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抗浮錨桿在流砂、圓礫層中的施工工學(xué)論文
摘要：文章闡述了抗震設(shè)計(jì)方法的轉(zhuǎn)變，并介紹了兩種不同設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)能量分析方法在抗震結(jié)構(gòu)計(jì)算中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：推覆分析方法；結(jié)構(gòu)能量反應(yīng)分析，地震動(dòng)三要素；耗散能量
1前言
某市新世界商業(yè)廣場A區(qū)大廈設(shè)計(jì)為30層高，框架結(jié)構(gòu)，地下室2層，其基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，經(jīng)計(jì)算，基礎(chǔ)抗浮不滿足要求，采用錨桿抗浮方案。
2抗浮錨桿的設(shè)計(jì)
2．1設(shè)計(jì)參數(shù)：錨桿鉆孔直徑：171mm；桿體鋼筋36mm；砂漿強(qiáng)度：M30；抗拔力設(shè)計(jì)值291KN/根(安全系數(shù)取2，即2×291＝極限抗拔力)；錨桿傾角：90°；錨桿長度8m；錨桿數(shù)量：65根。
2．2設(shè)計(jì)要求：
成孔深度進(jìn)入中風(fēng)化粉質(zhì)砂巖(2.5m、8.5m孔深)；
注漿方式：采用中25mm鍍鋅管(插入式)注漿，注漿壓力宜控制在0.3～0.5MPa。
2．3錨桿完工一周后進(jìn)行現(xiàn)場抗拔實(shí)驗(yàn)。
2．4抗浮錨桿采用先插后注的施工程序。
3工程地質(zhì)條件
000～0.10m為C10混凝土墊層；0.10～2.10m為砂層；2.10～4.20m為圓礫層(挖樁取出的圓礫粒徑為5～20cm)；4.20～5.50m為強(qiáng)風(fēng)化粉質(zhì)砂巖：5.50～8.0m為中風(fēng)化粉質(zhì)砂巖。砂層和圓礫層均為含水層，鉆孔揭開C10砼墊層后見地下水，鉆孔之間可互通泥漿。
4主要施工設(shè)施
XY-1工程鉆機(jī)，YzB8—注漿泵，HJ200灰漿攪拌機(jī)以及171 mm三翼無芯組合鉆具。
5砂漿配合比
水泥：細(xì)砂水＝1:3.73:0.82
水泥為P·O42.5普硅水泥，其加量為402kg/m。
6存在的問題及解決辦法
根據(jù)錨桿設(shè)計(jì)口徑，我們采用中171mm三翼無芯尖鉆頭泥漿鉆孔。由于砂層和圓礫層無膠結(jié)性(施工前了解均含泥，具有膠結(jié)性)，鉆穿砼墊層后即遇砂層和地下水，在回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的攪動(dòng)下產(chǎn)生動(dòng)水壓力而形成流砂，砂層部位垮孔嚴(yán)重，砼墊層下部已形成無法丈量的大肚(壇)。同時(shí)圓礫層鉆進(jìn)時(shí)不是被鉆碎，而是被三翼無芯尖鉆頭擠裂或擠開，當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)孔深起鉆后，鉆孔空間又被垮坍的流砂及滾動(dòng)的圓礫石回填。經(jīng)采用濃泥漿和水泥漿也無法護(hù)孔。如此反復(fù)鉆進(jìn)了一個(gè)星期末出任何成果，建設(shè)單位和監(jiān)理單位均露出了極不信任的口風(fēng)，我們的壓力越來越大。在此情況下，我們建議業(yè)主加大一級(jí)鉆孔孔徑(由171mm變更為219mm)，用219mm鋼管隔離砂層，以保證終孔孔徑不變。然而，加大孔徑和護(hù)壁套(鋼)管無疑增加了成本，業(yè)主不同意。我們只好另辟蹊徑。在攻關(guān)會(huì)上，共找出下列幾個(gè)問題：
