錨固懸臂的護(hù)坡樁設(shè)計(jì)和施工的探討

 

　　關(guān)鍵詞：護(hù)坡樁　錨筋　樁巖協(xié)同工作

 

　　傳統(tǒng)的懸臂式護(hù)坡樁設(shè)計(jì)，樁端都有一定的入土深度，并由該深度以下的樁后巖土提供的被動土壓力使樁身保持平衡。但是，在特殊的施工條件和地質(zhì)條件下，樁的入土（巖）深度受到限制，給護(hù)坡樁、擋土樁的設(shè)計(jì)和施工提出了新的課題。

　　懸臂式護(hù)坡樁實(shí)際上是一根豎起的懸臂梁，入土部分相當(dāng)于懸臂梁的固定端。通常懸臂梁有如下兩種最基本的受力形式。

　　當(dāng)懸臂梁在外荷（p1）的作用下，第一種受力形式中的懸臂梁是利用外力（磚墻的壓力）使梁獲得平衡；第二種受力形式中的懸臂梁則是利用內(nèi)力（鋼筋的拉力）使梁獲得平衡，它不需要外部反力也能使懸臂梁正常工作。傳統(tǒng)的懸臂式護(hù)坡樁受力形式與第一種懸臂梁類似，樁入土（巖）部分的被動土壓力相當(dāng)于磚墻的反力。

　　從第二種受力形式的懸臂梁工作原理可知，只要受拉鋼筋的錨固長度足夠，懸臂梁便可正常工作，不必象第一種懸臂梁那樣要有一定長度的入墻固定端。同理，只要懸臂樁的受拉鋼筋有足夠的錨固長度，懸臂樁便可正常工作，毋須樁端要有入巖深度。因此，在巖層埋藏較淺、巖質(zhì)堅(jiān)硬而又不允許爆破或沖孔的條件下，采用鉆孔樁或人工挖孔樁難于達(dá)到需要的深度時，錨固的懸臂護(hù)坡樁便應(yīng)運(yùn)而生。這種將懸臂樁同樁底巖石連成一體的方法，使樁巖協(xié)同工作。它包括①整體抗彎抗傾覆；②整體抗剪抗滑移。

　　2.1工程概況

　　惠陽市教工之家高層住宅樓位于廣東惠陽市承修路旁，25層，長52.7m，寬51.3m，采用箱形基礎(chǔ)，以-6.3m處的微風(fēng)化石灰?guī)r作為持力層。北距該樓僅1.9m處有一棟七層教師宿舍樓，宿舍樓采用天然獨(dú)立基礎(chǔ)，柱基尺寸為3m×3m，埋置于-2.0m處的粉質(zhì)粘土層上；南距該樓2.8m有一棟幼兒園的四層教學(xué)樓，天然淺基礎(chǔ)；東距該樓4.6m有一棟圓形教學(xué)樓，亦為天然淺基礎(chǔ)；西距該樓2.5m處有一根街道陶瓷下水管。石灰?guī)r埋藏于-5.5～-6.5m之間，巖質(zhì)脆硬。地下水不豐富。

　　2.2樁型的選擇由于巖質(zhì)堅(jiān)硬，鉆孔樁和人工挖孔樁入巖都十分困難，采用爆破或沖孔又容易造成鄰近房屋開裂。故選用錨固于巖石的懸臂護(hù)坡樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。

　　2.3護(hù)坡樁的設(shè)計(jì)（以北面護(hù)坡樁為例）

　?。?）主動土壓力的計(jì)算

　?。?）七層宿舍樓荷載所產(chǎn)生的主動土壓力

　　其中，七層宿舍樓的重量折算成填土高度為7.36m.

　?。?）傾覆彎矩的計(jì)算每單位米長的土體對支護(hù)結(jié)構(gòu)的根部產(chǎn)生的彎矩為：M＝EA1×h2＋EA2×h3＝98.9×2.1+350×1.4＝698kN.m。

　?。?）護(hù)坡樁的配筋計(jì)算采用1000人工挖孔樁，混凝土等級為C20，間距1.5m，則每根樁所承受的最大彎矩為：

　　護(hù)坡樁試配1625作為主筋，則必須滿足（文獻(xiàn)［1］）：

　　最后計(jì)算得：

　　M樁＜M′樁，結(jié)構(gòu)抗彎抗傾覆安全。

　?。?）錨筋數(shù)量和錨固長度的確定錨筋數(shù)量：經(jīng)計(jì)算，主筋為1625，錨筋數(shù)量至少也需1625，利用主筋兼作錨筋，直接錨入巖石，水泥漿灌孔。

