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1、预应力锚杆 在黄河三角洲软土地区应用 一、概述 土层锚杆是在岩石锚杆基础上发展起来的，是一种将拉力传递到稳定的土体的锚固体系。锚杆的一端通过腰梁与围护桩相连，另一端锚固在土体层内，并对其施加预应力，以承受土压力、水压力、抗浮、抗倾覆等所产生的结构拉力，用以维护土体或结构物的稳定。具有明显提高边坡土体的结构强度和抗变形能力，减少侧向变形，增强整体稳定性的特点。 在胜利油田1120人防深基坑工程应用中，运用了两排预应力锚杆（局部三排），该工程支护周长513米，支护深度达13m，填补了软土地区深大基坑应用土层预应力锚杆的空白。同时为软土地区深基坑支护的技术发展打下了坚实的基础。 二、预应力锚杆技术特
2、点 预应力锚杆是一种新型的受拉杆件，它的一端与工程结构物或挡土墙相连，另一端锚固在地基的土层或者岩层中，以承受结构物的上托力、拉拔力、土压力、水压力，它利用地层的锚固力维持结构物的稳定。 预应力锚杆主要有以下特点： 1. 支护深度深。桩锚结构支护深度可以达10米以上，在解决深大基坑技术问题上占有优势。 2.施工快捷灵活，因地制宜，不受现场条件限制。基本采用机械化作业，工艺简便、施工安全、便于相关工序穿插等特点，用于应急抢险更具优势。施工机具轻便简单、灵活、所需工作面小、工人劳动强度低。机械、人工成本费用较低。 3.通过对锚杆施加预应力，能够主动控制土体变形，调整土体应力状态，有利于边坡的稳定性
3、。 4.施工时的噪声及振动均很小，符合目前环保的大趋势。 三、软土地区预应力锚杆技术研究 预应力锚杆技术在黄河三角洲软土地区是否具有可行性，近年来胜建集团成立课题组，对预应力锚杆技术进行了试验研究： （一）锚杆承载能力 锚杆的极限承载能力按照土的抗剪强度计算确定，也可按锚杆的抗拔力试验确定。 按土的抗剪强度确定锚杆的极限承载力： 基本公式为：Tu=DLe 式中：Tu -锚杆的极限抗拔力 D-锚杆钻孔直径 Le-锚固段有效长度 -锚固段周边土的抗剪强度 锚杆的抗拔力取决于钻孔直径D、有效锚杆长度Le、锚固段周边土的抗剪强度。其中的数值又受土层性质、锚杆所处的埋置深度、施工及灌浆综艺等许多复杂因素
4、的影响。 黄河三角洲地区属第四纪新近沉积的粘性土、粉土及粉砂构成的冲积平原，地下水埋深一般不超过1m。根据本地区土层参数，初步设计估算预应力锚杆的锚固段长度为17m，极限锚固力为300KN，此数据需经过锚杆的抗拔力试验验证。 在正式应用前，应进行锚杆的锚固体与地基土之间的极限抗拔力试验，以验证设计所估算的锚固长度是否足够安全，并可检验所采用的土质参数是否合理。 （二）锚杆参数确定 根据锚杆极限承载能力，初步确定锚杆参数如下： 锚杆长度：22米，其中锚固段17米，自由段5米。 锚杆施工倾角：15度。 注浆压力：11.5MPa 注浆量：25kgm （三）试验方案 黄河三角洲地区为第四纪新近沉积的粘
5、性土、粉土及粉砂构成的冲积平原，地下水丰富。在不进行坑外降水、保证基坑周边环境的情况下，传统的预成孔施工方法难以实现。通过调查研究，解决该技术难题有两种方法：一是套管跟进作业，二是采用夯击技术。前者施工程序比较繁琐，机械操作较难，易产生漏水流沙现象，效率低；后者不仅工效高、施工设备灵活简便、且综合造价较低。因此锚杆施工工艺采用夯击锚杆施工方式。 预应力锚杆杆体由一根钢管和一根螺纹钢筋组成。预应力筋表面不应有油污、铁锈或其他有害物质、并严格按设计尺寸下料。锚杆体在安装前应妥善保护，以免锈蚀和机械损伤。锚头采用焊接螺杆，在锚杆位置围护桩墙体上做C20细石砼垫层后，锚杆头之间由220钢围囹相连，钢围
6、囹上加300300（厚16mm）钢垫板后用螺帽将锚杆头锁定。如下图所示： 锚杆试验施工程序主要为： 导向孔施工制作、击入锚管清孔注浆植入钢筋、焊接锚杆头浇注砼垫层安装钢围囹、钢垫层锚杆试验 1.导向孔施工 导向孔须采用合适的打孔机械,直径为80mm，长度一般为100200mm。打孔机的功率不能太大（小于5KW），孔壁顺直，倾角符合设计要求，不得坍塌和松动，以便安设锚杆和注浆。 2.制作、夯击锚管 锚管一般采用60mm3.5mm的普通钢管。在管壁上每隔500mm的间距以旋转角60o成螺旋形设置注浆孔，（注浆孔应根据不同地层加以调整以达到理想的注浆效果），注浆孔直径1mm。并在注浆口的附近焊接角钢
7、支架，以减少地基土进入注浆管内，并使浆液向土中扩散，增大锚固体的锚固强度，使锚杆整体的承载力得到明显的提高。 3.击入锚杆 采用高风压、高频振动夯管机械将锚杆杆体击入土中。 4.清孔注浆 在此技术中，如何分段注浆，如何保证注浆压力及注浆量压力，是该技术的重点也是难点，注浆效果的好坏将直接关系到支护结构的质量与整个基坑的安全。 在以往的预应力锚杆注浆过程中，存在许多问题，例如密封不严、注浆压力和注浆量不能达到设计要求、锚固体难以形成理想效果等，其中任何一个环节都可能影响到整个基坑的安全稳定。 经过专业技术人员不断研究探索，技术难题被一一解决，形成了一套适合类似于黄河三角洲软土地区钢管杆体式预应力
