分析地錨在碼頭PHC管樁中的應(yīng)用

【摘要】本文通過(guò)地錨在新加坡裕廊港改擴(kuò)建碼頭PHC管樁中的應(yīng)用實(shí)例，針對(duì)地錨的設(shè)計(jì)、施工手段、施工實(shí)驗(yàn)等各個(gè)方面進(jìn)行了深入的分析，以期為我國(guó)碼頭建設(shè)工程提供參考作用。

【關(guān)鍵詞】地錨；碼頭PHC管樁；應(yīng)用

該碼頭樁基工程位于新加坡裕廊港國(guó)際貿(mào)易港港區(qū)，工程內(nèi)容主要包括一座5萬(wàn)噸級(jí)及一座1萬(wàn)噸級(jí)高樁碼頭泊位改擴(kuò)建工程。其中工程樁基主要采用了45m～18m長(zhǎng)不等PHC800管樁，同時(shí)為滿足部分管樁（斜樁）抗拔力的要求，在設(shè)計(jì)中選用了地錨施工法。在進(jìn)行該碼頭樁基工程過(guò)程中選用了彈性法，并且對(duì)其中部分地錨進(jìn)行了上拔實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)該樁基工程地錨設(shè)計(jì)符合要求，因此可說(shuō)明施工正確、有效。

一、地錨施工工藝設(shè)計(jì)分析

（一）地錨結(jié)構(gòu)介紹

PHC樁地錨主要利用管樁內(nèi)注漿與PHC管樁管壁產(chǎn)生的摩擦力，通過(guò)與地錨作用，以增大PHC管樁抗拔能力，從而滿足因PHC管樁入土不足而達(dá)不到設(shè)計(jì)的抗拔要求。地錨分3個(gè)節(jié)段：第一個(gè)節(jié)段為錨固段（Lf），第二節(jié)段為預(yù)應(yīng)力筋自由伸長(zhǎng)段，第三節(jié)段為粘結(jié)段（Lb）。PHC管樁地錨不同于其他地錨，預(yù)應(yīng)力筋必須伸出PHC管樁頂外，利用PHC管樁頂端作為預(yù)應(yīng)力張拉端，滿足張拉時(shí)的張拉長(zhǎng)度要求。

（二）地錨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)假設(shè)：在此碼頭管樁施工中，地錨的錨筋設(shè)計(jì)和應(yīng)用采取彈性法實(shí)施。同時(shí)設(shè)定荷載取地錨的錨筋最大化彈性拉力為0.5倍，因此其安全系數(shù)為2.0，而錨筋的最大彈性則為0.8fpu/ym

（1）巖身抗拔力設(shè)計(jì)

在進(jìn)行巖身抗拔力設(shè)計(jì)過(guò)程中主要采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

Qult=π×d×fs×Lf

在此公式中：

d為基巖鉆孔孔徑（d）

Fs為側(cè)方摩擦阻力（kN/m2）

Lf為基巖固定長(zhǎng)度（m）

Qult為巖身最大限度抗拔力（kN）

（2）結(jié)構(gòu)承載抗拔力設(shè)計(jì)

在此工程中采取的結(jié)構(gòu)抗拔力設(shè)計(jì)為彈性設(shè)計(jì)：

Ta≤0.5Tg

而安全系數(shù)則為FOSmin=2.0

在此公式中：

Tg=（0.8fybAs）/ym，其中ym=1.15；

As一錨筋截面面積（m2）；

Tg為錨筋彈性最大化拉力（kN）；

Ta為錨體結(jié)構(gòu)抗拔力（kN）；

fyb一錨筋特性強(qiáng)度（kN/m2）。

（3）水泥漿與樁體的粘結(jié)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

在計(jì)算水泥漿與樁體的粘結(jié)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)時(shí)主要運(yùn)用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

Qult=π×Dpile×fbu×Lb

在此公式中：

fbu為水泥漿與樁體粘結(jié)應(yīng)力（kN/m2），詳細(xì)數(shù)值參見(jiàn)表1.；

Dpile為樁基內(nèi)徑（m）；

Qult為水泥漿與樁體的最大粘結(jié)力（kN）；

Lb為水泥漿與樁體粘結(jié)長(zhǎng)度（m）

表1（注：Lf與Lb取值應(yīng)大于或等于3.0m）

管樁類型鋼管樁砼管樁

水泥漿/樁體粘結(jié)應(yīng)力fbu（kN/m2） 2000

水泥漿/錨筋粘結(jié)應(yīng)力，fbu（kN/m2）800800

二、地錨上拔試驗(yàn)流程和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)

（一）架設(shè)千斤頂

在進(jìn)行地錨上拔試驗(yàn)之前需要在樁頂安裝工字梁，所以必須要在此之前架設(shè)中空式千斤頂。在上拔實(shí)驗(yàn)中必須先將預(yù)設(shè)預(yù)應(yīng)力筋從千斤頂穿過(guò)，其后再以錨夾片進(jìn)行固定。具體架設(shè)詳細(xì)參見(jiàn)圖2及圖3.