　　錨固長度的計(jì)算：錨固長度主要取決于三大因素：

　?、俟酀{材料與鋼筋之間的握裹力；②錨固體與巖石之間的極限側(cè)阻力；③錨固體端部巖石破裂面的總抗拉力。分別計(jì)算，取三個錨固長度中的最大值。

　　由水泥漿與鋼筋之間的握裹力所決定的錨固長度（Lm），只要滿足：Tu≤πdLmu即可。其中，Tu為單根錨筋的極限抗拔力，取Tu＝152039N；d為錨筋直徑，d=25；u為水泥漿對鋼筋的平均握裹力，取u＝4.17N/mm2（水泥標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度的10%）。最后算出：Lm＝464.6mm.利用錨固體與巖石之間的極限側(cè)阻力求錨固長度，只要滿足：Tu≤πDτzLm即可（詳見文獻(xiàn)［2］）。其中，D為鉆孔孔徑，τz為錨固段周邊的抗剪強(qiáng)度，取τz＝1.2N/mm2（詳見文獻(xiàn)［3］），取Tu＝152039N（單根25鋼筋抗拉力），鉆孔孔徑為30mm，代入數(shù)據(jù)，可算出Lm＝1344mm，經(jīng)與握裹錨固長度比較，后者起決定作用，取Lm＝1500mm.驗(yàn)算1500mm深處巖石破裂面總的抗拉能力是否滿足?！∑屏衙鎴A臺體表面積S＝9420000mm2，取石灰?guī)r抗拉強(qiáng)度為其抗壓強(qiáng)度的六十分之一。取抗壓強(qiáng)度為60，則抗拉強(qiáng)度為1，破裂面巖石總抗拉力為9420000N.全部錨筋（實(shí)際上只有受拉區(qū)錨筋）總拉力為：16×310×490＝2430400N，小于破裂面巖石的總抗拉力，破裂面安全。1500mm錨固長度足夠。

　?。?）樁巖接觸面抗剪抗滑移驗(yàn)算如果忽略混凝土與巖石結(jié)合處的抗剪能力，則只能由錨筋的抗剪能力抵抗滑移和剪切。

　　樁底1625錨筋的總抗剪能力為：〔τ〕＝100×7856＝785600N，因樁的間距為1.5m，所以每樁承受的水平推力為：

　　F樁＝1.5×（EA1＋EA2）＝673400N

　　〔τ〕＞F樁，結(jié)構(gòu)抗剪抗滑移安全。

　?。?）樁頂設(shè)置連系梁為使護(hù)坡樁整體協(xié)同工作，在樁頂設(shè)置連系梁一道，梁的截面為1000×400，上下各配516，箍筋采用雙肢箍210@200.

　　3.1人工挖孔按一般人工挖孔樁方法挖孔，挖至巖面時，用風(fēng)鎬鑿石，為防止基坑大開挖后樁端露腳，使樁底面比基坑底面稍深100～200mm，將孔底鑿成向土體方向傾斜10°～20°角，以增加樁巖接觸處的抗滑移能力。

　　3.2鉆孔錨筋按樁的縱筋數(shù)量和位置在孔底鉆孔，采用30金剛鉆頭，鉆深1500mm.鉆孔完畢后，用高壓水清孔，再用虹吸管吸干孔內(nèi)積水，然后用1∶5（白乳膠∶水泥）配成的水泥漿灌孔，灌滿后插入樁的縱筋。插入縱筋時要反復(fù)抽插，直插入孔底為止，溢出的水泥漿用吸筒吸掉。在插筋的上端綁扎一個箍筋固定，待水泥漿硬化后再綁扎樁內(nèi)箍筋。

　　該工程于1993年6月動工，7月底完成護(hù)坡樁施工。四周均設(shè)同類護(hù)坡樁，12月底完成土方大開挖。由于資金不到位，至今未進(jìn)行基礎(chǔ)施工，使原來的臨時（當(dāng)時設(shè)想基礎(chǔ)施工約需3個月）護(hù)坡樁變成長期護(hù)坡樁，超出了設(shè)計(jì)能力。但經(jīng)多次檢測，四周建筑物及護(hù)坡樁均無異常，七層教師宿舍樓最大垂直偏差只有5mm，說明錨固的懸臂護(hù)坡樁設(shè)計(jì)和施工獲得成功。與傳統(tǒng)的懸臂式護(hù)坡樁相比，縮短工期20天（約四分之一），節(jié)約資金約三分之一。

　　實(shí)踐證明，這是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的樁型，適用于石灰?guī)r或其它類似巖層。這類樁關(guān)鍵在于錨筋的施工，一定程度上運(yùn)用錨桿技術(shù)，為增強(qiáng)錨固和抗剪效果，可在樁的中心附近增設(shè)一些短錨筋（作為構(gòu)造措施，不參與計(jì)算）。以上經(jīng)驗(yàn)，供各位同行參考，共同完善此類樁的設(shè)計(jì)和施工。