CN106968245A - 预应力锚索人工挖孔抗拔桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工挖孔桩抗拔结构，包括桩体和增强桩体轴向抗拔力的一根以上的预应力锚索，所述轴向预应力锚索设置于桩体内，且上端通过夹具锚固于桩体的桩头，下端径向穿过桩体侧壁锚固于桩体周边地层；在人工挖孔桩桩身浇筑混凝土并达到设计强度之后，通过张拉预应力锚索以增强人工挖孔桩的抗拔力，桩身耐久性和抗拔承载力可大幅提高。该结构施工简单，分段进行，质量可控，对于人工挖孔桩受到向上的拉拔力时，尤其对于山区嵌岩桩侧摩阻力较低的人工挖孔桩，该结构以及其施工方法能有效地提高人工挖孔桩的抗拔能力，极大地增强人工挖孔桩桩身的耐久性。

Description

预应力锚索人工挖孔抗拔桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种人工挖孔桩，特别涉及一种预应力锚索人工挖孔抗拔桩及其施工方法。

背景技术

人工挖孔桩广泛地应用在桥梁工程、铁路工程、公路工程、电力工程、水利工程和地质工程的桩基成孔。人工挖孔桩的桩基一般承受受压荷载，然而在一些特殊受力情况下，人工挖孔桩承受向上的拉拔力，如悬索桥中的锚定桩、偏拉的输电铁塔桩基等。在粘土地层以及部分岩石地层中，人工挖孔桩桩身侧阻力较低，在向上拉拔力的作用下容易造成桩身被拔出，造成巨大的工程事故。为了增加人工挖孔桩抗拔力，工程实践中一般采用桩身侧壁加固的方法，或者采用桩顶加压的方法，然而这些方法增加的抗拔力有限，抗拔效果并不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种预应力锚索人工挖孔抗拔桩及其施工方法，提高人工挖孔桩抗拔力和增强抗拔桩桩身耐久性，施工简单、质量可控，尤其适用于山区嵌岩桩侧摩阻力较低时的人工挖孔桩。

本发明的预应力锚索人工挖孔抗拔桩，包括桩体和增强轴向抗拔力的一根以上的预应力锚索，所述预应力锚索轴向设置于桩体内，且上端固定于桩体的桩头，下端径向穿过桩体侧壁锚固于桩体周边地层；

进一步，桩体内的预应力锚索沿桩体径向多层均布；

进一步，桩体外的预应力锚索沿桩体周边岩土呈垂直向多层均布；

进一步，所述桩体外预应力锚索与桩体侧壁的形成30-45°的夹角。

进一步，所述预应力锚索套设于隔离套管中；

进一步，沿所述桩体侧壁向周边土层设置有通过灌注砂浆固定预应力锚索的注浆孔，所述桩体侧壁内设置有钢筋；

进一步，所述预应力锚索的锚固端垂直锚索设置端板；

进一步，所述预应力锚索以下斜拉式锚固于桩体周边地层并施加预应力。

本发明还公开一种预应力锚索人工挖孔抗拔桩的施工方法，包括以下步骤：

S1、开挖第一段人工挖孔桩并采用混凝土护壁支护，在第一段预应力锚索锚头的标高处，沿人工挖孔桩护壁的四周对称钻取注浆孔，将预应力锚索放入注浆孔并固定锚固端，然后向注浆孔中注入水泥砂浆，当水砂浆完全凝固并符合强度要求后，将预应力锚索的另一端牵拉至地面；

