樁和自旋錨管體系在基坑中的支護效果研究

摘要:根據當前基坑支護形式,將樁錨支護體系中的錨索用自旋錨管取代,分析自旋錨桿錨固力與其安裝扭矩之間的理論關系。由此得出這種支護形式完全能夠滿足支護要求。

關鍵詞:自旋錨桿 安裝扭矩 錨固力 基坑邊坡

1. 引言

自旋錨桿即螺旋錨,它作為一種錨固技術是上世紀50年代,逐漸在國外發展成為工程中的實用技術。我國螺旋錨的引進與使用始于20世紀90年代初,但該項技術還處于推廣初期,大規模的使用尚未開始。

樁錨支護體系是將受拉桿件的一端固定在開挖基坑的穩定地層中,另一端與圍護樁相聯的基坑支護體系,它是在巖石錨桿理論研究比較成熟的基礎上發展起來的一種擋土結構,安全經濟的特點使它廣泛應用于邊坡和基坑支護工程中。自旋錨管是一種有別于傳統螺旋錨桿的新型錨桿,樁和自旋錨管聯合支護體系利用了自旋錨管安裝之后立即獲得初始錨固力,以及安裝與錨固同步等優點,這對基坑的安全支護非常有利。

2. 工程概況

本文將以西安地鐵2#線TJSG-4標段基坑為背景,地表分布有厚度不等的全新統人工填土;其下為全新統的沖積黃土狀土;上更新統沖積的粉質粘土、粉細砂、中砂、粗砂,局部為礫砂、圓礫。試驗地層特征及描述如下:

黃土狀土(Q4al3):該土層屬于第四系全新統(Q4):褐黃色,稍濕,可塑,局部夾有薄層中砂。本層厚度5.00～13.70m,層底深度10.3～15.1m,層底高程372.50～367.49m。

3. 支護體系設計方案

3.1設計參數

⑴上邊坡支護參數。基坑上邊坡采用放坡(1:0.5)開挖,支護形式為:15cm厚混凝土墻和梅花形布置的自旋錨管(M1型)間距為2000 2000(地面下0—6.0m范圍),錨管與水平面的夾角為25o。

⑵下邊坡支護參數。采用Ф1000@1500鉆孔灌注樁+3—4道間距為3.3m～3.5m自旋錨管(M2型)圍護結構體系,錨管與水平面的夾角為25o。樁間網噴100mm厚C25纖維砼,φ6@150×150mm鋼筋網。

3.2支護結構驗算

(1)支護結構整體穩定性驗算。對樁錨式支護體系,當樁的入土深度較大或為巖層或坡腳土體較堅硬時,可視立柱下端為固定端,按等值梁法進行計算。

根據規范[4]規定,樁式,墻式錨撐支護結構抗整體傾覆穩定性應滿足以下條件:

驗算結果滿足規范要求。

利用原地旋轉簡化計算模型進行計算自旋錨桿安裝扭矩。即當錨桿安裝到一定的深度,在某一瞬間,如果將自旋錨桿看成固定在該位置不前進,而是在扭矩的作用下回轉運動繼續進行,將產生楔形土體從土層中分離出來。

4. 自旋錨桿的錨固力與安裝扭矩關系

4.1 錨固力與扭矩計算

錨桿的錨固力是指錨桿的錨固體與巖土體緊密結合后抵抗外拉力的能力,或稱抗拔力。安裝扭矩和錨固力均與自旋錨桿幾何形狀、土層特性和安裝深度有關。以下是將土層特性固定不變的情況下,考慮錨固長度對安裝扭矩及錨固力的影響,分析安裝扭矩與錨固力之間的關系。假設自旋錨桿錨葉的直徑(B)一定。

則有:安裝扭矩:

錨固力:

可以看出,自旋錨桿的安裝扭矩和錨固力均是隨錨固深度的增加而增大的,并且自旋錨桿的安裝扭矩與錨固力的比值同錨桿錨固深度的一次方成正比例。當錨固深度一定時,自旋錨桿的錨固力和安裝扭矩基本上呈線性關系。

4.2 試驗分析

兩試驗組在第四系全新統中的安裝扭矩及錨固力,從圖1可以看出試驗結果跟理論分析很相近,錨固力隨著安裝扭矩的增加而增大,并且自旋錨桿的錨固力的大小也會受到錨固長度的影響,即錨固力隨錨固長度的增加而增大。

5. 結論

采用自旋錨管和樁聯合支護,很好的解決了基坑邊坡的支護問題,本文通過理論分析西安地鐵2#線TJSG-4標段基坑支護進行研究,并配合現場監測,得出以下幾點結論:

⑴根據現場監測,采用自旋錨管和樁聯合支護體系的基坑邊坡進行穩定性驗算,得出此支護體系的整體傾覆穩定性系數大于規范規定值。自旋錨管和樁聯合支護體系很好的限制了基坑開挖時邊坡的滑移

⑵在同一種土體中,不改變自旋錨桿自身參數的情況下,自旋錨桿的安裝扭矩與錨固長度呈線性關系,錨固力與錨固長度呈拋物線關系。

當錨固長度一定時,自旋錨桿的錨固力和安裝扭矩基本上呈線性關系。自旋錨抗拔力隨著其安裝扭矩的增大而增大。隨后同一土體中的其他錨桿的錨固力大小就可以通過錨桿安裝機械上顯示的安裝扭矩來確定。這樣就很直觀的反映了錨桿的安全性。

參考文獻:

[1]汪濱主編,螺旋錨桿技術及其在工程中的應用[M].中國水利水電出版社,2005(11).

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[4]建筑地基基礎設計規范(GB50007-2002) [S].

[5]汪濱主編.螺旋錨桿技術及其在工程中的應用[M].中國水利水電出版社,2005(11).

[6]建筑基坑支護技術規程(JGJ120-99)[S].

作者簡介:馬金偉(1981—),女,河北滄州人,陜西省建筑職工大學,助教,主要從事地下工程的支護研究等方面的相關工作。