CN103603379A - 抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系及其施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系及其施工工艺，所述抗浮体系包括抗浮水泥土桩和嵌固于该抗浮水泥土桩内的抗浮锚杆，抗浮水泥土桩的顶端与地下室底板下表面触接；抗浮锚杆包括锚索、锚头和锚具，锚头设于抗浮水泥土桩内，锚索穿过水泥土桩伸至埋置于地下室底板中的锚固孔内，张拉锚索，灌浆固定锚具。本发明充分发挥了抗浮水泥土桩和抗拔锚杆二者的优势，桩锚合一，共同工作，适用于各类软弱土层的抗浮锚杆施工，提高锚杆抗拔力，防止孔壁坍塌并提高地下室底板与锚杆连接节点的抗渗性能，拓展了抗浮锚杆在高水位环境下的软弱土层使用范围，施工便捷，可以广泛使用于各类地下结构的抗浮处理。
Description
抗浮水泥土粧和抗浮锚杆相结合的抗浮体系及其施工工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种岩土工程地下结构抗浮施工技术，具体涉及一种抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系及其施工工艺。
背景技术
[0002]目前大中型城市为提高土地利用率，开始大规模开发利用地下空间，地下多层大型地下室、地下人防工程以及地铁、地下公共管网等，这些都对于地下结构的抗浮性能提出了更高的要求。由于地下水浮力作用或抗浮措施不当而造成地下工程的破坏，有的导致地下室底板隆起破坏；甚至导致地下建筑物被整体浮起破坏等。
[0003] 当地下室的埋深超过地下水位时，将在结构物基础底面出现浮力，随着埋深的增加，地下建筑物的抗浮问题也就越来越突出。
[0004] 地下结构排开地下水所产生的浮力一般可以由结构自重以及抗浮体系产生的抗力来平衡。目前，在工程中采用的抗浮方法有抗浮桩法和抗浮锚杆法。
[0005] 抗浮桩技术是通过桩身与周围土体产生的摩阻力抵消地下水对地下结构产生的上浮力。对抗浮桩的要求主要集中在以下两点:(I)如何提高抗浮桩的抗浮力和降低工程造价；(2)抗浮桩体的耐久性问题如何解决？传统的钢筋混凝土桩(包括钻孔灌注桩和预制桩)，均为承压桩型，抗压强度高，能起到很好的抗压效果，但把钢筋混凝土桩作为抗浮水泥土桩使用时，则暴露了钢筋混凝土桩的诸多不足之处。混凝土的抗拉强度仅为抗压强度的1/10到1/20，混凝土桩身在拉伸作用下会产生裂缝，随着裂缝的逐步扩大，混凝土退出工作，全部拉力主要由钢筋承受。混凝土的开裂必然会引起钢筋受到地下水侵蚀，影响抗浮桩的耐久性；如果要控制裂缝的宽度，则需大幅提高其配筋率，必然导致工程造价的大幅提闻。
[0006] 抗浮锚杆技术是通过锚杆和土层的摩阻力在平衡上浮力的。由于抗浮锚杆桩距小，桩位密，地下室基底反力明显下降，底板厚度可以大幅减小，节省工程造价。同时，密集的锚杆提高了抗浮体系自身的安全系数，即使个别锚杆失效，不会对整体结构抗浮性能带来不良影响。锚杆施工机械简单，施工速度快，与其他抗浮体系比较，抗浮锚杆体系在使用性能、施工、造价及工期方面具有明显优势。
[0007] 常规抗浮锚杆具有上述优点，但在实际工程应用中暴露了不少问题，具体如下:
[0008] (I)常规锚杆抗拔力与锚杆锚固长度成正比，因此目前工程所用抗浮锚杆长度比较长。锚杆长度的增加，一方面增加了施工难度；另一方面增加了注浆难度，很难保证注浆质量。因此，能否在满足抗浮力要求的前提下，尽可能地采用短锚杆来进行抗浮设计是目前锚杆抗浮基础研究中的关键问题。针对上述问题，中国发明专利CN101736760B公开了一种预应力抗浮锚杆施工方法，该工艺采用短锚杆，但该发明中地下室底板向上拉动抗浮锚杆时，倒刺会对注浆体施加方向向外的径向力，容易使注浆体开裂，钢筋和倒刺极易受到地下水的侵蚀，影响锚杆的耐久性。
[0009] (2)常规抗浮锚杆与地下室底板的接点也是防水的薄弱环节，在地下室底板浇筑后，垂直穿越地下室底板的抗浮锚杆会成为地下水渗漏的通道，如果抗浮锚杆和地下室底板连接节点的防水处理不当，在今后使用过程中地下水会沿锚杆向上侵入地下室，导致地下室渗漏和锚杆、锚具腐蚀等问题，影响地下结构的耐久性。
