胡汝蘭，艾連永

(1.天津市市政工程設(shè)計研究院，天津市300051；2.天津市安居工程辦公室，天津市300050)

1 概述

天津海河干流治理工程是天津市的一項重點工程。實施海河護岸的修建工程必然會對原有的建筑景觀有所破壞，如果采用傳統(tǒng)的立式板樁明開槽的工程設(shè)計和施工工藝，將增加海河岸邊的拆遷工程量。許多生長了幾十年的樹木將被破壞，大量的地下電纜，給水排水管道，煤氣熱力管道將要遷移。昔日的海河公園會蕩然無存，因此造成的社會影響環(huán)境影響是無法彌補的。

針對該工程的特殊地理位置和環(huán)境因素，采用預應力土層錨桿作為永久性措施應用于海河護岸景觀構(gòu)造，將對工程的安全、工期、投資產(chǎn)生積極影響，社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益顯著。

海河護岸治理工程地處飽和軟土地層中，為預應力土層錨桿技術(shù)的設(shè)計實施提出了新的課題。

2 土層錨桿設(shè)計

目前常見的土層錨桿有3種基本類型：

(1)圓柱型錨桿，最簡便、最常用的錨桿類型。

(2)擴大圓柱體式錨桿。

(3)端部或局擴孔式錨桿。

實施時要根據(jù)具體工程特點如錨桿的抗拔力，現(xiàn)場的土層地質(zhì)情況，工程的規(guī)模，可供使用的機械設(shè)備，錨桿的孔徑及長度等來確定哪種形式。

海河護岸治理工程采用了主樁加擋土板的結(jié)構(gòu)形式。土層錨桿鎖定在主樁上做為持力構(gòu)造，因為該工程是永久結(jié)構(gòu)，根據(jù)《土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范》規(guī)定錨桿最小安全系數(shù)取2.2，錨桿與土體間的粘結(jié)強度取40 kPa。

由海河西岸的地質(zhì)報告可以得知地面以下約1.6 m內(nèi)大部分是磚頭、白灰、爐灰等，在臨近岸邊的局部有舊護岸工程回填的灰土，這些局部灰土已經(jīng)歷了幾十年，非常堅硬，向下約3~4 m厚是黃褐色、褐色含云母鐵質(zhì)硬塑至軟塑粘土及粉質(zhì)粘土。根據(jù)這些情況決定錨固體錨桿的設(shè)計參數(shù)：軸向拉力最小值為160 kN，極限承載力應大于350 kN，錨桿直徑為15 cm，錨固段長度最小為20m，錨桿自由段長為6m，由此確定錨桿總長度為26m，傾斜角為20°，端部擴大頭型錨桿擴大頭長度為2~3m，根據(jù)工程實際，錨桿錨固端高程為1m，錨頭用錨具固定在岸邊鋼筋混凝土板上。試驗錨桿選用鋼錨索型式，用高強、低松馳、無粘結(jié)預應力鋼絞線作為錨索材料，公稱直徑Φ15.24mm，最小破壞荷載260.7 kN，1 000 h最大松馳率2.5%~3.5%。為滿足強度要求每根錨桿采用3根鋼絞線。(強度為1 570 N/mm)預應力鋼絞線。在設(shè)計選定的區(qū)域里開挖長15 m，深3 m，寬4m的承壓臺基坑，用于現(xiàn)場澆筑承壓平臺，再按設(shè)計要求綁扎鋼筋后澆筑強度為C30混凝土。承壓平臺配筋過程中根據(jù)錨桿孔的孔位、孔向、孔徑等參數(shù)準確地埋設(shè)口管。

預應力土層錨桿結(jié)構(gòu)見圖1。

3 土層錨桿施工

(1)成孔階段：成孔是在土層錨桿施工中的關(guān)鍵，這直接影響成型錨桿的強度和抗拔力。在實際施工可以采用泥漿護壁或水泥漿護壁的措施，并且在軟土地層地區(qū)必須連續(xù)施作，成孔以后應馬上進行下一步工序從而減少塌孔的機率。事實證明在海河護岸治理工程中采用水泥漿護壁效果良好。

(2)拉桿安放階段：成孔完成后應馬上安放拉桿，拉桿的制做應嚴格遵循規(guī)范和設(shè)計，特別是拉桿的防腐處理和定位器的設(shè)置以及自由長度的保證。拉桿的定位器目前有多種型式，材料以金屬的為宜，但無論哪種定位器都應切實保證拉桿位于錨固體中間并與鉆孔平行，特別是使用預應力鋼絞線時，因為錨索在兩個定位器之間會產(chǎn)生一定的垂度，所以定位器間距不能過大，在設(shè)計錨桿時要求錨桿有一定的自由段長度，它與土層的剪切角有關(guān)也與錨桿的設(shè)計拉力有關(guān)，一般要求自由段的最小長度不小于5 m，錨桿受力時首先是允許自由段產(chǎn)生一定的彈性變形，如果自由段長度不夠長，在錨桿還未達到正常工作狀態(tài)的時候，自由段的錨索產(chǎn)生屈服變形至使整個錨桿不能正常使用。

(3)注漿階段：灌漿的作用主要有三點，其一將拉桿錨固段固定在地層里，其次防止拉桿被腐蝕，第三充填地層中的孔隙從而起到加固錨桿周圍地層的作用。水泥具有足夠的流動性以使用泵將其注入鉆孔，而且還有盡早凝固以具有良好的強度，一般情況的水灰比為0.45。灌漿壓力則是根據(jù)注漿形式及階段而確定，工程采用二次注漿大大提高錨桿的強度，一次注漿的壓力為0.3~0.6MPa。二次注漿是待一次注漿漿液達到初凝強度后，利用提前下入孔底的帶花眼的二次注漿管注漿，注漿應力為4 MPa，待孔內(nèi)注入量超過400 L后結(jié)束。注漿后用混凝土對外錨頭進行封閉保護。保護層不小于5 cm。