S2、继续向下开挖人工挖孔桩，重复步骤S1；

S3、开挖人工挖孔桩至桩底，然后放入钢筋笼后浇筑混凝土；

S4、待人工挖孔桩桩身混凝土达到设计要求后，分别对不同层的预应力锚索进行后张法张拉，达到设计张拉应力后在人工挖孔桩顶面，通过锚固件将预应力锚索锚固；

进一步，步骤S1中，所述水泥砂浆中添加有速凝剂，按重量比水泥：水＝1:0.8，注浆压力为0.4～0.5MPa。

本发明的有益效果：本发明的预应力锚索人工挖孔抗拔桩及其施工方法，在人工挖孔桩桩身的基础上，施加预应力锚索，通过锚索的张拉增强人工挖孔桩的抗拔力，桩身耐久性和抗拔承载力可大幅提高，施工简单，分段进行，质量可控，对于人工挖孔桩受到向上的拉拔力时，尤其对于山区嵌岩桩侧摩阻力较低的人工挖孔桩，该结构以及其施工方法能有效地提高人工挖孔桩的抗拔能力，增强抗拔桩桩身耐久性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为现有技术中的抗拔桩；

图2本发明的剖面结构示意图；

图3为预应力锚索与隔离套管的结构示意放大图。

具体实施方式

图1为现有技术中的抗拔桩；图2本发明的剖面结构示意图；图3为预应力锚索与隔离套管的结构示意放大图，如图所示：本实施例的预应力锚索人工挖孔抗拔桩，包括桩体1′和增强桩体1′轴向抗拔力的一根以上的预应力锚索2＇，所述预应力锚索2＇垂直向设置于桩体1′内，且上端固定于桩体1′的桩头3，下端径向穿过桩体1′侧壁锚固于桩体1′周边地层；预应力锚索2＇在桩体1′侧壁4与周边地层之间形成锚固段，在人工挖孔桩桩身浇筑混凝土并达到设计强度之后，通过预应力锚索2＇的张拉以增强人工挖孔桩的抗拔力，同时桩身耐久性和抗拔承载力可大幅提高。

本实施例中，桩体1′内的预应力锚索2＇沿桩体1′径向多层均布；桩体1′外的预应力锚索2＇与桩体1′呈α°轴向多层均布；沿平行桩体1′进行分层锚固，锚固段形成类似“树根”结构，提高桩体1′的承载力和抗拔能力，在使用过程中，预应力的施加将预先让混凝土受压，在桩身上产生压应力(一般为10～20MPa)。当有上拔力时，上拔力产生的拉应力需要抵消到预应力给混凝土的压应力，然后才让桩身混凝土受拉，因此，预应力的存在对协助桩身受拉具有重要的贡献。

本实施例中，所述桩体1′外预应力锚索2＇与桩体1′侧壁4的形成30-45°的夹角，桩身的抗拔力最大。

本实施例中，所述预应力锚索2＇套设于隔离套管中；防止锚索生锈受到腐蚀。

本实施例中，沿所述桩体1′侧壁4向周边土层设置有通过灌注砂浆固定预应力锚索2＇的注浆孔6，所述桩体1′侧壁4内设置有钢筋；将预应力锚索2＇放置于注浆孔6中后灌注添加有速凝剂的水泥砂浆，增强锚固段的强度，进一步提高桩体1′的承载力和抗拔能力，桩体1′侧壁4内的钢筋用于对桩体1′侧壁4的加强，避免张拉预应力锚索2＇以及在受到向上的拉拔力时对桩体1′侧壁4的损坏。

本实施例中，所述预应力锚索2＇的锚固端5垂直锚索设置端板(锚固件)；免于锚固端5的固定，增加锚固力。

本实施例中，所述预应力锚索2＇以下斜拉式锚固于桩体1′周边地层并施加预应力；既便于锚固又便于给桩体1′施加有效的抗拔力。

本发明还公开一种预应力锚索2＇人工挖孔抗拔桩的施工方法，包括以下步骤：

S1、开挖第一段人工挖孔桩并采用混凝土护壁支护，在第一段预应力锚索2＇锚头的标高处，沿人工挖孔桩护壁的四周对称钻取注浆孔6(钻取4个直径为35mm，长约1.5m-2.0m的注浆孔6)，将预应力锚索2＇放入注浆孔6并固定锚固端5，然后向注浆孔6中注入水泥砂浆，当水砂浆完全凝固并符合强度要求后，将预应力锚索2＇的另一端牵拉至地面；

