本發(fā)明涉及一種人工挖孔樁，特別涉及一種預應力錨索人工挖孔抗拔樁及其施工方法。

背景技術：

人工挖孔樁廣泛地應用在橋梁工程、鐵路工程、公路工程、電力工程、水利工程和地質工程的樁基成孔。人工挖孔樁的樁基一般承受受壓荷載，然而在一些特殊受力情況下，人工挖孔樁承受向上的拉拔力，如懸索橋中的錨定樁、偏拉的輸電鐵塔樁基等。在粘土地層以及部分巖石地層中，人工挖孔樁樁身側阻力較低，在向上拉拔力的作用下容易造成樁身被拔出，造成巨大的工程事故。為了增加人工挖孔樁抗拔力，工程實踐中一般采用樁身側壁加固的方法，或者采用樁頂加壓的方法，然而這些方法增加的抗拔力有限，抗拔效果并不理想。

技術實現要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種預應力錨索人工挖孔抗拔樁及其施工方法，提高人工挖孔樁抗拔力和增強抗拔樁樁身耐久性，施工簡單、質量可控，尤其適用于山區(qū)嵌巖樁側摩阻力較低時的人工挖孔樁。

本發(fā)明的預應力錨索人工挖孔抗拔樁，包括樁體和增強軸向抗拔力的一根以上的預應力錨索，所述預應力錨索軸向設置于樁體內，且上端固定于樁體的樁頭，下端徑向穿過樁體側壁錨固于樁體周邊地層；

進一步，樁體內的預應力錨索沿樁體徑向多層均布；

進一步，樁體外的預應力錨索沿樁體周邊巖土呈垂直向多層均布；

進一步，所述樁體外預應力錨索與樁體側壁的形成30-45°的夾角。

進一步，所述預應力錨索套設于隔離套管中；

進一步，沿所述樁體側壁向周邊土層設置有通過灌注砂漿固定預應力錨索的注漿孔，所述樁體側壁內設置有鋼筋；

進一步，所述預應力錨索的錨固端垂直錨索設置端板；

進一步，所述預應力錨索以下斜拉式錨固于樁體周邊地層并施加預應力。

本發(fā)明還公開一種預應力錨索人工挖孔抗拔樁的施工方法，包括以下步驟：

s1、開挖第一段人工挖孔樁并采用混凝土護壁支護，在第一段預應力錨索錨頭的標高處，沿人工挖孔樁護壁的四周對稱鉆取注漿孔，將預應力錨索放入注漿孔并固定錨固端，然后向注漿孔中注入水泥砂漿，當水砂漿完全凝固并符合強度要求后，將預應力錨索的另一端牽拉至地面；

s2、繼續(xù)向下開挖人工挖孔樁，重復步驟s1；

s3、開挖人工挖孔樁至樁底，然后放入鋼筋籠后澆筑混凝土；

s4、待人工挖孔樁樁身混凝土達到設計要求后，分別對不同層的預應力錨索進行后張法張拉，達到設計張拉應力后在人工挖孔樁頂面，通過錨固件將預應力錨索錨固；

進一步，步驟s1中，所述水泥砂漿中添加有速凝劑，按重量比水泥：水＝1:0.8，注漿壓力為0.4～0.5mpa。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的預應力錨索人工挖孔抗拔樁及其施工方法，在人工挖孔樁樁身的基礎上，施加預應力錨索，通過錨索的張拉增強人工挖孔樁的抗拔力，樁身耐久性和抗拔承載力可大幅提高，施工簡單，分段進行，質量可控，對于人工挖孔樁受到向上的拉拔力時，尤其對于山區(qū)嵌巖樁側摩阻力較低的人工挖孔樁，該結構以及其施工方法能有效地提高人工挖孔樁的抗拔能力，增強抗拔樁樁身耐久性。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述：

