安全稳定的作用。模型施加荷载如下图所示。,预锚丝杆单面支模荷载布置示意图,几何模型建立后，ABAQUS可采取合适的网格划分方式和合适的单元类型，以获得最合理的模拟计算结果。为了获得较好的网格质量，必须对ABAQUS网格进行控制，包括3个方面：单元形状(Element shape)、网格划分技术(Technique)和网格划分算法(
8、Algorithm)。ABAQUS中常见的单元形状有三角形单元，四边形单元，四面体单元，六面体单元。另外，在生成网格同时，几何模型的输入数据（特性，边界条件，材料组等）也被赋值给有限元网格（单元，节点和应力点）。 下图为计算模型网格划分图，模型采用平面缩减积分的二维CPS8R单元。,6.2.3 界面单元,为了模拟预锚丝杆与土的相互作用，ABAQUS程序在接触Interaction分析步中将他们的关系定为内置区域(Enbedded Region)，具体参数详见模型。,6.3 预锚丝杆单面支模边坡稳定性分析,6.3.1 预锚丝杆单面支模应力分析,在ABAQUS 程序中通过MISES应力云图可以看出
9、预锚丝杆的受力情况。由ABAQUS计算出的结果，图6可以看出，预锚丝杆能够支撑钢模板保证其稳定，模板在浇筑混凝土时和浇筑完毕后能够承受起浇注荷载和侧面土压力。当浇筑混凝土后，钢模板侧面承受的压力最大，此时模板没有发生变形破坏。因此，预锚丝杆作为支护模板的重要构件，可以有效地缓解模板变形，保持模板刚度稳定。,图6：Mises应力云图,在上述钢模板中加入三根预锚丝杆，模拟加入预锚丝杆的钢模板在边坡土体重力作用及浇筑混凝土下的变形，观察预锚丝杆对钢模板变形的影响。从图7、8可知，预锚丝杆对控制模板变形有明显效果。预锚丝杆可以明显加固模板抗压和变形能力，增加模板的强度和刚度。由于ABAQUS中在分析步
10、中选定大变形，预锚丝杆看到有轻微弯折现象，但其位移数量级为e-9，几乎可不计，表明预锚丝杆只有抗拔力的影响，能起到加固模板的作用。,图9：预锚丝杆单面支模边坡塑性区截图,塑性区如图9所示，可以看出，施加了预锚丝杆固定钢模板，锚固后基本没有塑性区的出现，这表明由于预锚丝杆的存在，不仅提高了模板的强度和稳定性，也保证了边坡的整体稳定。从图9可以看出，整个边坡应力和应变都集中在坡角底部，但是整个模板于稳定的状态。这表明，预锚丝杆加固钢模板是非常有效的。通过布置预锚丝杆，改善钢模板的力学参数实现对边坡的加固，通过预锚丝杆-土体相互作用增大了岩土体的等效凝聚力和内摩擦角，从而提高了塑性区的残余强度，同时
11、，由于增大锚固体周围土体等效变形模量而有效的减小了塑性区的范围，控制了周围土体变形，从而保证了钢模板和被加固土体的稳定性。另外，从位移云图中看出，预锚丝杆的刚度对抑制下一台阶开挖导致的持续变形发挥着主要作用。,6.3.2 改变预锚丝杆的参数对支模影响分析,表1 预锚丝杆直径变化对位移的影响,从上表可以看出，随着预锚丝杆直径的增大，端点位移逐渐减小，说明增大直径对模板稳定起到增强作用。但从现场实际和经济考虑，预锚丝杆直径不是越大越好，选取8-14较好。,从上表可以看出，随着预锚丝杆直径竖向间距的增大，端点位移逐渐增大，说明增大竖向间距对模板稳定起到增强作用。但从现场实际和经济考虑，预锚丝杆竖向间
12、距不是越小越好，选取0.6-0.8m较为合适。,表2 预锚丝杆竖向间距变化对位移的影响,选取模板左侧最下端一点位移作为参考，其他条件固定，通过改变预锚丝杆竖向间距来分析对钢模板加固的影响。,选取模板左侧最下端一点位移作为参考，其他条件固定，通过改变预锚丝杆直径大小来分析对钢模板加固的影响。,选取模板左侧最下端一点位移作为参考，其他条件固定，通过改变预锚丝杆锚入岩层深度来分析对钢模板加固的影响。,从上表可以看出，随着预锚丝杆锚入岩层深度的增大，端点位移逐渐减小，但是增加到2m后，变化不明显，说明增大竖向间距对模板稳定起到增强作用，但无限增大并不会有较大的增强。从现场实际和经济考虑，预锚丝杆锚入岩