S2、继续向下开挖人工挖孔桩，重复步骤S1；

S3、开挖人工挖孔桩至桩底，然后放入钢筋笼后浇筑混凝土；

S4、待人工挖孔桩桩身混凝土达到设计要求后，分别对不同层的预应力锚索2＇进行后张法张拉，达到设计张拉应力后在人工挖孔桩顶面，通过锚固件将预应力锚索2＇锚固；施工简单，分段进行，质量可控，桩身耐久性和抗拔承载力可大幅提高，对于人工挖孔桩受到向上的拉拔力时，尤其对于山区嵌岩桩侧摩阻力较低的人工挖孔桩，该施工方法能有效地提高人工挖孔桩的抗拔能力。

本实施例中，步骤S1中，所述水泥砂浆中添加有速凝剂，按重量比水泥：水＝1:0.8，注浆压力为0.4～0.5MPa。

将上述本实施例的预应力锚索人工挖孔抗拔桩与传统的抗拔桩进行比较：

在工程中，为了增加基础结构的抗浮和抗拔作用，采用常规锚固的方式，如下图1所示。由于“群锚效应”，实际工程中桩体1′底部锚索2还不能过多的设置，否则各个锚索2之间的锚固力将会相互影响，从而降低其锚固能力，因此实际工程中一般取4根。

而本发明公布一种类似于“树根”的抗拔人工挖孔桩，如图2所示，其锚固段长度为l，锚固段倾角为α，同一层中可以沿桩布置4根，沿桩身布置n层(n≥2)。

(1)在增强桩的抗拔性能方面

为定量对比二者的抗拔效果，做如下假设：

①图1和图2的锚固段处于相同的地层内，锚固段长度均为l，锚固孔的周长均为u；

②二者采用同样强度等级的速凝混凝土砂浆，锚固段与周围岩土体的抗拔极限侧阻力标准值均为q_sik；

③二者抗拔桩的直径和深度均一致。

由于假设③二者抗拔桩的直径和深度均一致，因此，图1和图2桩身所提供的抗拔力相等。这里仅考虑锚索对抗拔力的贡献。

由图1可知：桩底4根锚索，注浆孔6周长为u，锚固段长度为l，抗拔极限侧阻力标准值均为q_sik，因此，图1单根锚索的极限抗拔力为T_uk1：

T_uk1＝ulq_sik

4根锚索的极限抗拔力为T_uk，则，

T_uk＝4T_uk1＝4ulq_sik

由图2可知：其锚固段长度为l，锚固段倾角为α，同一层中可以沿桩布置4根，沿桩身布置n层。根据图1计算结果，竖直荷载作用下单根锚索的极限抗拔力为ulq_sik，也就是说图2单根锚索的极限抗拔力为T_uk2＝ulq_sik/cosα,每层布置4根锚索，一共n层，因此，图2所有锚索极限抗拔力为T_uk2＝4nulq_sik/cosα

因此，T_uk2/T_uk1＝n/cosα,假设n＝3，α＝45°，则T_uk2/T_uk1＝4.24；假设n＝4，α＝45°，则T_uk2/T_uk1＝5.65；假设n＝5，α＝45°，则T_uk2/T_uk1＝7.07，随着n的增大，T_uk2/T_uk1的比值会越来越大，因此，图2的增强效果明显强于图1。

(2)在增强桩身耐久性方面

图1中的锚索锚固在桩底，对协助桩身混凝土抗拔没有任何的效果，这样一来，当桩身受到上拔力时，桩身混凝土立即受拉，由于混凝土的抗力强度极低，当上拔应力超过混凝土的抗拉强度后会造成桩身混凝土开裂，由此暴露桩身中的钢筋。在地下水和其他腐蚀性因素的作用下将会腐蚀桩身中的钢筋，造成桩的承载力逐渐降低，严重的影响桩的耐久性。