[0010] (3)常规抗浮锚杆对于软土土层和颗粒比较松散的亚粘土、砂性土等适用性较差，尤其在高地下水位环境下，由于上述土层颗粒比较松散，经常发生孔壁坍塌、锚头变形、注浆量失控、锚索无法施放等问题，大大制约了抗浮锚杆体系在软弱松散土层中的应用。
[0011] 综上所述，目前工程使用的常规抗浮桩和抗浮锚杆技术在结构可靠性、适用性、耐久性等方面存在明显缺陷，地下工程抗浮领域亟待在常规抗浮体系基础上研究优势更加明显的新型抗浮体系。
发明内容
[0012] 本发明目的是弥补现行抗浮技术的不足，提供一种抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系及其施工工艺，利用抗浮水泥土桩作为抗浮锚杆的锚固区，锚固效果好，锚索与地下室底板之间形成可靠的连接节点，提高防渗性和耐久性。
[0013] 本发明采用的技术方案是:一种抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系，抗浮水泥土桩和设于该抗浮水泥土桩内的抗浮锚杆，所述抗浮水泥土桩的顶端与所述地下室底板的下表面触接；
[0014] 所述地下室底板上设有锚固孔；
[0015] 所述抗浮锚杆包括锚索、分别连接于所述锚索两端的锚头和锚具，所述锚头埋设于所述抗浮水泥土桩的底部，自抗浮水泥土桩顶端伸出的所述锚索连带所述锚具伸至所述锚固孔内，灌浆锚固。
[0016] 优选的，所述锚头为预制钢筋混凝土的锥形锚头。
[0017] 上述技术方案中，所述锚头上连接有对中器，防止锚头在水泥土桩体内的下压过
程产生垂直偏位。
[0018] 上述技术方案中，自所述抗浮水泥土桩顶端伸出的所述锚索的外侧套装有双层防护套管，内层防护套管为锚索专用套管，外层防护套管为普通尼龙管，所述外层防护套管的内径大于内层防护套管的外径3〜5mm。
[0019] 上述技术方案中，所述抗浮水泥土桩的原料由下述组分按重量比例组成:土料100份，水泥10〜15份。
[0020] 上述技术方案中，所述抗浮水泥土桩的养护龄期为50〜60天。
[0021] 本发明还提供一种抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系的施工工艺，包括如下步骤:
[0022] (I)制备抗浮锚杆:按照设计图纸预制钢筋混凝土的锥形锚头、锚索和锚具，将锚头、锚索和锚具固定连接，并在锚索外侧套装双层防护套管；
[0023] 其中，内层防护套管为锚索专用套管，外层防护套管为普通尼龙管，所述外层防护套管的内径大于内层防护套管的外径3〜5mm。
[0024] (2)在锚头的外侧固定对中器；
[0025] (3)和料:将土料100份，水泥10〜15份混合，搅拌均匀；
[0026] (4)将步骤(3)中的混合料利用高压旋喷或深层搅拌工艺形成抗浮水泥土桩；[0027] 其中，所述抗浮水泥土桩的外径为500〜800mm。
[0028] (5)按照设计深度，将抗浮锚杆的锚头压入抗浮水泥土桩中，通过与锚头连接的对中器防止锚头产生垂直偏位；
[0029] (6)地下室底板施工，自抗浮水泥土桩顶端伸出的防护套管和锚索、锚具伸入地下室底板的锚固孔内；
[0030] (7)待上部主体结构施工完毕，地下室墙板及顶板回填土结束，地下室底板沉降稳定后，张拉锚索，灌浆固定锚具；
[0031] 其中，封锚灌浆浆料的水灰比为0.6: I〜0.8: 1，注浆压力为I〜1.5MPa，注浆量以注浆口溢出浆料为准。
[0032] (8)锚杆验收检测，按比例抽样检测单根锚索抗拉强度及极限位移量，完成抗浮体系的施工。
[0033] 由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
[0034] (I)本发明利用抗浮水泥土桩作为抗浮锚杆的载体，抗浮锚杆、抗浮水泥土桩和桩周土三者共同工作，大直径水泥土桩、大体积锚头及高强度锚索确保抗浮锚杆受力后能够提供较大的抗浮力。
[0035] (2) “先桩后锚”的施工工艺可以有效防止地下水和软弱土层的影响，锚头、锚索下放过程中无需护壁，即使在高水位环境下的无粘性土中也没有“塌孔”危险，确保了抗浮体系的施工质量。
[0036] (3)预制钢筋混凝土的锥形锚头在水泥土桩成型后由钻杆压入，这种植入式的锚头+锚索结构施放方便、垂直度好，本发明锚索比传统锚索缩短1/2，施工速度快。