圖1為現有技術中的抗拔樁；

圖2本發(fā)明的剖面結構示意圖；

圖3為預應力錨索與隔離套管的結構示意放大圖。

具體實施方式

圖1為現有技術中的抗拔樁；圖2本發(fā)明的剖面結構示意圖；圖3為預應力錨索與隔離套管的結構示意放大圖，如圖所示：本實施例的預應力錨索人工挖孔抗拔樁，包括樁體1′和增強樁體1′軸向抗拔力的一根以上的預應力錨索2＇，所述預應力錨索2＇垂直向設置于樁體1′內，且上端固定于樁體1′的樁頭3，下端徑向穿過樁體1′側壁錨固于樁體1′周邊地層；預應力錨索2＇在樁體1′側壁4與周邊地層之間形成錨固段，在人工挖孔樁樁身澆筑混凝土并達到設計強度之后，通過預應力錨索2＇的張拉以增強人工挖孔樁的抗拔力，同時樁身耐久性和抗拔承載力可大幅提高。

本實施例中，樁體1′內的預應力錨索2＇沿樁體1′徑向多層均布；樁體1′外的預應力錨索2＇與樁體1′呈α°軸向多層均布；沿平行樁體1′進行分層錨固，錨固段形成類似“樹根”結構，提高樁體1′的承載力和抗拔能力，在使用過程中，預應力的施加將預先讓混凝土受壓，在樁身上產生壓應力(一般為10～20mpa)。當有上拔力時，上拔力產生的拉應力需要抵消到預應力給混凝土的壓應力，然后才讓樁身混凝土受拉，因此，預應力的存在對協(xié)助樁身受拉具有重要的貢獻。

本實施例中，所述樁體1′外預應力錨索2＇與樁體1′側壁4的形成30-45°的夾角，樁身的抗拔力最大。

本實施例中，所述預應力錨索2＇套設于隔離套管中；防止錨索生銹受到腐蝕。

本實施例中，沿所述樁體1′側壁4向周邊土層設置有通過灌注砂漿固定預應力錨索2＇的注漿孔6，所述樁體1′側壁4內設置有鋼筋；將預應力錨索2＇放置于注漿孔6中后灌注添加有速凝劑的水泥砂漿，增強錨固段的強度，進一步提高樁體1′的承載力和抗拔能力，樁體1′側壁4內的鋼筋用于對樁體1′側壁4的加強，避免張拉預應力錨索2＇以及在受到向上的拉拔力時對樁體1′側壁4的損壞。

本實施例中，所述預應力錨索2＇的錨固端5垂直錨索設置端板(錨固件)；免于錨固端5的固定，增加錨固力。

本實施例中，所述預應力錨索2＇以下斜拉式錨固于樁體1′周邊地層并施加預應力；既便于錨固又便于給樁體1′施加有效的抗拔力。

本發(fā)明還公開一種預應力錨索2＇人工挖孔抗拔樁的施工方法，包括以下步驟：

s1、開挖第一段人工挖孔樁并采用混凝土護壁支護，在第一段預應力錨索2＇錨頭的標高處，沿人工挖孔樁護壁的四周對稱鉆取注漿孔6(鉆取4個直徑為35mm，長約1.5m-2.0m的注漿孔6)，將預應力錨索2＇放入注漿孔6并固定錨固端5，然后向注漿孔6中注入水泥砂漿，當水砂漿完全凝固并符合強度要求后，將預應力錨索2＇的另一端牽拉至地面；

s2、繼續(xù)向下開挖人工挖孔樁，重復步驟s1；

s3、開挖人工挖孔樁至樁底，然后放入鋼筋籠后澆筑混凝土；

s4、待人工挖孔樁樁身混凝土達到設計要求后，分別對不同層的預應力錨索2＇進行后張法張拉，達到設計張拉應力后在人工挖孔樁頂面，通過錨固件將預應力錨索2＇錨固；施工簡單，分段進行，質量可控，樁身耐久性和抗拔承載力可大幅提高，對于人工挖孔樁受到向上的拉拔力時，尤其對于山區(qū)嵌巖樁側摩阻力較低的人工挖孔樁，該施工方法能有效地提高人工挖孔樁的抗拔能力。