(4)張拉及鎖定階段：在錨桿注漿體達到強度以后即可以進行張拉，本次試驗是在注漿后15 d進行張拉，采用60 t穿芯千斤頂加載，用液壓表測讀荷載，試驗的反力裝置采用現(xiàn)場澆筑的承壓平臺，承壓平臺的強度和剛度經(jīng)驗算能滿足試驗要求。張拉要按照一定的操作規(guī)程和步驟進行。一般采用能同時張拉錨桿全部鋼束或鋼絲繩的千斤頂直接拉伸使錨桿受力。在正式張拉之前應進行預拉，用0.1~0.2倍的設(shè)計軸向拉力進行預張拉，使錨索的各部位的接觸緊密，鋼束完全平直。在加載過程中緩慢逐漸加載而不允許加載過快，每次都應按照規(guī)程保持一定的時間。錨桿的鎖定也是整個施作過程的重要一環(huán)。在每級加荷等級觀測時間內(nèi)錨固力測量不少于3次。每分鐘加荷不大于10 kN。錨頭位移量不大于1mm時，可施加下一級荷載，否則要延長觀測時間。在每級加荷等級觀測期內(nèi)，待錨頭位移穩(wěn)定后，記錄測力計，應變計讀數(shù)和錨頭位移量。錨桿的鎖定還應選擇適宜的夾具、錨枕以及墊板，墊板設(shè)置必須保證垂于加載方向。同時由于錨索承受很大的拉力，所以在加載鎖錨時應提醒操作人員注意人身安全。

4 錨桿的試驗

檢驗錨桿最及時有效的手段就是現(xiàn)場試驗，錨桿施做完成以后通常根據(jù)不同的需求要進行如下四種試驗。

(1)基本試驗：基本試驗是為確定錨桿極限承載力和獲得有關(guān)設(shè)計參數(shù)而進行的試驗，在錨桿用于未曽應用過的土層時必須進行基本試驗。完成錨桿的設(shè)計以后，根據(jù)設(shè)計制作不少于3根的錨桿用于試驗。根據(jù)試驗來整理出錨桿的荷載與位移曲線，以確定出錨桿的實際安全系數(shù)K。

(2)驗收試驗：驗收試驗是為檢驗錨桿施工質(zhì)量及承載力是否滿足設(shè)計要求而進行的試驗。在錨桿鎖錨之前取錨桿總數(shù)的5%，檢驗荷載對永久性錨桿一般取設(shè)計荷載的1.5倍，對臨時性錨桿一般設(shè)計荷載的1.2倍。

(3)蠕變試驗：蠕變試驗是為掌握錨桿的蠕變性能而進行的試驗。該試驗主要針對塑性指數(shù)較大的淤泥及淤泥質(zhì)土層中的錨桿進行，加載等級及觀側(cè)時間都應滿足有關(guān)規(guī)定，并且試驗根數(shù)不應少于3根。

(4)監(jiān)測試驗：監(jiān)測試驗是對永久性錨桿及重要工程的臨時性錨桿的預應力值進行長期監(jiān)測以了解錨桿工作狀態(tài)的試驗。一般取錨桿總數(shù)的5%~10%，監(jiān)測時間不小于1 a。

錨桿試驗是優(yōu)化設(shè)計確保施工質(zhì)量安全的重要措施。在試驗中除了應選取合適的測試手段，測試工具并嚴格按照操作規(guī)程進行測試外，還應在試驗數(shù)據(jù)的整理分析過程中，盡可能的減少試驗誤差，去除一些不合理的數(shù)據(jù)。

(5)通過海河護岸治理工程中的錨桿試驗及以往的工程經(jīng)驗，目前了解到錨桿試驗中有可能發(fā)生的數(shù)值誤差有如下幾種：

a.錨桿的實際自由段長度誤差，這種誤差通?？梢酝ㄟ^預拉來解決一部分，但實際形成的自由段長度的準確值無法測得。

b.在快速加荷受力時，由于自由段沒有完全松懈，在自由段上產(chǎn)生的摩擦力誤差，這種誤差通過控制加荷速度可以減少。

c.荷載量測中的誤差，特別是液壓千斤頂中的摩擦。

d.變形量測中的誤差，如楔塊嵌入時的富余空隙，以及實地測量時周圍環(huán)境的影響。

e.錨索變形模量本身的誤差。

f.背后土體的變形引起的誤差。

g.測量儀器的精度以及測試人員讀取數(shù)據(jù)時的誤差等。

5 結(jié)論及建議

錨桿現(xiàn)場試驗表明，二次灌漿技術(shù)可以顯著提高錨桿的承載力，可以將普通圓柱型的承載力提高約80%，但其對端部擴大頭型錨桿的施工要求工藝復雜，為此推薦使用二次灌漿技術(shù)的普通圓柱型錨桿。

預應力錨桿施工對工藝要求較高，應保證工程材料符合設(shè)計要求，嚴格控制各工序施工質(zhì)量。特別是在軟土層進行預應力土層錨桿施工，根據(jù)錨桿試驗建議采用有水和跟管鉆進工藝，減小鉆進阻力和解決塌孔問題并嚴格控制一次，二次注漿質(zhì)量，按照錨桿試驗所確定的施工工藝實施，保證工程質(zhì)量的穩(wěn)定性。該工程竣工多年運行狀態(tài)良好。預應力土層錨桿加固應用到海河護岸中工程是一個非常成功的范例。

[1]CECS22:90,土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范[S].中國工程建設(shè)標準化協(xié)會,1990.