[0037] (4)充分利用不同材料受力性能，发挥锚索高强钢绞线的抗拉性能以及锚头混凝土、桩身水泥土材料的抗压性能。
[0038] (5)抗浮水泥土桩构成抗浮锚杆的防水帷幕，抗浮锚杆和地下室底板连接节点的防渗性和耐久性得以明显提高。
[0039] (6)抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系充分发挥了抗浮水泥土桩和抗浮锚杆二者的优势，“桩锚合一”。抗浮水泥土桩为锚杆提供抗浮所需的桩周摩擦阻力，为锚头提供稳定的嵌固；抗浮锚杆则提供抗浮体系所需的抗拔力，受力合理，计算简便，易于设置，工程造价低。
[0040] (7)为提高抗浮锚杆的垂直度，在锥形锚头压入过程中使用对中器，对中器外径比水泥土桩略小，焊接固定在锚头上，对中器在抗浮锚杆的下压过程可以保持锚头在抗浮水泥土桩中心位置不偏移，确保后期张拉锚索的正常受力。
[0041 ] (8)本发明除可以在坚硬土层中使用外，也可以在淤泥质土、粉砂、粉土、粉质粘土等软弱土层中使用，突破了抗浮锚杆在高水位情况下的各种松软土层的使用禁区。锚杆施工及使用过程均不受地下水影响，拓宽了抗浮锚杆在不同地质土层中的适用性。
附图说明
[0042] 图1是本发明实施例一中抗浮锚杆与对中器连接后的结构示意图；
[0043] 图2是图1的俯视图；
[0044] 图3是实施例一中抗浮水泥土桩的结构示意图；[0045] 图4是抗浮锚杆被压入抗浮水泥土桩内的示意图；
[0046] 图5是实施例一的结构示意图。
[0047] 其中:1、锚索；2、钢质圆环；3、对中器；4、锚头；5、抗浮水泥土桩；6、钻杆；7、地下
室底板；8、锚具；9、灌浆浆料。
具体实施方式
[0048] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
[0049] 实施例一:图5所示，一种抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系，与地下室底板相结合，包括抗浮水泥土桩5和设于该抗浮水泥土桩5内的抗浮锚杆，所述抗浮水泥土桩5的顶端与所述地下室底板7的下表面触接。
[0050] 所述地下室底板7上设有锚固孔。
[0051] 如图1、图2所示，所述抗浮锚杆包括锚索1、通过钢质圆环2连接于锚索I下端的预制钢筋混凝土的锥形锚头4以及连接于锚索I上端的锚具8，所述锚头4埋设于所述抗浮水泥土桩5的底部，所述锚索I的外侧套装有双层防护套管，内层防护套管为锚索专用套管，外层防护套管为普通尼龙管，所述外层防护套管的内径大于内层防护套管的外径3〜5mm ο
[0052]自抗浮水泥土桩5顶端伸出的所述锚索I和双层防护套管、连带所述锚具8伸至所述地下室底板的锚固孔内，所述锚具8通过灌浆材料9锚固于所述锚固孔内，与建筑物的地下室底板固结。
[0053] 所述锚头4的外侧连接有对中器3，防止锚头4在水泥土桩体5内的下压过程产生
垂直偏位。
[0054] 本发明实施例一还提供一种抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系的施工工艺，包括如下步骤:
[0055] (I)制备抗浮锚杆:按照设计图纸预制钢筋混凝土锥形锚头、锚索和锚具，将锚头、锚索和锚具固定连接，并在锚索外侧全段套装双层防护套管；
[0056] 其中，内层防护套管为锚索专用套管，保护锚索不受地下水侵蚀；外层防护套管为普通尼龙管，所述外层防护套管的内径大于内层防护套管的外径3〜5_。
[0057] (2)在锚头的外侧固定对中器；
[0058] (3)和料:将土料100份，水泥10〜15份混合，搅拌均匀；
[0059] (4)将步骤(3)中的混合料利用高压旋喷或深层搅拌工艺形成图3所示的抗浮水泥土桩；
[0060] 其中，所述抗浮水泥土桩的外径为500〜800mm。
[0061] (5)如图4所示，按照设计深度，利用钻杆6将抗浮锚杆的锚头压入抗浮水泥土桩中，通过与锚头连接的对中器防止锚头产生垂直偏位；
[0062] (6)地下室底板施工，自抗浮水泥土桩顶端伸出的防护套管和锚索、锚具伸入地下室底板的锚固孔内；
[0063] (7)待上部主体结构施工完毕，地下室墙板及顶板回填土结束，地下室底板沉降稳定后，张拉锚索，灌浆固定锚具；
[0064] 其中，封锚灌浆浆料的水灰比为0.6: I〜0.8: 1，注浆压力为I〜1.5MPa，注浆量以注浆口溢出浆料为准。
