錨桿在大型水池抗浮設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

周永剛 黃小鳳

（四川省川建勘察設(shè)計(jì)院，四川 成都 610000）

摘 要：錨桿具有結(jié)構(gòu)簡便、受力合理、占地面積小、工程造價(jià)低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)前深基坑支擋、滑坡整治、水池抗浮等工程中應(yīng)用非常廣泛。尤其是對于部分容積大靠自重不足以抵抗浮力的大水池結(jié)構(gòu)，多采用錨桿進(jìn)行抗浮與加固。本文結(jié)合工程實(shí)例，就錨桿在某大型水池中的抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行了分析與探討。關(guān)鍵詞：錨桿；大型水池；抗浮設(shè)計(jì)；應(yīng)用中圖分類號：TU476 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

錨桿在大型水池抗浮設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

周永剛 黃小鳳

（四川省川建勘察設(shè)計(jì)院，四川 成都 610000）

摘 要：錨桿具有結(jié)構(gòu)簡便、受力合理、占地面積小、工程造價(jià)低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)前深基坑支擋、滑坡整治、水池抗浮等工程中應(yīng)用非常廣泛。尤其是對于部分容積大靠自重不足以抵抗浮力的大水池結(jié)構(gòu)，多采用錨桿進(jìn)行抗浮與加固。本文結(jié)合工程實(shí)例，就錨桿在某大型水池中的抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行了分析與探討。
關(guān)鍵詞：錨桿；大型水池；抗浮設(shè)計(jì)；應(yīng)用
中圖分類號：TU476 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、工程概況

1 工程實(shí)例

污水處理廠工程的大型曝氣池，其平面尺寸為123m×159m，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板為周圈600mm厚、中心400mm厚的筏基。該大型曝氣池場地的地下水位較高，經(jīng)實(shí)測為兩層地下水位，其中第一層地下水靜止水位標(biāo)高為35.46m～37.32m，第二層地下水靜止水位標(biāo)高為23.61m～25.82m，曝氣池基礎(chǔ)底標(biāo)高為34.80m，場地設(shè)防水位為37.00m。

因該大型水池的結(jié)構(gòu)荷載較小，在水池排空時(shí)自重不足以抵抗地下水浮力。因此，在設(shè)計(jì)中采用了垂向抗浮錨桿來解決曝氣池的抗浮問題，錨桿數(shù)量依據(jù)設(shè)防水位確定，根據(jù)《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中的要求，需施工22.6m長的抗浮錨桿2216根。

2 工程地質(zhì)狀況

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，抗浮錨桿設(shè)計(jì)與施工所涉及的地層為：

（1）細(xì)、粉砂③層，局部分布有薄層中、粗砂③。層和砂質(zhì)粉土③2層，該大層總厚度為1.20m～3.10m。

（2）卵石、圓礫④層，該層厚度為0.80m～2.70m。以上兩大層總厚度為3m左右，即這兩層處于抗浮錨桿自由段的范圍以內(nèi)。

（3）粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土⑤層，粘土、重粉質(zhì)粘土⑤l層，粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土⑤2層，細(xì)、粉砂⑤3層，該大層總厚度為8.00m～10.50m。

（4）卵石、圓礫⑥層，細(xì)、中砂⑥1層，粗、中砂⑥2層，該大層總厚度為4.90m～7.40m。

（5）粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土⑦層，重粉質(zhì)粘土、粘土⑦l層，粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土⑦2層，該大層總厚度為5.10m～6.90m。抗浮錨桿進(jìn)入該大層約4m左右。

二、大型水池抗浮錨桿設(shè)計(jì)

1 抗浮錨桿試驗(yàn)

為確定該大型水池場區(qū)內(nèi)錨桿的實(shí)際抗拔力，從而為設(shè)計(jì)與施工提供數(shù)據(jù)依據(jù)，在正式施工前做了6根試驗(yàn)錨桿。具體錨桿參數(shù)如下：主筋為2根7Φ5鋼鉸線；錨桿成孔直徑為Φ127；錨桿長度為22m，其中非錨固段為6m；填孔材料為0.5cm～2cm的豆石，采用水灰比為0.5的素水泥漿注滿豆石空隙；錨桿抗拔力設(shè)計(jì)值為N=245kN。