而图2中各锚索施加了向下的预应力，预应力的施加将预先让混凝土受压，在桩身上产生压应力(一般为10～20MPa)。当有上拔力时，上拔力产生的拉应力需要抵消到预应力给混凝土的压应力，然后才让桩身混凝土受拉，因此，预应力的存在对协助桩身受拉具有重要的贡献。

(3)本发明与桩周岩土体加固效果的比较

桩周岩土体加固，如注浆加固等方法，虽然能够提高岩土体的抗剪强度，增大岩土体与桩身的抗拔极限侧阻力标准值，但是岩土体的强度提高是有限的(都在kPa级范围内)，因此，采用加固桩周岩土体的方法对提高桩身的抗拔力是非常有限的。

采用预应力锚索2＇方案，由于预应力强度极高，一般预应力锚索2＇抗拉强度设计值能够达到510～1390MPa，远远大于周围岩土体强度的提高(kPa级)，因此采用图2的方案，不仅能够提高桩身的抗拔力，而且还能够增强桩身的耐久性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种预应力锚索人工挖孔抗拔桩，其特征在于：包括桩体和增强轴向抗拔力的一根以上的预应力锚索，所述预应力锚索轴向设置于桩体内，且上端固定于桩体的桩头，下端径向穿过桩体侧壁锚固于桩体周边岩土层中。

2.根据权利要求1所述的预应力锚索人工挖孔抗拔桩，其特征在于：桩体内的预应力锚索沿桩体径向多层均布。

3.根据权利要求1所述的预应力锚索人工挖孔抗拔桩，其特征在于：桩体外的预应力锚索沿桩体周边岩土呈垂直向多层均布。

4.根据权利要求3所述的预应力锚索人工挖孔抗拔桩，其特征在于：所述桩体外预应力锚索与桩体侧壁的形成30-45°的夹角。

5.根据权利要求2或3所述的预应力锚索人工挖孔抗拔桩，其特征在于：所述预应力锚索套设于隔离套管中。

6.根据权利要求5所述的预应力锚索人工挖孔抗拔桩，其特征在于：沿所述桩体侧壁向周边土层设置有通过灌注砂浆固定预应力锚索的注浆孔，所述桩体侧壁内设置有钢筋。

7.根据权利要求6所述的预应力锚索人工挖孔抗拔桩，其特征在于：所述预应力锚索的锚固端垂直锚索设置端板。

8.根据权利要求7所述的预应力锚索人工挖孔抗拔桩，其特征在于：所述预应力锚索以下斜拉式锚固于桩体周边地层并施加预应力。

9.根据权利要求1所述的预应力锚索人工挖孔抗拔桩的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、开挖第一段人工挖孔桩并采用混凝土护壁支护，在第一段预应力锚索锚头的标高处，沿人工挖孔桩护壁的四周对称钻取注浆孔，将预应力锚索放入注浆孔并固定锚固端，然后向注浆孔中注入水泥砂浆，当水砂浆完全凝固并符合强度要求后，将预应力锚索的另一端牵拉至地面；

S2、继续向下开挖人工挖孔桩，重复步骤S1；

S3、开挖人工挖孔桩至桩底，然后放入钢筋笼后浇筑混凝土；

S4、待人工挖孔桩桩身混凝土达到设计要求后，分别对不同层的预应力锚索进行后张法张拉，达到设计张拉应力后在人工挖孔桩顶面，通过锚固件将预应力锚索锚固。

10.根据权利要求9所述的预应力锚索人工挖孔抗拔桩的施工方法，其特征在于：步骤S1中，所述水泥砂浆中添加有速凝剂，按重量比水泥：水＝1:0.8，注浆压力为0.4～0.5MPa。