[0065] (8)锚杆验收检测，按比例抽样检测单根锚索抗拉强度及极限位移量，完成抗浮体系的施工。
[0066] 本发明利用抗浮水泥土桩作为抗浮锚杆的载体，抗浮锚杆、抗浮水泥土桩和桩周土三者共同工作，在抗浮锚杆受力后能够提供较大的抗浮力。可以有效防止地下水作用和软弱土层的影响，锚头、锚索下放过程中无需护壁，即使在高水位环境下的无粘性土中也没有“塌孔”危险，确保了抗浮锚杆的施工质量。抗浮水泥土桩构成抗浮锚杆的防水帷幕，抗浮锚杆和地下室底板连接节点的防渗性和耐久性得以明显提高。因此，抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系充分发挥了抗浮水泥土桩和抗浮锚杆二者的优势，抗浮水泥土桩提供抗浮体系所需的端阻力和摩擦力，抗浮锚杆则提供抗浮体系所需的抗拔力，受力合理，计算简便，易于设置，工程造价低。
[0067] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系，与地下室底板相结合，其特征在于，包括抗浮水泥土桩和设于该抗浮水泥土桩内的抗浮锚杆，所述抗浮水泥土桩的顶端与所述地下室底板的下表面触接；所述地下室底板上设有锚固孔；所述抗浮锚杆包括锚索、分别连接于所述锚索两端的锚头和锚具，所述锚头埋设于所述抗浮水泥土桩的底部，自抗浮水泥土桩顶端伸出的所述锚索连带所述锚具伸至所述锚固孔内，灌浆封锚。
2.根据权利要求1所述的抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系，其特征在于，所述锚头为预制钢筋混凝土的锥形锚头。
3.根据权利要求1或2所述的抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系，其特征在于，所述锚头上连接有对中器。
4.根据权利要求1所述的抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系，其特征在于，所述锚索的外侧套装有双层防护套管，内层防护套管为锚索专用套管，外层防护套管为普通尼龙管，所述外层防护套管的内径大于内层防护套管的外径3~5_。
5.根据权利要求1所述的抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系，其特征在于，所述抗浮水泥土桩的原料由下述组分按重量比例组成:土料100份，水泥10~15份。
6.根据权利要求1或5所述的抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系，其特征在于，所述抗浮水泥土桩的养护龄期为50~60天。
7.如权利要求1~6中任一项所述的抗浮水泥土桩和抗浮锚杆相结合的抗浮体系的施工工艺，其特征在于，包括如下步骤:(1)制备抗浮锚杆:按照设计图纸预制钢筋混凝土锥形锚头、锚索和锚具，将锚头、锚索和锚具固定连接，并在锚索外侧套装双层防护套管；(2)在锚头的外侧固定对中器；(3)和料:将土料100份、水泥10~15份混合，搅拌均匀；(4)将步骤(3)中的混合料利用高压旋喷或深层搅拌工艺形成抗浮水泥土桩；(5)按照设计深度，将抗浮锚杆的锚头压入抗浮水泥土桩中，通过与锚头连接的对中器防止锚头在下压过程产生垂直偏位；(6)地下室底板施工，自抗浮水泥土桩顶端伸出的防护套管和锚索、锚具伸入地下室底板的锚固孔内；(7)待上部主体结构施工完毕，地下室墙板及顶板回填土结束，地下室底板沉降稳定后，张拉锚索，灌浆固定锚具；(8)锚杆验收检测，按比例抽样检测单根锚索抗拉强度及极限位移量，完成抗浮体系的施工。
8.根据权利要求7所述的施工工艺，其特征在于，所述步骤(4)中，所述抗浮水泥土桩的外径为500~800mm。
9.根据权利要求7所述的施工工艺，其特征在于，所述步骤(1)的双层防护套管中，内层防护套管为锚索专用套管，外层防护套管为普通尼龙管，所述外层防护套管的内径大于内层防护套管的外径3~5mm。
10.根据权利要求7所述的施工工艺，其特征在于，所述步骤(7)中的封锚灌浆浆料的水灰比为0.6: I~0.8: 1，注浆压力为I~1.5MPa，注浆量以注浆口溢出浆料为准 。
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