錨桿抗拔試驗(yàn)結(jié)果：

（1）根據(jù)《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中的要求，采用循環(huán)加載試驗(yàn)方法，共6個(gè)循環(huán)，最大加載力為400kN，其中2根錨桿加載超過400kN，在最大加載時(shí)鋼絞線拉斷。

（2）試驗(yàn)結(jié)果分析

①各錨桿加載至400kN時(shí)均未拔出，可認(rèn)為由壓漿錨體提供的極限抗拔力不小于400kN。

②6根錨桿試驗(yàn)可分為3種類型：第一種是3#、4#、5#錨桿主要為錨體變形；第二種2#、6#錨桿主要為自由段鋼絞線變形；第三種是l#錨桿為自由段鋼絞線變形+錨體變形。分析結(jié)果表明，工作性能最佳為第一種。

（3）由于采用鋼絞線作錨桿主筋，其自身殘余變形較大，需采用鋼筋主筋來代替鋼絞線作錨桿主筋，以減小殘余變形。

2 錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)選擇

根據(jù)錨桿抗浮試驗(yàn)結(jié)果，并進(jìn)行調(diào)整，所得到的錨桿實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)及技術(shù)要求為：

（1）錨桿的成孔直徑為Φ127，錨桿的長度為22.6m，其中錨桿自由段為6m，錨固段16m。（2）錨桿主筋采用了1根Φ40的鋼筋，錨桿數(shù)量為2216根，布孔間距為2.6m×3.3m。（2）單根錨桿的抗拔力設(shè)計(jì)值為245kN，預(yù)張拉力值為294kN，錨桿的極限抗拔力與其設(shè)計(jì)值之比不小于1.5。

三、抗浮錨桿施工工藝應(yīng)用

單根錨桿的施工工藝流程，大致為：錨桿加工→鉆進(jìn)成孔→提拔套管→灌入漿料→補(bǔ)漿→錨固體養(yǎng)護(hù)→錨桿驗(yàn)收試驗(yàn)→錨桿張拉及固定。

1 錨桿成孔

該工程中，抗浮錨桿的成孔采用的是SH-30型鉆機(jī)，其特點(diǎn)是自帶柴油機(jī)作為動力，通過鉆頭在一定高度內(nèi)的周期沖擊，使得孔底內(nèi)土體破碎，并由鉆頭將土體帶出孔外而進(jìn)尺。

沖擊鉆進(jìn)成孔，其基本原理是利用機(jī)械動力，便鉆頭在一定高度內(nèi)周期地沖擊孔底，使土體破碎，由鉆頭帶出孔外而獲得進(jìn)尺。

（1）鉆進(jìn)成孔

鉆進(jìn)成孔的工藝過程大致為：立架→對準(zhǔn)孔位→開孔→下套管→沖擊取土。在鉆孔之前，應(yīng)首先根據(jù)給定的孔位，人工先去除掉該處的墊層混凝土，然后再立起鉆架，使鉆頭對準(zhǔn)孔位成孔，在鉆進(jìn)過程中重復(fù)下套管、取土的過程，直到預(yù)定深度為止。

要求鉆孔過程中套管應(yīng)保持垂直，以避免出現(xiàn)塌孔問題或者孔內(nèi)淤積問題。同時(shí)，還應(yīng)對地下水進(jìn)行封閉，以盡量進(jìn)入到套管中，要求套管的跟進(jìn)深度和鉆進(jìn)深度之間應(yīng)當(dāng)保持一致。

（2）清孔

當(dāng)鉆孔到設(shè)計(jì)深度時(shí)，需用管鉆將孔內(nèi)的泥漿清除干凈，以避免孔內(nèi)的泥砂與后續(xù)的注入水泥漿之間混合，從而影響到錨固體的強(qiáng)度。