（二）地錨上拔實(shí)驗(yàn)

在進(jìn)行地錨上拔實(shí)驗(yàn)之前，首先需要水泥漿的試塊強(qiáng)度達(dá)到試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)即28d強(qiáng)度的70%，當(dāng)水泥漿試塊達(dá)到此要求后便可進(jìn)入到試驗(yàn)環(huán)節(jié)，上拔試驗(yàn)主要分為三個(gè)循環(huán)，其中每一個(gè)循環(huán)中的具體張拉荷載詳見(jiàn)表2.。其中需要注意的是，當(dāng)試驗(yàn)過(guò)程中荷載發(fā)生變化時(shí)需要將荷載及相應(yīng)伸長(zhǎng)量量詳細(xì)記錄，同時(shí)，當(dāng)進(jìn)行下一循環(huán)之前，需要待上一循環(huán)變化逐漸穩(wěn)定后方可繼續(xù)進(jìn)行。另外，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到第三循環(huán)過(guò)程中時(shí)，荷載處于150%下，需要對(duì)其進(jìn)行24小時(shí)觀察，詳細(xì)監(jiān)控預(yù)應(yīng)力損失情況。

三、地錨施工法實(shí)際應(yīng)用案例

以新加坡裕廊港改擴(kuò)建碼頭NW/256-257/T-U樁位應(yīng)用地錨施工為例。

（一）實(shí)際施工中的相應(yīng)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果參見(jiàn)表3.

（二）NW/256-257/T-U樁位應(yīng)用地錨施工情況

（1）鉆進(jìn)施工平臺(tái)的架設(shè)

在施工范圍內(nèi)的地錨樁附近已下沉PHC800管樁之上設(shè)置鋼抱箍，搭設(shè)橫向承重主梁，其具體規(guī)格為：400H型鋼，將主梁與鋼抱箍焊接牢固；第二步，于400H型鋼主梁之上搭設(shè)次梁，其具體規(guī)格為：2[30，槽鋼。將主梁與次梁之間進(jìn)行焊接，保證其牢固；第三步，在槽鋼次梁上安置規(guī)格[10分配梁及δ12的鋼面板，從而最終搭建成鉆機(jī)施工平臺(tái)。具體示意圖詳見(jiàn)圖4.

（2）鉆機(jī)成孔

使用起重機(jī)將回旋鉆機(jī)吊運(yùn)施工平臺(tái)，并進(jìn)行安裝和就位工作，如圖5；利用鉆孔機(jī)進(jìn)行樁底鉆孔，孔徑為Φ250毫米，根據(jù)鉆桿節(jié)段數(shù)量與長(zhǎng)度確定鉆孔深度；當(dāng)鉆孔達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)深度時(shí)，運(yùn)用高壓水或者壓縮空氣清孔。

（3）預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置

嚴(yán)格根據(jù)操作規(guī)范以及預(yù)先設(shè)計(jì)圖紙，在施工范圍陸地區(qū)域?qū)㈩A(yù)應(yīng)力筋束制作完成。

預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度：設(shè)計(jì)孔深+預(yù)留長(zhǎng)度；

利用吊機(jī)將預(yù)應(yīng)力筋束吊裝到管樁孔內(nèi)。

（4）地錨灌漿

第一次注漿：

當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋束吊裝完畢后，當(dāng)即進(jìn)入孔內(nèi)水泥灌漿流程，運(yùn)用導(dǎo)管法將導(dǎo)管穿入至管樁孔底，進(jìn)行第一次漿液澆灌。需要注意的是，此處采取G40的水泥漿，并根據(jù)0.4的水灰比進(jìn)行調(diào)配，與此同時(shí)還需加入一定劑量的外加劑。灌漿的高程必須比預(yù)設(shè)計(jì)的粘結(jié)度長(zhǎng)度長(zhǎng)1米。并嚴(yán)格控制灌注水泥漿量，禁止第一次灌注頂高程高于樁底高程。

預(yù)應(yīng)力張拉

（5）利用PHC樁頂設(shè)置張拉平臺(tái)，設(shè)置兩層錨具平臺(tái)，平臺(tái)與樁頂端板之間設(shè)置鋼板凳，作為第二次灌漿操作的空間。

張拉平臺(tái)布置如圖3：

待孔內(nèi)水泥漿體強(qiáng)度到達(dá)100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后即開(kāi)始地錨預(yù)應(yīng)力張拉。

1）初張拉：張拉應(yīng)力控制為10%～20%設(shè)計(jì)張拉強(qiáng)度；以消除預(yù)應(yīng)力筋束松弛產(chǎn)生的初始應(yīng)力，保證所有預(yù)應(yīng)力筋束均勻受力；

2）張拉：張拉分50%、80%、100%三級(jí)張拉；達(dá)到每級(jí)張拉強(qiáng)度后，需持荷3～5分鐘；

3）終張拉：張拉達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，持荷5分鐘，同時(shí)注意預(yù)應(yīng)力損失情況。計(jì)算張拉伸長(zhǎng)長(zhǎng)度，對(duì)比張拉強(qiáng)度與伸長(zhǎng)量之間關(guān)系。

（6）第二次灌漿：張拉完成后，鎖緊錨夾具，拆除千斤頂?shù)葟埨O(shè)備，即進(jìn)行第二次灌漿。灌漿的高程必須比預(yù)設(shè)計(jì)的粘結(jié)度長(zhǎng)度長(zhǎng)1米。待注入的水泥漿達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除鋼樁頂?shù)匿摪宓始板^具，進(jìn)入樁帽結(jié)構(gòu)施工階段。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述應(yīng)用案例可知，地錨施工法在碼頭PHC管樁中的應(yīng)用是合理可行的，并且該案例中的碼頭現(xiàn)已成功投入使用，使用狀況良好。由此可證明應(yīng)用地錨施工成功。

參考文獻(xiàn)

[1]邢皓楓，趙紅崴，葉觀寶，徐超.PHC管樁工程特性分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2009，（01）：36-39.

[2]陳焰明.PHC管樁在溫州防洪堤工程中的應(yīng)用與研究[D].浙江大學(xué)，2012.

[3]于景操.預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁在軟土地基中應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2012.