本實施例中，步驟s1中，所述水泥砂漿中添加有速凝劑，按重量比水泥：水＝1:0.8，注漿壓力為0.4～0.5mpa。

將上述本實施例的預應力錨索人工挖孔抗拔樁與傳統(tǒng)的抗拔樁進行比較：

在工程中，為了增加基礎結構的抗浮和抗拔作用，采用常規(guī)錨固的方式，如下圖1所示。由于“群錨效應”，實際工程中樁體1′底部錨索2還不能過多的設置，否則各個錨索2之間的錨固力將會相互影響，從而降低其錨固能力，因此實際工程中一般取4根。

而本發(fā)明公布一種類似于“樹根”的抗拔人工挖孔樁，如圖2所示，其錨固段長度為l，錨固段傾角為α，同一層中可以沿樁布置4根，沿樁身布置n層(n≥2)。

(1)在增強樁的抗拔性能方面

為定量對比二者的抗拔效果，做如下假設：

①圖1和圖2的錨固段處于相同的地層內，錨固段長度均為l，錨固孔的周長均為u；

②二者采用同樣強度等級的速凝混凝土砂漿，錨固段與周圍巖土體的抗拔極限側阻力標準值均為qsik；

③二者抗拔樁的直徑和深度均一致。

由于假設③二者抗拔樁的直徑和深度均一致，因此，圖1和圖2樁身所提供的抗拔力相等。這里僅考慮錨索對抗拔力的貢獻。

由圖1可知：樁底4根錨索，注漿孔6周長為u，錨固段長度為l，抗拔極限側阻力標準值均為qsik，因此，圖1單根錨索的極限抗拔力為tuk1：

tuk1＝ulqsik

4根錨索的極限抗拔力為tuk，則，

tuk＝4tuk1＝4ulqsik

由圖2可知：其錨固段長度為l，錨固段傾角為α，同一層中可以沿樁布置4根，沿樁身布置n層。根據圖1計算結果，豎直荷載作用下單根錨索的極限抗拔力為ulqsik，也就是說圖2單根錨索的極限抗拔力為tuk2＝ulqsik/cosα,每層布置4根錨索，一共n層，因此，圖2所有錨索極限抗拔力為tuk2＝4nulqsik/cosα

因此，tuk2/tuk1＝n/cosα,假設n＝3，α＝45°，則tuk2/tuk1＝4.24；假設n＝4，α＝45°，則tuk2/tuk1＝5.65；假設n＝5，α＝45°，則tuk2/tuk1＝7.07，隨著n的增大，tuk2/tuk1的比值會越來越大，因此，圖2的增強效果明顯強于圖1。

(2)在增強樁身耐久性方面

圖1中的錨索錨固在樁底，對協(xié)助樁身混凝土抗拔沒有任何的效果，這樣一來，當樁身受到上拔力時，樁身混凝土立即受拉，由于混凝土的抗力強度極低，當上拔應力超過混凝土的抗拉強度后會造成樁身混凝土開裂，由此暴露樁身中的鋼筋。在地下水和其他腐蝕性因素的作用下將會腐蝕樁身中的鋼筋，造成樁的承載力逐漸降低，嚴重的影響樁的耐久性。

而圖2中各錨索施加了向下的預應力，預應力的施加將預先讓混凝土受壓，在樁身上產生壓應力(一般為10～20mpa)。當有上拔力時，上拔力產生的拉應力需要抵消到預應力給混凝土的壓應力，然后才讓樁身混凝土受拉，因此，預應力的存在對協(xié)助樁身受拉具有重要的貢獻。

(3)本發(fā)明與樁周巖土體加固效果的比較

樁周巖土體加固，如注漿加固等方法，雖然能夠提高巖土體的抗剪強度，增大巖土體與樁身的抗拔極限側阻力標準值，但是巖土體的強度提高是有限的(都在kpa級范圍內)，因此，采用加固樁周巖土體的方法對提高樁身的抗拔力是非常有限的。

采用預應力錨索2＇方案，由于預應力強度極高，一般預應力錨索2＇抗拉強度設計值能夠達到510～1390mpa，遠遠大于周圍巖土體強度的提高(kpa級)，因此采用圖2的方案，不僅能夠提高樁身的抗拔力，而且還能夠增強樁身的耐久性。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。