2 注漿

按照SH-30型鉆機(jī)的施工特點(diǎn)，首先采用水灰比為0.55的純水泥漿注入到鉆孔的空間中，然后再填充強(qiáng)度為20MPa的豆石無砂混凝土，最后在充填水灰比為0.45～0.5左右的純水泥漿。

（1）配漿。純水泥砂漿采用的是標(biāo)號為425R的硅酸鹽水泥，為有效防止錨桿因地下水浸入而出現(xiàn)腐蝕問題，在水泥砂漿中還適當(dāng)添加了鋼筋阻銹劑，添加比例為硅酸鹽水泥量的3%左右。水泥砂漿根據(jù)0.55水灰比在攪拌機(jī)中配置，攪拌時(shí)間不宜低于1分鐘。

（2）灌漿。以注漿管作為水泥砂漿的導(dǎo)管，并采用泥漿泵進(jìn)行砂漿的汲取，再灌入孔洞內(nèi)，其相應(yīng)技術(shù)要求為：第一次灌漿的壓力通常控制在1MPa～1.5MPa左右，要求灌入砂漿直至孔口出現(xiàn)冒漿為止；第一次灌漿3小時(shí)以后，再采用2.5MPa～3MPa的壓強(qiáng)進(jìn)行第二次灌漿，以填充第一次灌漿遺漏的空隙，以達(dá)到補(bǔ)漿的效果；灌漿過程中，應(yīng)注意保護(hù)好錨桿的主筋，以防止因出現(xiàn)主筋端部受損，而導(dǎo)致錨桿無法張拉固定的問題。

3 錨桿張拉固定

錨桿的張拉及固定，通常在基礎(chǔ)混凝土澆筑完成后進(jìn)行，要求在張拉之前應(yīng)首先將錨穴內(nèi)清理干凈，然后再利用承壓鋼板從錨桿的頂部套入，再平整的放置于錨穴內(nèi)。該工程中，錨桿張拉固定的技術(shù)要求為：

錨桿在張拉前，應(yīng)對張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，一般采用的是液壓千斤頂；當(dāng)錨固體與水池基礎(chǔ)混凝土的強(qiáng)度均大于15MPa以后，方可進(jìn)行張拉固定，工程中錨桿的設(shè)計(jì)拉力為245kN，要求張拉到設(shè)計(jì)拉力的1.2倍即294kN，保持張拉狀態(tài)10分鐘以后，再卸載拉力到設(shè)計(jì)值，然后再旋緊螺母，固定錨具。

四、工程驗(yàn)收結(jié)果

錨桿全部施工完成以后，共隨機(jī)抽取110根錨桿進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)，占錨桿總數(shù)量的5%。具體驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為：

1 要求錨桿的拉拔力，不得低于1.5倍的錨桿設(shè)計(jì)值，即不低于367.5kN。

2 在最大試驗(yàn)荷載值367.5kN作用下，錨頭的位移應(yīng)當(dāng)趨于穩(wěn)定。

3 試驗(yàn)所得的總彈性位移，應(yīng)超過錨桿自由段理論彈性伸長值的80%，且小于錨桿自由段與1/2錨固段長度之和的彈性位移理論伸長值。即錨桿抗拔力為367.5kN時(shí)，總彈性位移5mm＜S＜16.85mm。

試驗(yàn)結(jié)果表明，所抽檢的110根抗浮錨桿的錨頭位移情況大部分為7mm～13mm，且之后進(jìn)行的錨桿張拉與固定工作，均表明了所有2216根抗浮錨桿的張拉結(jié)果，均能滿足設(shè)計(jì)要求。

結(jié)語

本文結(jié)合污水處理廠大型水池的工程實(shí)例，就錨桿在大型水池中的抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行了分析與探討。工程實(shí)踐證明，在大型水池抗浮問題中，采用垂向錨桿的方法是非常有效的，且工程施工方便、造價(jià)經(jīng)濟(jì)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，值得在類似工程中大量普及與應(yīng)用。

[1]趙林江，吳民利，等.污水處理廠水池水池抗浮錨桿巖土工程實(shí)錄[J].特種機(jī)構(gòu)，2011（02）.