13、层深度选取1.0-1.5m较为合适。,表3 预锚丝杆锚入岩层深度变化对位移的影响,选取模板左侧最下端一点位移作为参考，其他条件固定，通过改变预锚丝杆水平间距来分析对钢模板加固的影响。,表4 预锚丝杆水平间距变化对位移的影响,从上表可以看出，随着预锚丝杆水平间距的增大，端点位移逐渐变大，说明增大水平间距对模板稳定起到减弱作用，但无限缩小也不合理。从现场实际和经济考虑，预锚丝杆水平间距选取0.6-1.2m较为合适。,利用ABAQUS对该工程进行了计算机仿真分析。得出主要结论如下：(1)验证了该预锚丝杆单面支模结构完全满足强度、变形和稳定的要求；(2)通过模拟分析得出，预锚丝杆宜选用直径宜为8-14
14、，竖向布置间距0.6-0.8m，横向布置间距0.6-1.2m，预丝杆锚入岩层深度1.0-1.5m；(3)采用预锚丝杆单面支模是合理可行的。,6.4 结论,预锚丝杆可采用砂浆锚杆和树脂锚杆，砂浆锚杆在建筑边坡中使用较多，经济实用但养护时间长，树脂锚杆在矿山工程中普遍使用，时间迅速锚固力大，但费用较高。此基础我们对砂浆锚杆进行了以下验算。,7. 预锚丝杆参数的计算选择,7.1 砂浆锚杆, 对拉螺杆验算 本工程对拉螺杆即预锚丝杆。按建筑工地常用采用对拉螺栓直径为14mm；有效直径为12.1mm；有效面积为115.400mm2；间距按600mm600mm布置；采用式5.2-4进行验算,这种情况下则表明
15、荷载产生最大侧压力的位置为模板的底部，我们考虑一般第一道(自下而上)对拉螺杆距离楼（地面）的位置为200mm，此处近似采用最低点侧压力，即最大侧压力作为预锚丝杆所受的最大拉力来计算锚杆直径和锚固深度。,本工程锚杆挡墙面板厚度为180mm，肋梁厚为400mm，后期地下车库剪力墙厚度为400mm厚，故荷载取最大剪力墙厚度400mm计算。取高3m，长30m计算，所有荷载由模板最终传递给预埋的丝杆受力。通过穿墙丝杆将墙体模板拉结，每个穿墙丝杆成为主龙骨的指点支点。 根据规范，当采用溜槽、串筒或导管时，倾倒混凝土产生的荷载标准值为2.00kN/m2；,对拉螺栓的应力为：,满足要求,7. 预锚丝杆参数的计
16、算选择,7.1 砂浆锚杆, 锚固长度计算,经计算：,本工程锚固砂浆采用M30,qsk查表取值2.8。, 确定预锚丝杆参数 预锚丝杆长度=锚固长度+支模工作长度=锚固长度+砼面板厚度+木楞截面高度+钢楞直径（一般用钢管）+山型卡等需长度 则预锚丝杠长度=1.2+0.18+0.09+0.048+0.1=1.618m,取1.65m。,可见，拆模后外露丝杆还有1.65-1.2-0.18=0.27m，完全满足后期施工地下室挡墙支模时的接长搭接长度。 最终确定预锚丝杆的参数为：直径为14mm，有效直径为12.1mm；锚孔直径为28mm ,锚入深度为1.2m，外露0.45m作为模板加固的对拉螺杆；灌注砂浆为M30水泥砂浆，预锚丝杆施工20天后,经过现场试验抗拔强度可达到17kN,基本满足支模要求。,7. 预锚丝杆参数的计算选择,7.2 树脂锚杆,由于砂浆锚杆达到强度时间较长，影响施工进度。采用树脂锚杆施工方法，将丝杆埋入边坡中，支模时作为对拉螺杆加固模板，既有砂浆锚杆具有的优点，有可解决砂浆达到设计强度的时间周期长的问题。 树脂锚杆分为端头锚固和全长锚固，结合边坡岩石情况，本工程拟采用端头锚固型。根据MT146.1-2002标准，通常采用树脂锚固剂直径有35、28及23mm，适用锚杆孔径为42、32及28mm，树脂锚固剂分为超快速CK、快速K、中速Z及慢速M，凝胶及等待时间详见下表：,