1、砂層的護(hù)壁問題：
2、圓礫層的撈取問題；
3、桿體鋼筋的插入順序問題(因桿頭鋼筋在井口按“7字形”成形后，其桿頭橫向長度有1m，鉆孔終孔后若先下八成形鋼筋桿體，錨桿注漿后砂層護(hù)壁套管口徑小于鋼筋桿頭直徑起不出來，務(wù)必造成每根錨桿都要一根套管井口護(hù)壁；若起出護(hù)壁套管后下人桿體鋼筋，砂礫層將鉆孔回填，鍍鋅注漿管和桿體鋼筋無法插入，錨桿注漿工序無法完成)； 4、采取何種方式注漿(是采取鍍鋅管插入式注漿，還是采取軟管桿體綁扎埋人式注漿)；
5、鉆孔結(jié)構(gòu)問題(若不加大一級(jí)鉆孔孔徑，砂層只能用設(shè)計(jì)口徑的套管護(hù)壁，不能保證錨桿的設(shè)計(jì)口徑終孔；若加大一級(jí)鉆孔孔徑，砂層可用大于設(shè)計(jì)口徑的套管護(hù)壁，并能保證錨桿的設(shè)計(jì)口徑終孔，但成本過高，而且我們遠(yuǎn)離基地，短期內(nèi)采購和加工大一級(jí)的219mm套管，工期也不允許)。
針對(duì)上述問題，我們根據(jù)長沙市及其它地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)查看《工程地質(zhì)勘察報(bào)告》中提供的單位面積摩阻力數(shù)據(jù)計(jì)算錨桿極限抗拔力后，向總承包單位、監(jiān)理單位和建設(shè)單位申報(bào)了抗浮錨桿采用中171mm套管護(hù)壁、中130mm終孔和在垮坍砂礫層中進(jìn)行埋人式注漿的施工方案，變更了抗浮錨桿的設(shè)計(jì)施工程序。監(jiān)理單位和建設(shè)單位認(rèn)為：埋人式注漿的有利因素是鉆孔坍方無論坍到何種程度，都可以保證注漿工序的完成；不利因素是鉆孔的直徑太小，坍方的砂礫石留在孔內(nèi)，小級(jí)直徑錨桿和孔內(nèi)砂礫石殘碴對(duì)錨桿的桿體強(qiáng)度有多大的影響，在他們心中無底，變更方案不予以批準(zhǔn)。而我們認(rèn)為：埋入式注漿不僅不會(huì)降低錨桿的抗拔力，反而會(huì)提高錨桿抗拔力。因?yàn)槁袢胧阶{的漿液是從井底壓至井口，漿液上返時(shí)包裹了垮坍的砂礫石，使單純的注漿砂漿變成了混凝土，并且垮坍越大，砂漿包裹的范圍越大，形成的混凝土塊體越大，桿體周側(cè)的摩阻力增大，相應(yīng)增大了錨桿直徑，因此錨桿的整體強(qiáng)度得以提高。同時(shí)只要做好清孔工作，將砂礫石殘碴的泥土清出孔外，就能保證錨桿的桿體強(qiáng)度。在總承包單位的支持下，我們又向監(jiān)理單位和建設(shè)單位遞交了《工程質(zhì)量保證書》和一切后果自負(fù)的承諾后方可繼續(xù)施工。具體措施為
1、驗(yàn)算錨桿極限抗拔力：
根據(jù)垮坍大肚錨桿的特性，我們采用下列公式
對(duì)小于設(shè)計(jì)值的(p)30mm終孔錨桿進(jìn)行了極限抗拔力的驗(yàn)算：
P＝F＋Q＝∏D3
式中：
P——錨桿極限抗拔力；
F——錨固體周邊極限摩阻力；
Q——錨固體受壓面的極限抗壓力；
D1——錨固體直徑；
D2——錨固體大肚直徑；