8、锚杆的分段注浆技术，能够保证注浆压力、注浆量、注浆时间的，并能形成理想的锚固体，真正起到锚拉边坡的目的。 注浆注浆前必须先清孔，将挤入管内的土清理干净。清孔时将水管深入锚管底部，来回提送，直到溢出清水为止。 注浆采用水灰比0.5的纯水泥浆，普通硅酸盐水泥，注浆压力为11.5Mpa。注浆采用分段注浆方式。 注浆前，在自由段与锚固段交界位置，设止浆带，防止水泥浆进入自由段，影响预应力效果。 5.植入钢筋、焊接锚杆头 待注浆完毕后，将螺纹钢筋植入锚管。在杆体上，每2000mm设置支中架，以保证杆体居中。然后将定制的锚杆头焊接在钉体上，并用两根同样的钢筋辅于锚杆头两侧，将锚杆头与钢管连为一体。 6.浇
9、注砼垫层 在锚杆位置做C20细石砼垫层，上平面宽100mm，下平面宽200mm，要求垫层面与锚杆垂直，表面光滑平整。浇注前需支膜板，下部用角钢固定。在砼垫层与锚管之间用110mm的PPC管隔开，防止锚杆与混凝土垫层成一刚性体，以防止拉拔力试验时影响加载。 7.安装钢围囹、钢垫板 待砼垫层达到设计强度，稳定后，在垫层和锚杆头之间用220钢围囹相连，并安装30030016的钢垫板。 8.锚杆拉拔力试验 锚固体强度大于15.0MPa时,才可进行锚杆试验；锚杆试验用加荷装置的额定压力必须大于试验压力，锚杆试验用反力装置在最大试验荷载作用下应保持足够的强度和刚度，防止损坏仪器或者达不到试验压力；锚杆试验
10、用检测装置(测力计、位移计、计时表)应满品设计要求的精度。 试验设备主要有加载装置、量测装置及反力装置三部分。加载装置采用穿心式液压千斤顶，千斤顶的反力装置在横梁上，拉力量测用连接于油泵的压力表量测，变位量测用百分表量测。试验时必须确认装置的支架在不受拉力影响的不动点上。 试验开始时，每级荷载按事先预计极限荷载的1/10施加.加载后每隔510min测读一次变位数,每级加载阶段内记录数值不少于3次。 锚杆拉力计 安装试验装置 采集数据 结论： 通过试验数据分析可以看出，22米长的锚杆，锚固段长17米，注浆压力11.5MPa，在注浆后30天，锚固力即可达到300KN以上；18米长的锚杆，锚固段长1
11、4米，注浆压力11.5MPa，在注浆后30天，锚固力即可达到250KN以上；完全符合初步设计要求。至此，通过一系列的试验、比对，我们掌握了有关软土地区预应力锚杆的施工技术、注浆工艺，成功地将预应力锚杆应用于黄河三角洲软土地区。 四、经济效益分析： 在黄河三角洲冲积平原软土地区及其工程地质情况类似地区，采用夯击式预应力锚杆要优越于预成孔锚杆施工、套管跟进锚杆施工。 夯击式预应力锚杆不仅施工速度快、效率高、施工简便、工期短，而且我们有先进的施工设备、成熟的施工工艺。经过试验研究，在坑外不进行降水的情况下，夯击式技术非常适合地下水丰富的软土地区，特别是深大基坑锚杆施工。 以胜利油田1120人防基坑支
12、护工程为例，在支护周长、支护深度相同、工期相同的条件下，对比如下： 支护周长约：513米。 支护深度：11.5米，局部13米。 预应力锚杆总工程量：430颗22米/颗+71618米/颗22348米 工期要求:45天，其中锚杆施工30天。 支护方式 人力资源 日效率 人力投入 设备投入 夯击式预应力锚杆 3人/台 240300米/台 18人 3台 干成孔预应力锚杆 4人/台 120160米/台 48人 6台 套管跟进法预应力锚杆 5人/台 80100米/台 80人 8台 通过实例分析：采用夯击式预应力锚杆支护方法经济效益远远高于预成孔或套管跟进的施工形式。在人力、工期使用方面均有较大程度的节约。
13、 五、推广应用 自2007年以来，胜建集团成功将该试验成果推广应用，在胜利油田1120人防工程及东营市交通局基坑支护工程、胜利油田锦华西区地下车库基坑支护中，采用该项施工技术，无论在工期、质量，还是造价方面，都取得了显著的社会效益和经济效益。 六、存在问题及改进意见 预应力锚杆在软土地区已经试验成功，但是仍然存在许多不足。例如施工质量控制较难，施工过程中缺乏经验，预应力损失等。 因此如何保证预应力锚杆的施工质量，如何在施工中积累并总结经验，如何将预应力损失降到最低，将是我们奋斗的目标。 作者简介： 安博生，胜利油田胜建集团副总经理。1964.12出生，1987.7毕业于西安公路学院。山东省博兴县人，大学本科学历，双硕士学位，高级工程师，长期从事工程技术和工程管理工作，山东省“五一”劳动奖章获得者，曾连续多次获得胜利油田劳动模范和中石化优秀青年知识分子、中国石油天气总公司首届青年岗位能手。 10