q——錨固體大肚部分受壓強(qiáng)度；
A——錨固體大肚部分受壓面積；
D3——深度z1、z2處單位面積摩阻力(抗剪強(qiáng)度)；
L1、L2、Z1、Z3廠圖示長度。經(jīng)過驗(yàn)算，錨桿的極限抗拔力大于600KN/根，在理論上獲得了可靠的依據(jù)。
2、用171 mm三翼合金尖鉆頭泥漿鉆穿砂層后，井口下入2.50m長的中168mm套管。
3、改用小二級(jí)的130mm三翼合金尖鉆頭鉆穿圓礫層后，換用中130mm活門合金鉆頭干鉆撈取圓礫石。活門撈碴鉆頭為下部鉆孔的順利成孔起到了保證作用。鉆頭活門合金鉆頭制作時(shí)，先用3mm鋼板卷制成圓形穿銷活門，然后將活門穿銷套㈣安夾在穿銷支承的兩側(cè)，并以5mm的螺桿做穿銷，依次將穿銷支承、活門穿銷套和穿銷支承串穿一體，最后將兩個(gè)穿銷支承按圖示位置焊連在鉆頭內(nèi)壁上，使活門呈水平狀態(tài)墜落在擋圈臺(tái)階上(7)。
操作時(shí)，活門合金鉆頭不開泵通水，鉆孔孔壁沒有受到?jīng)_洗液沖洗，加上千鉆時(shí)鉆具上下活動(dòng)擠壓孔壁，保持了孔壁穩(wěn)定。同時(shí)礫石進(jìn)入合金鉆頭后將活門頂開，使其向上翻蹺，礫石及巖碴由鉆頭內(nèi)壁進(jìn)入巖芯管內(nèi)；起鉆時(shí)，活門靠其自重和巖碴下落的推力將鉆頭內(nèi)壁封閉。
4、用中130mm三翼合金尖鉆頭鉆進(jìn)強(qiáng)風(fēng)化粉質(zhì)砂巖和中風(fēng)化粉質(zhì)砂巖至設(shè)計(jì)孔深。
5、插入綁扎注漿桿體
終孔后，考慮到起拔套管將引起砂礫層垮坍回填鉆孔而無法下入注漿管，只有將插入式注漿改為埋入式注漿。埋入式注漿是將注漿管綁扎鋼筋桿體上。成孔后，將綁扎注漿桿體事先插入鉆孔內(nèi)(7字桿頭待起拔套管后在井口人工形成)，為防止起拔套管后，坍垮的砂礫堵塞注漿管底口。綁扎前，要在注漿管的底管下部(約1m長左右)的周側(cè)用電鉆鉆入30@300的出漿孔，以保證被砂礫石埋日的注漿管能順利出漿。埋人注漿管的內(nèi)徑為25mm(壁厚1.5mm)的軟塑管，埋入時(shí)用14#扎絲將軟塑管沿錨桿全長綁扎于桿體上，并在孔外留1m左右的富余長度，以連接注漿泵注漿。
6、起拔井口套管，移機(jī)重新成孔。
7、清孔井口套管起拔后，所成鉆孔全被砂石封填，待批量出孔后，將注漿管連接預(yù)留在井口1m的軟塑管，進(jìn)行批量自來水清孔，宜井口溢出清水時(shí)停止。
8、注漿由于所有鉆孔全被砂礫石封填，如繼續(xù)按照配方注漿，孔內(nèi)含砂量偏高，誓必難以保證M30的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。因此施工時(shí)將配方砂量去掉，采用純水泥注漿。待水泥漿達(dá)7d凝固強(qiáng)度后，將桿頭彎成設(shè)計(jì)形狀，錨桿施工完成。
7治理效果
施工時(shí)將65根錨桿分兩批完成，最長注漿間隔時(shí)間為7d，從而大大地縮短了工期，搶回了被擔(dān)擱的時(shí)間，按期完成了任務(wù)。經(jīng)7d的強(qiáng)度檢測，錨桿的抗拔力達(dá)到860KN/根以上，超過了設(shè)計(jì)要求。我們以小于設(shè)計(jì)值的終孔口徑和采取埋入式的注漿方法，用水泥漿包裹垮坍砂礫石獲取了大級(jí)口徑錨桿的抗拔值，從而降低了成本，保證了工期和工程質(zhì)量。
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